|
|
LAM 2000;10 (9): 660-665.
Érkezett: 1999. december 14.
Elfogadva: 2000. június 27.
A baktériumokat 84 évvel ezelőtt fedezték fel egy baktériumtenyészet feloldásának észlelése kapcsán. Az első kísérletek a bakteriofágok terápiás felhasználására irányultak. A nem megfelelően kontrollált kísérletek nem igazolták a várakozásokat, és az antibiotikumok eredményes hatása döntő érvként szolgált a fágterápia elvetésére. Az 1950-es évektől a bakteriofágok a biológiai és genetikai kutatások modelljeként általános biológiai jelentőséget nyertek. Az antibiotikum-terápia sikerének világszerte bekövetkező csökkenő tendenciája vezetett a már elvetett fágterápiás kísérletek újraéledéséhez. A szerző ismerteti a kezdeti, főleg állatkísérletes eredményeket és a genetikai módszerek fejlődése során kidolgozott, tisztított bakteriofágokkal történő humán kísérleteket. Az eredmények szerint az antibiotikum-kezelésnek ellenálló bakteriális fertőzésekben, megfelelő körülmények között, a bakteriofágterápia eredményes lehet, antibiotikum-érzékeny baktériumok esetén pedig a terápia értékes kiegészítőjeként szolgálhat.
bakteriofágterápia, antibiotikum, modellkísérletek,
fágterápia humán fertőzésekben
A bakteriofágok (röviden fágok) a baktériumok vírusai. A virulens fágok a baktériumokban elszaporodva feloldják azokat, a temperált fágok integrálódhatnak (profággá alakulva) a baktérium kromoszómájába, s ezáltal a baktériumot lizogénné teszik.
A baktérium kromoszómája és a fágnukleinsav közötti átmeneti vagy tartós kapcsolat lehetővé teszi, hogy a fággenom kromoszómadarabokat vigyen magával a gazdasejtből (transzdukció). Általában a fágrészecske egyszerre egy tulajdonságot tud átvinni, de generalizált transzdukció esetén átvihet egyszerre több tulajdonságot is: különböző szénhidrát-fermentáló vagy aminosav-szintetizáló képességet, antibiotikum-rezisztenciát. Egyes profágtípusok puszta jelenlétükkel vihetnek át a baktériumokra bizonyos proteintermelő képességet, toxintermelővé téve eredetileg nem toxintermelő baktériumot, vagy az antigén-tulajdonság megváltozását idézhetik elő; ez a jelenség a lizogén konverzió.
A fágokat egymástól függetlenül fedezte fel 1915-ben az angol Frederik William Twort (1), és 1917-ben a francia-kanadai Felix d'Herelle (2). Twort nem tulajdonított nagyobb jelentőséget megfigyelésének, nem folytatta kísérleteit, míg d'Herelle adta a bakteriofág elnevezést, és rendszeres vizsgálatokat végzett a bakteriofágok természetére vonatkozóan. Elsősorban terápiás ágensként való felhasználhatóságukat vizsgálta. A d'Herelle által leírt, dysenteriabaktériumot elölő ágenst dysenteriából gyógyult betegekből izolálta, és a jelenséget általánosíthatónak, azaz más bakteriális betegségben is felhasználhatónak tartotta.
d'Herelle az 1930-as években fágterápiás centrumokat alakított ki több országban, így Franciaországban, az USA-ban és a Szovjetunióban. Felfedezésével és kísérleteivel kapcsolatban általában azt írják, hogy korai lelkesedés és nem megfelelően kontrollált vizsgálatok követték a bakteriofágok terápiás és profilaktikus felhasználását, annak ellenére, hogy d'Herelle eredeti, 1922-ben írt könyvében (3) jól megtervezett alkalmazásra int: a betegség elején kell a kezelést elkezdeni, naponta tenyésztéskontrollt végezni dysenteriánál, hastífusznál a lázat görbén is ábrázolni kell, előtte a bakteriofág virulenciáját vizsgálni kell a kórokozóval szemben stb. A bakteriofágok immunitásban játszott szerepére alapozott elmélete a következőkből állt: a bakteriofág a celluláris és az antitoxikus immunitáson keresztül egyaránt befolyásolja a folyamatokat: gátolja a kórokozó növekedését (1), előkészíti a baktériumot a fagocitózisra (2), elősegíti a baktérium antigénhatását (3). A fágterápia és -profilaxis eredményeinek és hibáinak vitatása eltartott egészen az antibiotikumok felfedezéséig, illetve alkalmazásukig.
