На днях ВООЗ вчергове урочисто заявила, що ера антибіотиків майже закінчилася. Наскільки таким заявам варто вірити? Зрозуміло, що вони резонні — проблема резистентності поглиблюється. Але чим замінити антибактеріальні засоби?
Глобального зменшення кількості призначень антибіотиків для амбулаторного застосування протягом останніх 3 років не спостерігається. Отже, наївно чекати на те, що рівень поширення мікробної резистентності зменшиться. Тому впродовж тривалого часу й досить швидкими темпами розробляється чимало біологічних альтернатив антибіотикам. Розглянемо найперспективніші з них.
Бактеріальні хижаки
Віруси — давня і все ж досі доволі неоднозначна заміна антибіотикам. І хоча в багатьох країнах вказаний напрямок не визнають, він усе одно розвивається: тільки протягом останнього року було опубліковано понад 3 тис. робіт, присвячених застосуванню бактеріофагів. До речі, у Франції — батьківщині вказаного напрямку — громадські організації давно борються за право легалізувати терапію бактеріофагами хоча б для пацієнтів із муковісцидозом.
Однією з основних і найбільш «задавнених» проблем, пов’язаних із фаговою терапією «минулих днів» (бактеріофаги вперше застосували як терапевтичні агенти ще в 1919 році), був вибір відповідних терапевтичних цілей. У ранніх роботах на цю тему було визначено багато неадекватних цілей, а також підібрано невідповідні (неефективні) віруси. До того ж чимало випадків застосування фагів були обумовлені більше комерційним тиском і не мали наукового обґрунтування — як наслідок, їх використовували за широким спектром показань, багато з яких не містили бактеріального компонента (наприклад, кропив’янка та герпес). Тому свого часу фахівці Американської медичної асоціації дійшли висновку, що цей підхід у боротьбі з бактеріальними інфекціями фактично безнадійний.
З часом, коли дослідники усвідомили високоспецифічну природу бактеріофагів, підвищилася вірогідність підбору адекватних «зброї» та «мішеней». І, відповідно, збільшилися шанси отримати задовільний або навіть блискучий терапевтичний результат. Першими з’явилися дані про ефективність цього методу при стафілококовій інфекції шкіри та циститі.
Оскільки проблема резистентності до антибіотиків набула надзвичайної актуальності, суттєво зріс інтерес до фагової терапії. Й тому висока специфічність бактеріофагів і проблема з розробкою їх пероральних форм уже не розглядаються як нездоланні перешкоди.
Сьогодні ці віруси «тренують» для боротьби з такими збудниками, як Acinetobacter baumannii, Streptococcus pyogenes, Streptococcus agalactiae, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Salmonella typhimurium, мультирезистентний Staphylococcus aureus і навіть Bacillus anthracis.
Зрозуміло, що бактеріофаги не стануть «магічною кулею», вони мають деякі спільні з антибіотиками недоліки (наприклад, до таких бактерій, як Clostridium difficile, усі терапевтичні фаги, ідентифіковані на сьогодні, надто «поблажливі», а це суттєво обмежує можливості вказаної терапії). Крім того, як лікарські агенти вони вирізняються погано передбачуваною фармакокінетикою.
До того ж зараз деякі бактеріофаги пов’язують із патогенезом кількох нейродегенеративних (на кшталт паркінсонізму) й аутоімунних захворювань: підозрюють, що вони сприяють прогресуванню вказаних патологій через вплив на мікробіом кишечнику, однак механізми їх дії до кінця не з’ясовані. А ще донедавна ці «істоти» вважалися небезпечними винятково для бактерій!
Утім, доказів на користь застосування фагів як альтернативи антибіотикотерапії сьогодні зібрано більше, ніж потрібно. Залишилося тільки навчитися їх підбирати й належним чином «налаштовувати».
Вбивчі фрагменти
Частково це вдалося зробити завдяки використанню окремих літичних ензимів (ендолізинів), виділених із «хижих» вірусів.
Ендолізини, такі як глюкозидаза, амідаза, ендопептидаза та трансглікозилаза, утворюються в пізньому фаговому літічному циклі, що призводить до зниження рівня бактеріального пептидоглікану й полегшує вихід нових фагів з уражених «вірусною» інфекцією мікроорганізмів. Ендолізини вперше були виділені у 50-х роках минулого століття, й відтоді за їх допомоги вдавалося лікувати сепсис та деякі бактеріальні інфекції. Зокрема, перші такі засоби були активні проти Enterococcus faecalis, Clostridium perfringens і певних видів стрептококів. Сьогодні ці деривати демонструють антибактеріальну активність in vitro та in vivo проти стафілококів, клостридій, лістерій, збудників сибірки тощо. Наприклад, ендолізин LysK, отриманий від фага К, здатен вбити 9 стафілококів, включаючи мультирезистентний Staphylococcus aureus, а ендолізини PlyV12 виявляють високу літичну активність проти ентерококів, резистентних до ванкоміцину.
Ендолізини приваблюють дослідників своїми ширшим, ніж у фагів, антибактеріальним спектром і здатністю швидше вбивати чутливі штами. Також ендолізини вигідно вирізняються більш передбачуваною дією. Проте їх виробництво набагато складніше, а отже, вартість таких ліків надто висока. Крім того, ендолізини легко деградують і втрачають активність під час зберігання, тому виробники не дуже вже й прагнуть продовжувати розробки в цьому напрямку.
