Неконтролируемое и неоправданное применение противомикробных препаратов привело к появлению антибиотикорезистентности бактерий. Сейчас эта проблема приобрела всемирный масштаб. Международные организации вводят мониторинговые программы, пытаясь контролировать появление резистентных к противомикробным препаратам популяций, таких как ванкомицин-резистентные энтерококки, метицилин-резистентные золотистые стафилококки и тому подобное. С точки зрения микробиологии ничего странного не происходит, ведь вселенная имеет свои законы, которые помогают ей существовать уже много миллионов лет. Это один из механизмов адаптации бактерий для выживания.
Разного рода механизмы выживания есть и у других форм жизни — вирусов. Почти каждый известный ныне вид бактерий является хозяином для одного или нескольких вирусов (бактериофагов). Первое упоминание о терапевтическом применении фагов в ветеринарии связано с именем Феликса д’Эрелля. Весной 1919 года во Франции была вспышка птичьего тифа у курей. Он осмотрел несколько мертвых тушек, выделил и идентифицировал возбудителя болезни — Salmonella gallinam. Также он выделил бактериофаги из погибших кур и испытал их эффективность в предупреждении и лечении болезни, вызванной Salmonella gallinam у шести экспериментально зараженных птиц. В результате применение фагов предупредило гибель птицы от бактериальной инфекции, в то время когда две контрольные курицы (которые не получали бактериофаг) погибли от однократной инъекции возбудителя. Результаты этого теста стали основой для проведения масштабных исследований.
Таким образом, первой биологической моделью, которую применили для изучения терапевтического действия бактериофагов, был сальмонеллез и куры, в дальнейшем научные исследования были расширены на такие болезни, как пастереллез, эшерихиоз, вибриоз, стрепто — и стафилококоз и тому подобное.
Применение бактериофагов
Фаги бактерий распространены почти во всех экосистемах: в почве, воде, воздухе, фекалиях человека и животных, промышленных и бытовых стоках и тому подобное. Они являются одним из элементов этих систем, соответственно, спектр бактериальных патогенов, которые могут быть мишенями фагов, достаточно широк. Это делает их весомой альтернативой антибиотикам и идеальным «оружием» против микробов.
Научная дискуссия относительно эффективности фаговой терапии развернулась сразу после заявления о возможности профилактике и лечении бактериальных инфекций с помощью вирусов бактерий. Некоторые ученые считали бактериофаги живыми ферментами, некоторые утверждали о наличии в фаголизатах антибактериальных веществ. Действительно, первые препараты были несколько недоработанными, потому что содержали остатки питательных сред, продуктов метаболизма и остатки бактериальных клеток. Продукты метаболизма могут содержать антимикробные вещества, а обломки лизированных бактериальных клеток — липополисахариды, которые активизируют иммунную систему, чем сглаживают эффект фаготерапии. Поэтому были разработаны технологии получения высокоочищенных фаговых препаратов. Фагопрепараты разделяют на видоспецифические (воздействуют только на определенный вид микроорганизмов) и фаги, которые влияют на несколько видов микроорганизмов.
Определение эффективности
Дискуссии относительно эффективности этих препаратов продолжаются до сих пор. Именно поэтому был испытан один из самых распространенных универсальных фаговых препаратов, который, согласно инструкции по применению, должен действовать против микроорганизмов семи видов. Выбрали четыре из них и подобрали эталонных представителей этих родов.
В результате проведенных исследований установлено, что во всех случаях в средах с добавлением универсального фагового препарата концентрация бактериальных клеток была значительно меньше, но полной гибели микроорганизмов и просветления среды не происходило.
Следовательно, исследуемый препарат не показал стопроцентной эффективности с тестовыми микроорганизмами. Однако, этот опыт требует дальнейших исследований, поскольку необходимым считается изучение механизма действия фагов на молекулярно-генетическом уровне — наблюдение за заменой фагом бактериального генома и исключения возможности образования лизогенных популяций бактерий, обработанных универсальным фаговым препаратом.
В любом случае этот опыт только подтверждает возможность использовать бактериофаги как альтернативу антибиотикам и дает основание для применения их в пищевой и перерабатывающей промышленности для предупреждения контаминации продуктов возбудителями пищевых токсикоинфекций. Ведь контаминация продуктов птицеводства сальмонеллами, листериями, кампилобактериями, иерсиниями и эшерихиями является проблемой не только в России, но и во всем мире.