Az antibiotikumok sikeres alkalmazását
a fágterápia elvének és gyakorlatának elvetése, majd a fágoknak a biológiai
kutatásban modellként való felhasználása követte. Ez a felhasználás a modern
biológiai kutatás kiemelkedő eredményeihez vezetett. Példának itt csak
Hershey és Chase 1952-ben T2 colifággal végzett
- Nobel-díjjal kitüntetett - kísérletei említendők, amelyekben a fággal
fertőzött baktériumba bejutó DNS és a proteinburok kívül maradása bizonyította,
hogy a DNS egyedüli és elégséges genetikai kód (4).
Az első húsz év fágterápiás kísérletei
Az 1930-as években indította meg d'Herelle Tbilisziben a terápiás célra előállított fágok termelését a tragikusan elhunyt George Eliavával. Ezt a munkát Chanishvili és munkatársai folytatták, hatalmas mennyiségben előállított, dysenteria elleni fágkészítményekkel a hadsereg részére, terápiás és profilaktikus célra. Az első közlemények ezekről az eredményekről csak 1974 után jelentek meg (5, 6). Antibiotikum-rezisztens Staphylococcus, Proteus, Streptococcus spp. okozta osteomyelitisben, tüdőtályogban, peritonitisben és sebfertőzésekben adtak "kevert" fágkészítményeket subcutan vagy helyileg, 5-10 napig. Az esetek 92%-ában "eliminálták" a baktériumokat. Antibiotikum-terápia utáni dysbacteriosisban kis súlyú csecsemőknek colifágot adtak bifidobaktériumokkal együtt, jó klinikai eredménnyel, azonban nem közölték a fágkészítmények előállításának módszerét.
A fenti vizsgálatokkal egy időben Angliában végeztek kísérleteket állatok fágterápiájával.
Asheshov és munkatársai 1937-ben Salmonella typhi törzzsel fertőzött egereket kezeltek Vi fágokkal (7). A fágot intravénásan adták az intraperitonealis fertőzés előtt. A fággal kezelt 30 egérből három pusztult el, hőkezelt fággal végzett terápia mellett 25, a fágkezelésben nem részesült kontrollcsoportban 26 egér pusztult el. Ebből csak azt a következtetést vonták le, hogy a fág in vivo is hat. Hasonló vizsgálatokat végzett Ward (8) 1943-ban, aki 1,25x103-108 fág/ml-rel kezelt 12, Salmonella typhivel fertőzött egeret, és a mortalitás 100%-ról 8,3%-ra csökkent. A fertőzést túlélő egerek boncolása során 30 nap múlva csak 25% volt Salmonella typhi-negatív, azonban a megmaradt Salmonella typhi Vi antigénje 58%-ban degradálódott.
Dubos és munkatársai 1943-ban
egerekben Shigella dysenteriae-fertőzésekben vizsgálták a fághatást
(9). Szennyvízből izolált fágot használtak. Intracerebralisan és intraperitonalisan
fertőzött egereket kezeltek, kimutatták a fágszaporodást az intracerebralisan
fertőzött egéragyban. A fággal kezelt egerek 72%-a maradt életben, a kezeletleneknek
csak 36%-a. Ugyanilyen védőhatást írtak le fággal Shigella flexneri
törzzsel fertőzött csirkeembrióban Rakieten és munkatársai (10).
Az eredményes kísérletek azonban nem vezettek a fágterápia elterjedéséhez.
Érvek a fágterápia ellen és mellett
A fágterápia ellenzőinek érveit több tény támasztotta alá: a kezdeti, nem megfelelően kontrollált és dokumentált kísérletek, a specifikusan ható fágok alkalmazásának hiánya, valamint a fágrezisztencia fellépése és a fágprotein hatására termelődő ellenanyag esetleges gátlóhatása. Ezenfelül óvatosságra intettek a mikrobiális genetika eredményei - elsősorban a lizogén baktériumok kialakulásának lehetősége, valamint az azzal járó lizogén konverziók, s a hatásukra kialakult virulenciafokozódás veszélye - szolgáltak érvként a fágterápia ellen.
