En bakteriofag, eller fag, är ett virus som attackerar bakterier. |

Antibiotikaresistens: Ett allvarligt problem

Upptäckten av antibiotika och deras förmåga att döda bakterier var en spännande utveckling i människans historia. Under en stund var antibiotika ett underkur för bakterieinfektioner. De räddade en mängd liv och lindrade elände och obehag. Antibiotika är fortfarande användbara idag, men ett ökande antal bakterier blir resistenta mot dessa läkemedel.

Antibiotikaresistens är ett mycket allvarligt problem. Nya antibiotika eller nya metoder för att bekämpa bakterier behövs för att behandla infektioner som hotar våra liv och vår hälsa. Fagterapi - användning av specifika virus för att bekämpa farliga bakterier - kan vara en lösning för detta dilemma.

Bakterierna i skålen till vänster har dödats av antibiotika frisatta av vita skivorna. Bakterierna i skålen till höger är resistenta mot vissa av antibiotika, vilket framgår av bristen på tydliga utrymmen runt skivorna. |

Vad är fagterapi?

En bakteriofag, eller fag, är ett virus som attackerar bakterier. Under attacken skickar fagen sin genetiska information till en bakteriecell och "tvingar" cellen att skapa nya viruspartiklar. Viruspartiklarna frisätts när bakteriecellen spricker och kan sedan infektera nya celler. Faginfektionen dödar bakterien.

Varje typ av fag attackerar en specifik bakteriestam, men den attackerar inte mänskliga celler eller andra typer av bakterier. Därför kan bakteriofager användas som terapeutiska medel i våra kroppar. Denna process sker faktiskt i länder som en gång var en del av Sovjetunionen och kallas fagterapi. Terapin har använts under många år i vissa delar av världen, med uppenbar framgång. Nu studerar västliga forskare effektiviteten och säkerheten för fagterapi.

En färgad vy av MRSA-celler, eller meticillinresistent Staphylococcus aureus, som är resistent mot flera vanliga antibiotika. |

Hur utvecklas antibiotikaresistens?

Generna till en bakterie eller en människa är en del av en molekyl som kallas DNA eller deoxiribonukleinsyra. Gener ger bakterier sina egenskaper. Även om medlemmarna i en bakteriesort liknar genetiskt mycket varandra är de inte identiska. Bakterier plockar upp nya gener (eller genvarianter) och bitar av DNA från andra bakterier. De utvecklar också nya egenskaper på grund av mutationer, som är förändringar i strukturen för en gen orsakad av faktorer som strålning och vissa kemikalier. Dessutom resulterar fel som gjorts när DNA replikeras strax innan celldelning resulterar i genetiska förändringar.

När ett lämpligt antibiotikum används för att behandla en population av bakterier, kommer de flesta av bakterierna att dö, vilket lämnar utrymme i livsmiljön för andra organismer. Några av bakterierna kan ha en redan existerad gen eller grupp av gener som ger dem resistens mot antibiotika. De resistenta individerna kommer att överleva och reproducera och sprida sina gener genom den växande befolkningen. Bakterier reproducerar sig snabbt så ofta som varje tjugo minut. En så resistent bakteriepopulation kan uppstå snabbt.

De viktigaste drivande faktorerna bakom antibiotikaresistens är överanvändning och missbruk av antibiotika.

- CDC (Centers for Disease Control and Prevention)

Användning av antibiotika

Antibiotika har använts i stor utsträckning runt om i världen för både stora och mindre infektioner. De förskrivs ibland i situationer där de inte behövs, till exempel vid behandling av virusinfektioner. Antibiotika förstör inte virus. Överdriven användning av antibiotika kan öka populationen av resistenta bakterier.

Det är en skrämmande tanke, men även vanliga hälsoorganisationer säger att det snart kan finnas sjukdomar som är obehandlade, precis som de var innan upptäckten av antibiotika. Vissa sjukdomar tar längre tid att bota än tidigare. Läkarna kunde en gång välja mellan flera olika antibiotika för att behandla en sjukdom; i vissa fall fungerar bara en nu.

En fag som injicerar sitt genom (en bit DNA eller RNA) i en bakteriecell. |

Den lytiska cykeln av en bakteriofag

Många fager har en intressant form som påminner vissa människor om en månlandare. En fag är gjord av ett proteinbelägg som omger en molekyl med DNA eller en liknande kemikalie som kallas RNA (ribonukleinsyra).

Fager infekterar bakterier i en process som kallas den lytiska cykeln. Ordet "lytic" kommer från substantivet "lysis", vilket betyder att en cell delas upp. De grundläggande stegen i den lytiska cykeln är följande.

  1. En fag fäster vid membranet i en bakteriecell med sin "svans".
  2. Fagen injicerar sedan sitt DNA i bakteriecellen.
  3. Det virala DNAet tar över cellens mekanismer för att tillverka DNA och protein så att nya viruspartiklar kan monteras.
  4. De nya viruspartiklarna (eller fager) spricker ut ur cellen.
  5. Varje viruspartikel infekterar sedan en ny bakteriecell.