Необходимо отметить, что согласно научных публикаций, отечественные ученые уже проводили исследования, которые были направлены на изучение возможности деконтаминации продуктов птицеводства от Salmonella gallinam pullom с помощью бактериофагов. В результате исследований установлено, что мясо, которое обработано раствором фага, уже через 12 часов было на 92,3% менее контаминовано сальмонеллами (по сравнению с контролем), а через 24 часа — на 97,4%, что было почти в 90,9 раз меньше уровня контаминации мяса контрольной группы.
Такие результаты являются весьма обнадеживающими, но, к сожалению, пока что нет возможности воспроизвести этот опыт, ведь исследователи не депонировали применяемый ими фаг ни в одном из депозитариев России.
Механизм действия бактериофагов
Конечно, необходимо четкое понимание, что бактериофаги не являются заменой антибиотикам, а являются альтернативой. Поскольку имеют несколько разный механизм действия и влияния на микробный биоценоз. Прежде всего, следует подчеркнуть высокую специфичность бактериофагов: их действие нацелено против определенного вида микроорганизмов — другие виды остаются неизменными. Одновременно действие антибиотиков распространяется как на патогенные, так и на облигатные (нормофлора) микроорганизмы, что неизбежно вызывает дисбиоз. Ведь в случае «уничтожения» определенного вида микроорганизмов возникает свободная экологическая ниша, что потенциально может стать «местом жительства» для других, более строгих, микроорганизмов. Именно поэтому врачу ветеринарной медицины необходимо четко понимать микробиологические процессы, происходящие в кишечнике птицы и применять пробиотические препараты после курса антибиотиков. Феномен видоспецифичности бактериофагов позволяет минимизировать размер экологической ниши, которая образуется после их применения и, соответственно, быстрее восстановить и стабилизировать популяции облигатных бактерий.
Развитие вторичной резистентности для бактериофагов является не характерным, поскольку механизм их действия заключается во включении своей (вирусной) ДНК в геном бактерии с последующим ее лизисом (действие вирулентных фагов). При применении антибиотиков и других химиотерапевтических препаратов развитие резистентности к ним является достаточно распространенным явлением и колеблется в пределах 60-90% случаев.
Способность антибактериальных препаратов проникать в ткани организма колеблется от высокой до очень низкой, в то время как у бактериофагов эта способность очень высокая. Это способствует высокой концентрации фагов именно в месте инфекционного процесса, их количество увеличивается путем саморазмножению, а они элиминируются из макроорганизма после полной ликвидации инфекционного агента. Концентрация антибиотиков в очагах инфекции зависит от многих факторов: биодоступности препарата, вида микроорганизма и его локализации в макроорганизме, длительности инфекционного процесса.
В случае назначения антибиотикотерапии рациональное комбинирование препаратов зависит от их класса и может проходить по типу суммации, потенционированию и т. д. в зависимости от механизма действия на бактериальную клетку. В случае с фагами — комбинирование всегда проходит по типу потенционирования независимо от класса препарата.
Побочное действие химиотерапевтических средств в основном известно и проявляется в виде аллергических реакций, токсического действия на ткани и органы макроорганизма, а также вызывает дисбиотические явления. В то же время единственным ныне известным побочным действием бактериофаготерапии в единичных случаях являются аллергические реакции, возникающие из-за массивного разрушения бактериальных клеток и высвобождения фаговых частиц.
Профилактическое применение антибиотиков, с точки зрения микробиологии, является нерациональным. Однако это не касается применения фагов.
Процесс создания новых антибактериальных препаратов требует от нескольких до нескольких десятков лет. Препарат на основе бактериофагов можно создать и испытать в течение года при условии наличия активного и специфического вирулентного фага.
Итак, эра антибиотиков постепенно угасает, ученые всего мира находятся в активном поиске адекватной и эффективной их замены, и вирусы бактерий являются одним из таких средств, которые могут с успехом справиться с этой задачей. По причине определенных обстоятельств это направление длительное время медленно развивалось, но сейчас ветеринарная медицина встала перед необходимостью интенсифицировать исследования.