Végül is a fágterápia elvetésének legfőbb
oka az antibiotikumok sikeres alkalmazása volt. Később, szinte drámai fordulatként,
a siker fokozatos, tendenciájában világszerte bekövetkező csökkenése vezetett
vissza a régi, már elvetett fágterápiás próbálkozásokhoz. Az utóbbi években
az antibiotikumokkal szemben multirezisztens baktériumok egyre nagyobb
gondot okoznak (11, 12). A multirezisztens MRSA (methicillinrezisztens
Staphylococcus aureus) és VRE (vancomycinrezisztens Enterococcus
faecium) gyakori előfordulása arra készteti a mikrobiológusokat és
a klinikusokat egyaránt, hogy figyelmeztessenek, beléptünk az "antibiotikum
utáni" érába. (13, 14). Az újabb fágterápiás kísérletek indítékaként szolgált
továbbá, hogy a fágokra és a baktériumokra vonatkozó genetikai ismeretek,
valamint a biokémiai módszerek fejlődése már lehetővé teszik a fágok esetleges
virulenciafokozó hatásának kiküszöbölését, valamint a hatékonyabb fágkészítmények
előállítását.
Az utóbbi három évtized fágterápiás kísérletei
A meggyőzően ismertetett eredmények elsősorban állatok fágterápiás kezeléséről számoltak be. Elsőként említendők Smith és Huggins specifikus fágokkal végzett sikeres terápiás kísérletei (15, 16), fokozott patogén hatást kiváltó K1 antigént és V colicint tartalmazó Escherichia coli 018:K1:H7 Col V törzzsel fertőzött egerekben, majd borjakban, malacokban és juhokban. K1 antigénre specifikus fágokkal profilaktikus és terápiás hatást értek el először egérmodellben intramuscularisan. K1 antigént tartalmazó E. coli törzzsel fertőzött egereknek im. K1-specifikus fágot adva 10/10 egeret tudtak megvédeni. Csak baktériummal oltva 10/10 egér pusztult el. A fág hatékonyabb volt, mint az im. tetracyclin, ampicillin, chloramphenicol vagy trimetoprim és sulfafurazol. Különösen fontos eredmény volt, hogy a néhány fágrezisztens E. coli-mutáns K1-negatív lett, és így virulenciája jelentősen csökkent. A fertőzés előtt 3-5 nappal adva a fágot, ugyancsak védőhatás volt kimutatható. Smith és munkatársai későbbi, borjakon (17) és malacokon végzett fágterápiás kísérleteikben fimbriához (a kolonizációt elősegítő) tapadó fágokat izoláltak, hogy avirulens E. coli-mutánsokat állítsanak elő, majd a külső membránhoz, lipopoliszacharidhoz tapadó fágokat használtak, amelyekkel ugyancsak kevésbé virulens mutánsokat kaptak. A rezisztens mutánsok kialakulását is elkerülték, és sikerült a borjaknál az E. coli 09:K99 törzzsel történt fertőzést követő hasmenést meggátolni még az alomra szórt fággal is, míg a kontrollállatok 2-5 nap múlva elpusztultak. Ezt a védőhatást csak a fertőzés előtt vagy azzal egy időben történt fág adásával kapták. A fenti kísérleteket hat enteropatogén, borjak és juhok járványos hasmenéséből izolált E. coli törzzsel végezték (0101:K30, 09:K30, 0101:K32, 09:K35, 08:K85, 0101:K28).
Berchieri és munkatársai (18) Salmonella typhimuriummal kísérletesen fertőzött csirkék fágkezeléséről számoltak be. A csirkéket szájon át kezelték, szennyvízből kétféle módon izolált fággal. A per os S. typhimuriummal fertőzött csirkék (109 CFU) elpusztultak. Tíz különböző Salmonella-fág közül az egyik fágkészítmény a mortalitást 60%-ról 3%-ra csökkentette. Soothill (19, 20) Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa és Staphylococcus aureus törzsekkel fertőzött egerekben vizsgálta bakteriofágok hatását a későbbi humán kezelések érdekében. Acinetobacter baumannii-val 5 LD50 mennyiségben fertőzött egereken 102 részecskét tartalmazó Acinetobacter-fág védőhatást fejtett ki, és ugyanilyen hatást értek el P. aeruginosa- és S. aureus-fertőzést követő specifikus fágkezeléssel. A fág terápiás hatásához lényegesnek találták a fág in vivo replikációját. Szerintük a staphylococcusokkal szembeni alacsony védettséget feltehetően az alkalmazott fág gyenge litikus hatása okozta. Az alkalmazott fágokat szennyvízből izolálták. In vitro vizsgálták aktivitásukat, P. aeruginosa-fág esetén sertésbőrmodellben. Azt a következtetést vonták le, hogy humán fertőzések kezelésében antibiotikum-rezisztens törzsek esetén hasznos lehet a fágkezelés.