Vissa forskare anser virus vara icke-levande, eftersom de inte är gjorda av celler och de inte kan reproducera på egen hand. Dessutom kan de förbli helt inaktiva under lång tid. Ändå är deras beteende när de attackerar och kontrollerar en bakterie fantastiskt. Bakteriofager och andra virus verkar existera på gränsen mellan en samling av livliga kemikalier och liv.

Även om virus har en relativt enkel struktur jämfört med celler och ibland anses vara icke-levande, när de kommer in i en cell kontrollerar de den i utsökt detalj. Det är fantastiska enheter som har stora effekter på våra liv.

En fag angriper en bakteriecell

Fagterapi är mycket intressant att utforska och kan så småningom vara till stor hjälp. Det finns dock mycket som är okänt om processen. Alla med frågor om terapin bör konsultera en läkare. Informationen nedan presenteras för allmänt intresse.

Fagterapiens historia

Krediten för upptäckten av bakteriofager ges till två olika män. 1915 publicerade en engelsk forskare vid namn Frederick Twort ett papper om ett bakteriolytiskt medel som han hade upptäckt. 1917 meddelade en självlärd kanadensisk forskare vid namn Felix d'Herelle att han hade upptäckt en mikrob som dödade bakterier. Både Twort och d'Herelle hade upptäckt bakteriofager.

Felix d'Herelle började använda fagterapi för att behandla människor 1919. Andra människor gjorde snart samma sak. Terapin hade viss framgång men var ofta ineffektiv. Forskare visste inte tillräckligt om fager för att använda dem på rätt sätt.

Fagterapi förlorade sin betydelse i väst när antibiotika upptäcktes. Felix d'Herelle träffade emellertid några sovjetiska forskare som var intresserade av att använda fager för att behandla infektioner och hjälpte dem att etablera Eliava-institutet i Georgien. Detta institut är specialiserat på fagterapiforskning och finns fortfarande idag. Terapin är populär i Georgien och verkar ofta vara framgångsrik.

Bakteriofager fästa på utsidan av en bakteriecell. |

Hur kan terapin fungera?

En potentiell fördel med fagterapi jämfört med antibiotikabehandling är att behandlingen är mycket mer specifik. En fag fäster vid en viss bakteriestam och lämnar andra orörda. Antibiotika kan döda inte bara skadliga bakterier utan också användbara bakterier som lever i tarmen.

Fagterapiens specificitet kan dock också vara en nackdel. Om fagen som administreras för en infektion är fel typ, kommer den att vara ineffektiv. Detta är anledningen till att georgiska forskare administrerar en blandning eller "cocktail" av fager som tidigare varit kända för att hjälpa en specifik typ av infektion för att öka sannolikheten för en framgångsrik behandling.

Fagcocktailen administreras på flera sätt. Till exempel, för att behandla magbesvär sväljer cocktail. För att behandla en muninfektion används den som munvatten. För att behandla ett infekterat hudsår placeras det på såret. Infektioner kan testas för att se vilka bakterier som finns, men cocktails för vanliga infektioner förvaras på kliniker.

Antibiotika är en stor hammare. Du vill ha en guidad missil.

- Michael Schmidt, Medical University of South Carolina

Bakteriofagterapi

Effektivitet och säkerhet

Information som når västerut från Georgien tyder på att fagterapi är till hjälp, men västerländska forskare måste göra sin egen forskning för att överlämna till sina hälsoreglerande organ. Forskare och hälsobyråer vill se resultaten av kliniska prövningar som följer rigorösa vetenskapliga förfaranden innan de accepterar påståenden om att fag kan behandla sjukdomar och att de är säkra att använda.

Vissa forskare förutspår att fagterapi kan fungera ett tag, men så småningom kommer bakterier att bli resistenta mot fager precis som de måste mot antibiotika. Andra säger att detta inte är troligt, eftersom till skillnad från antibiotika-virus innehåller gener och kommer att förändra deras egenskaper när deras genetiska sammansättning förändras. Liksom i bakterier kan virus plocka upp gener från andra källor och gener kan förändras på grund av mutationer. Fager kan utveckla genetiska förändringar som gör att de kan övervinna bakteriell resistens, enligt vissa forskare.

Även om fagterapi bara fungerar ett tag säger vissa forskare att det är värt ansträngningen att undersöka terapin. Fager kan lindra obehag och till och med rädda människoliv medan de ger forskare den tid de behöver för att upptäcka nya behandlingar för bakterieinfektioner.

Vad är bakteriella biofilmer?

Fagterapi i framtiden

Forskare testar inte bara fager för att se om de bekämpar infektioner utan undersöker också sätt att göra fagterapi ännu effektivare och säkrare. I vissa fall verkar till exempel enzymer som produceras av celler infekterade med fager vara till hjälp, vilket innebär att enzymerna kan användas istället för hela fagen.

