Бактериофаги и их применение в медицине¶

Бактериофаги — это вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки. Они относятся к облигатным внутриклеточным паразитам и не способны размножаться вне бактерии-хозяина. Каждый фаг узнаёт специфические рецепторы на поверхности определённых штаммов бактерий, что определяет их высокую избирательность. Открыты в 1915 году Фредериком Туортом и независимо в 1917 году Феликсом д’Эреллем, который и предложил термин «бактериофаг» (от греч. «пожиратель бактерий»).

¶Строение и жизненный цикл

Большинство изученных фагов имеют головку с белковой оболочкой (капсидом), внутри которой заключена нуклеиновая кислота — ДНК или РНК, и хвостовой отросток, служащий для прикрепления и введения генома в клетку. Размеры варьируют от 20 до 200 нм.

Различают два основных типа взаимодействия с бактерией:

• Литический цикл — фаг прикрепляется к рецепторам, вводит геном, размножается за счёт ресурсов клетки и разрушает её (лизис), высвобождая десятки новых вирионов.
• Лизогенный цикл — геном фага встраивается в хромосому бактерии (профаг) и передаётся потомкам, активируясь лишь при определённых условиях.

¶История применения

Практическое использование фагов началось в 1920–1930-е годы, особенно активно в СССР и Грузии. В Тбилиси в 1923 году был основан Институт бактериофагов, микробиологии и вирусологии (ныне имени Г. Элиавы). С открытием антибиотиков в 1940-х годах фаготерапия на Западе почти перестала применяться, однако в СССР препараты на основе фагов выпускались и использовались десятилетиями.

¶Применение в медицине

¶Фаготерапия

Фаготерапия — применение бактериофагов для лечения бактериальных инфекций. Препараты действуют только на чувствительные штаммы, не затрагивая нормальную микрофлору. В России и ряде стран СНГ выпускаются жидкие и таблетированные препараты: стафилококковый, стрептококковый, синегнойный, дизентерийный, колифаг и комбинированные коктейли. Их применяют при гнойных инфекциях, раневых процессах, заболеваниях ЛОР-органов, кишечных инфекциях и урогенитальных патологиях.

¶Борьба с антибиотикорезистентностью

Рост устойчивости бактерий к антибиотикам стимулировал интерес к фагам как альтернативе. Преимущества: высокая специфичность, действие на штаммы, устойчивые к антибиотикам, способность проникать в биоплёнки. Ограничения: узкий спектр действия, необходимость подбора фага под конкретный возбудитель, нейтрализация антителами и быстрая элиминация из организма, а также возможность переноса генов устойчивости между бактериями.

¶Пищевая безопасность и биотехнология

Фаговые препараты применяют для деконтаминации пищевых продуктов (например, против листерий и сальмонелл), в ветеринарии и для дезинфекции поверхностей. В биотехнологии фаги служат инструментом фагового дисплея для отбора пептидов и антител, а также векторами в генной инженерии.

¶Современное состояние

Клинические исследования фаготерапии ведутся в США, странах Европы, Австралии и Грузии. В 2018 году в США успешно применили фаговую терапию при системной инфекции, вызванной Acinetobacter baumannii. В РФ фаговые препараты зарегистрированы как лекарственные средства. Основные научные задачи — создание широкоспектральных коктейлей, преодоление иммунного ответа и стандартизация производства.

¶Классификация

По морфологии выделяют фаги с хвостом (отряд Caudovirales), нитевидные, кубические и плеоморфные. По типу нуклеиновой кислоты — ДНК- и РНК-содержащие. Наиболее изучены кишечная палочка-специфичные фаги T4, T7 и лямбда, ставшие модельными объектами молекулярной биологии.