Itt említünk meg néhány, fággal végzett
in vitro antibakteriális kísérletet. Vinnikov és munkatársai (21)
antibiotikum (valinomycin, nigericin) és fág együtthatását vizsgálták in
vitro, antibiotikum-rezisztens S. aureus növekedésének gátlására.
A két antibiotikum együtt adva segíthette elő a fágszaporodást, 64,5%-ban
gátolva az S. aureus növekedését. Sachkov és Moskovina
(22) staphylococcus-ellenanyag fághatást fokozó tulajdonságát figyelték
meg. Avdeeva és munkatársai (23) l és T2 fágnak herpesvírus in vitro
és in vivo növekedését gátló hatását írták le.
Fágterápiás eredmények humán fertőzésekben
A legszélesebb körű humán fágterápiás kísérletekről lengyel kutatók számoltak be az 1980-as években sorozatos közleményekben (24-30). Slopek és munkatársai öt éven át vizsgálatokat végeztek Staphylococcus, Klebsiella, Escherichia, Proteus és Pseudomonas okozta szeptikus fertőzésekben, 550, nagyrészt sebészeti osztályon fekvő, főleg krónikus betegek (életkor 1 hét-86 év) fágterápiás kezelésével. Fágterápiát antibiotikum nélkül 72,9%-ban, fág- és antibiotikum-terápiát 27,6%-ban alkalmaztak. A fágterápiás kezelés előtt a betegek 94,4%-a antibiotikum-kezelésben részesült, de a kórokozó antibiotikum-rezisztens volt. Az izolált baktériumtörzsekre virulensen ható (a baktérium oldódását okozó) bakteriofágokat alkalmaztak per os háromszor naponta, 10 ml-t étkezés előtt, előtte a gyomorsavat közömbösítve. Helyileg is alkalmazták a fágokat a pleura, a peritoneum, egyéb üregek, a húgyhólyag, a szem, a fül és az orr területére. A kezelés alatt az izolált baktériumok fágérzékenységét ellenőrizték, rezisztencia kialakulása esetén más fágot adtak. Az értékelés öt fokozatban történt: kiemelkedő hatás, teljes gyógyulás; a gennyes folyamat eliminációja; észrevehető javulás, helyi gyógyulási tendencia, negatív bakteriális lelet; átmeneti javulás; nincs hatás. Figyelembe vették a kort, a nemet, a fertőzés típusát, a kórokozót és a kezelés módját (fágterápia önmagában vagy antibiotikummal együtt adva) és a betegség súlyosságát.
Az értékelés után azt a következtetést vonták le, hogy a specifikus fágterápia igen hatásos pyogen Staphylococcus- és Klebsiella-, Escherichia-, Proteus-, valamint Pseudomonas-fertőzésekben, a kórokozótól és a kórkép típusától függően 75,9-100%-ban.
A fágterápia eredményességét befolyásoló tényezőket a következőkben foglalták össze:
Az eredmények alapján fágterápiát ajánlanak akut bélfertőzésekben (Shigella, Salmonella, Klebsiella, Escherichia, Proteus, Pseudomonas okozta hasmenés esetén), septikaemiában, posztoperatív fertőzésekben - lokalizációtól függetlenül -, suppurativ bőr, a subcutan szövet és a nyirokerek fertőzéseiben, furunculosisban, a légzőtraktus, a tüdő, a pleura gennyes folyamataiban, húgyúti fertőzésekben, ízületek és csontok gennyes fertőzéseiben, gennyes fistulák esetén.
A fenti vizsgálatokról és azok értékeléséről Slopek és munkatársai által közzétett közlemények (24-30) a rendelkezésre álló irodalomban a legrészletesebb ismertetések a humán fágterápia alkalmazásáról.