Vissa forskare undersöker sätt att förhindra tillverkning av ett enzym som bryter bakteriecellen öppen efter nya fager. Bakterier innehåller ofta skadliga endotoxiner, vilket kan ge obehagliga symtom när de släpps. Forskare har upptäckt att en bakteriecell dödas medan fagen-DNA finns i bakterien. Därför är det inte nödvändigt att bakteriecellen spricker (ur människans synvinkel).

Experiment med användning av fager i laboratorieutrustning antyder att vissa kan vara särskilt användbara för avlägsnande av bakteriell biofilm. Dessa filmer är gjorda av ett skikt av bakterier fästa vid en yta och täckta av en skyddande polysackaridslime. Bakterier i biofilmer är mycket svårare att attackera än fria bakterier.

En färgad periodontal biofilm som innehåller bakterier och amebor, som inte är bakterier; de svarta kanalerna visar var en amöbe har rört sig genom biofilmen |

När fager har dödat bakterier, tar immunsystemet bort fager och döda bakterier från kroppen. Denna process är så effektiv att vissa fager förstörs innan de har gjort sitt jobb. Forskare försöker lösa detta problem.

Ett potentiellt betydelsefullt meddelande

I april 2017 gjordes ett stort tillkännagivande i USA. Läkare vid University of California i San Diego rapporterade att de med hjälp av många forskare framgångsrikt hade behandlat en patient med fagterapi. Patienten hade varit nära döden på grund av en infektion av en multidrugsresistent bakterie. Det var tydligen inget annat som läkarna kunde göra för att hjälpa honom.

Läkarna erhöll fagstammar från flera organisationer. I labbet hade dessa stammar visat att de kunde bekämpa bakterien som infekterar patienten. FDA (Food and Drug Administration) gav läkarna tillstånd att administrera blandningen av fager. Patienten återhämtade sig gradvis från infektionen, men återhämtningen var inte rakt fram.

Två eller tre dagar efter att fagbehandlingen inleddes (rapporter om tiden varierar) vaknade patienten från sitt koma. Senare verkade dock bakterien ha blivit resistent mot fagerna. Läkarna övervann detta hinder genom att administrera nya fagstammar såväl som antibiotika. Så småningom fanns det inga bevis på bakterien i patientens kropp och han kunde gå tillbaka till arbetet.

Vid tidpunkten för patientens återhämtning betonade läkarna att behandlingen bara involverade en patient och att de inte känner till detaljerna om hur fagerna hjälpte honom. Sedan den tiden har emellertid ytterligare fem patienter botats av allvarliga bakterieinfektioner genom administrering av en fagcocktail. FDA tillät behandlingarna eftersom sjukdomarna var nödsituationer och inga godkända behandlingar fanns tillgängliga.

Effektiv fagbehandling

I juni 2018 tillkännagav University of California, San Diego, inrättandet av Center for Phage Applications and Innovative Therapeutics. Centret tillverkar inte fagbehandlingar men har anslutningar till platser som gör det. Det kommer att stödja behandlingar och kliniska prövningar som involverar fagterapi.

Administrera fagen

Behovet av en fagcocktail är ett problem i västländerna. För tillfället vill vissa tillsynsorgan göra säkerhetstester för varje typ av fager i cocktail. Dessutom kommer cocktails för olika sjukdomar att behöva uppdateras eftersom bakterier och virus förändras genetiskt eller när nya bakteriestammar importeras till ett samhälle. Det skulle vara dyrt och tidskrävande att få testa varje ny stam av fagen varje gång en cocktail ändras. Detta är ett problem som måste lösas innan fagterapi blir utbredd.

Läkare i Nordamerika kan ännu inte förskriva fager på samma sätt som antibiotika. De kan dock så småningom göra det. Fagterapi verkar ha stor potential och kan vara ett partiellt eller fullständigt svar på problemet med antibakteriell resistens. Terapin har använts i vissa delar av världen i över nittio år. Det är verkligen värt att undersöka. Det vore underbart om det hjälper oss att besegra de besvärliga och farliga bakterierna som attackerar oss.

referenser

  • Fakta om antibiotikaresistens från Centers for Disease Control and Prevention (CDC)
  • Bakteriofaginformation från University of South Carolina School of Medicine
  • Fagterapi återupplivas från Nature-tidskriften
  • Fagterapi används framgångsrikt på en amerikansk patient från University of California, San Diego.
  • Utforska fagansökningar från UC San Diego School of Medicine

Innehållet är korrekt och sant efter bästa författares kunskap och ersätter inte diagnos, prognos, behandling, recept och / eller kostråd från en licensierad vårdpersonal. Läkemedel, kosttillskott och naturläkemedel kan ha farliga biverkningar. Om du är gravid eller ammar, konsultera med en kvalificerad leverantör på individuell basis. Sök omedelbar hjälp om du upplever en medicinsk nödsituation.