Бактеріофаг-віріон-асоційовані пептидогліканові гідролази (VAPGH) — інші фагові лізати, які руйнують бактеріальний пептидоглікан для полегшення введення фагів у мікробні клітини. Багато VAPGH демонструють антибактеріальну активність in vitro та in vivo, причому спектр їх дії подібний до ендолізинів. Наприклад, HydH5 із фага phiIPLA88 показав високу активність проти Staphylococcus aureus у фазі раннього логарифмічного росту, а gp61 від фага phiMR11 — літичну активність проти мультирезистентного золотистого стафілококу.
На тлі інших дериватів фаги VAPGH вигідно вирізняються термічною стійкістю: деякі такі молекули зберігають 26% літичної активності навіть за умови перебування при температурі 100 °С протягом 2 годин. Деякі з VAPGH також високоефективні проти небезпечних антибіотикорезистентних патогенів. Та, на жаль, нині дослідження по VAPGH дуже обмежені.
Бактеріоцини, або антимікробні пептиди (AMP), специфічні низькомолекулярні пептиди з антимікробною дією, які синтезуються різними мікроорганізмами, — значно молодший напрямок пошуку заміни антибіотикам. АМР утворилися в процесі еволюції як універсальна зброя у внутрішньовидовій і міжвидовій боротьбі мікроорганізмів. Тести in vitro показують, що бактеріоцини чинять потужний супресивний вплив на різні патогенні організми, включаючи навіть антибіотикорезистентні. Загалом їх основна бактерицидна дія ґрунтується на структурному ушкодженні мембран мікробних клітин, хоча багато з AMP мають і додаткові механізми дії, наприклад, можуть втручатися в реплікацію ДНК, РНК чи метаболізм патогенних бактерій.
Розмаїття бактеріоцинів обумовлює їх перспективність. Для зручності АМР поділяють на дві великі категорії відповідно до механізму синтезу пептидів: нерибосомальні та рибосомальні AMP.
Нерибосомальні AMP переважно продукуються бактеріями. Їх додатково підрозділяють на 4 класи:
- лантибіотики;
- малі термостабільні пептиди (SHSP);
- великі термолабільні протеїни (LHLP);
- невизначену суміш протеїнів з ліпідами та вуглеводами.
Рибосомальні AMP можуть бути додатково класифіковані відповідно до джерела — їх продукують ссавці, амфібії, комахи, рослини, бактерії, віруси тощо. Ці бактеріоцини виявляють не лише антибактеріальну або антимікотичну дію — деякі з них справляють антипротозойний, противірусний і навіть антинеопластичний ефекти.
Багато з речовин вказаного класу вже досить давно виведено на ринок, зокрема їх застосовують у сільськогосподарському секторі, а деякі з цих агентів навіть називають антибіотиками. Проте їх виробництво поки що значно дорожче і складніше, ніж «старих добрих» антибактеріальних засобів. А впровадження цих речовин у клінічну практику знову ж таки відтерміновується через брак клінічних досліджень.
Точкові мішені
Інгібітори дистанційних мікробних взаємодій. Нещодавно доведено, що мікробні колонії мають цікаву здатність, на кшталт «колективної свідомості». Тобто бактеріям властиві масові комунікаційні відчуття, при цьому їх патогенність певною мірою залежить від налагодженості комунікацій між мешканцями колонії.
Дистанційні мікробні взаємодії контролюються складною системою, до якої входять самоіндукуючі сигнальні молекули, рецептори і регуляторні білки. Отже, біохімічні інгібітори, орієнтовані на якусь із цих мішеней, можуть блокувати мікробні взаємодії та знижувати патогенність/вірулентність конкретного штаму.
Доцільність такого підходу довели експерименти на моделях нижчих тварин і клітинних культур. Також у деяких роботах повідомляється про збільшення чутливості бактерій до антибіотиків у разі їх застосування в поєднанні з інгібіторами дистанційних мікробних взаємодій. Отже, використання такої комбінації — краща стратегія підвищення ефективності антимікробної терапії та запобігання посиленню бактеріальної резистентності.
Так само відбувається вивчення подібних агентів: інгібіторів біоплівок й інгібіторів бактеріальної вірулентності. Усі ці дослідження перебувають приблизно на однакових (початкових) стадіях.
***
Отже, основна перевага цих підходів полягає в тому, що терапевтичною мішенню в усіх випадках є патогенна бактерія. І саме тому ці специфічні методи лікування інфекційних захворювань й надалі розвиватимуться. Та, на жаль, досі жоден з описаних вище підходів не продемонстрував ефективності, порівняної з антибіотикотерапією. (Тим не менше, багато з перелічених агентів не перший рік застосовують в інших галузях — усі ці методи швидкими темпами імплементуються в харчовій промисловості.)
Але в гуманній медицині поки що ситуація кардинально не змінилася: вирішення проблеми антибіотикорезистентності має бути багатогранним і включати не тільки використання альтернативних препаратів, а й заходи зі зниження рівня застосування антибіотиків (плюс, за можливості, вакцини). Адже зрозуміло, що жодна існуюча альтернатива не замінить усіх функцій потужних антибактеріальних препаратів.
Підготувала Любомира ПРОТАСЮК, спеціально для «ВЗ»