A terápiás és profilaktikus használatról közölt értékes adatokat Bondarenko (31) 1998-ban nozokomiális salmonellajárványokkal kapcsolatban. Multirezisztens, azonos fenotípusú és genotípusú S. typhimurium okozott kórházi járványokat Moszkvában, három év alatt 350 esetben. A kereskedelemben forgalomban lévő bakteriofágok nem oldották a törzsek többségét, ezért saját maguk által előállított adaptált fágokat alkalmaztak, 4x2 tablettát naponta per os vagy klizmában 100 ml-t, hét napon át. Súlyos esetekben antibiotikumot is adtak 2-4 napig. A bakteriológiai szanálás gyakorlatilag minden esetben sikeres volt. Profilaktikus céllal orálisan (étkezés előtt) naponta 3x2-4 tablettát vagy beöntéssel 50-100 ml fágot adtak 5000 főnek. Az ápolószemélyzetet is kezelték. A fágterápia stabil klinikai hatást eredményezett, a betegek száma az első évben már 11-re csökkent, a következő évben nem fordultak elő újabb esetek. Az előző két évben 176, illetve 142 megbetegedés fordult elő.
Drozdova és munkatársai (32) a fágok és a baktériumok kölcsönhatását vizsgálták kórházi környezetben E. coli M17 és FM17 fágmodellekkel. A fágok gátolták az enteralis fertőzések átvitelét, azaz a kontakt kórházi fertőzéseket.
Merril és munkatársai (33) kísérleteikben egereket olyan baktériummal oltottak, amelyet a baktériumra specifikus, virulens fággal kezeltek. A toxinszintet a fág tisztításával csökkentették. A fágelimináció csökkentését egerekben történő sorozatos átoltással kialakított fágmutánssal érték el, amely mutáns fág hosszabb ideig cirkulálhatott. E. coli és S. typhimurium P22 fágot használtak. Kimutatták, hogy a mutáns tovább keringett, mint a "vad" típus. A mutáció a fej kapszid proteinjében történt. A reticuloendothelialis rendszer nehezebben ismerte fel a mutáns fágot, mint az eredeti, "vad" fágot. Az így előállított fágokkal Merril és munkatársai az E. coli okozta szepszist sikeresen gyógyították. A National Academy of Science-ben, 1996-ban a fágok terápiás felhasználását gátló tényezőket a következőképpen foglalták össze (33):
| 1. táblázat. A fágkezelés előnyei
és hátrányai (34)
Előnyök
|
Legújabban Carlton (36) írt részletes ismertetést a bakteriofágterápia helyzetéről és jövőjéről, kiemelve a lengyel kutatók munkáját. Jelenlegi ismereteink alapján indokoltak lehetnek a fágterápiával kapcsolatos újjáéledő remények. Ismerve a fágterápia buktatóit, remélhetjük, hogy a fág-baktérium kölcsönhatás és a fertőzések patogenezisének jobb megismerése, valamint a fejlett géntechnikai módszerek alkalmazása hatékonyabb fágok előállítását és megfelelőbb alkalmazását teszi lehetővé.
Befejezésül Carl Merril (37), az amerikai Országos Mentál-egészségügyi Intézet Biokémiai Genetikai Laboratóriuma vezetőjének gondolatát idézzük: Az orvostudomány haladását akadályozó úttorlaszok nem indokolják a kutatás lassítását; a baktériumok változnak és rezisztenssé válhatnak bármely alkalmazott terápiával szemben, de addig is, amíg ez bekövetkezik, egy adott szerrel számos életet meg lehet menteni.
Irodalom
Bacteriophages were discovered 84 years ago by the observation of a lysis of a bacterial culture. The aim of the earliest attempts was the therapeutic employment of bacteriophages. The experiments controlled unsatisfactorily, could not fulfill expecations and successful antibiotic testing resulted the rejection of bacteriophage therapy. Bacteriophages gained importance in biology in the 1950s, as model viruses in biological and genetic research. The decrease in the success of antibiotic therapy caused to renew efforts in experimental phage therapy. The author reviews the early studies carried out mainly on animals as well as human experiments with bacteriophages purified by genetic methods. According to the results, bacteriophage therapy may be effective under certain circumstances for the infections not treatable by antibiotics, and in the case of antiobiotic-susceptible bacteria it can supplement therapy.
Correspondence: Hedda Milch, MD: Johan
Béla National Center for Epidemiology
H-1097 Budapest, Gyáli út 2-6.
bacteriophage therapy, antibiotics, model-experiments, bacteriophage therapy in human infections