Jednak oprócz COVID-19, świat zmaga się z innymi trwającymi już od lat pandemiami, o których mówi się niewiele lub wcale. Jedną z takich pandemii jest wciąż wzrastająca ilość patogenów bakteryjnych wysoce opornych na większość istniejących antybiotyków oraz stwarzających poważne zagrożenie dla życia pacjentów. Dobrym przykładem jest Streptococcus pyogenes, który niedawno zaistniał ponownie w mediach jako przyczyna tragicznych zgonów kilku małoletnich pacjentów w Wielkiej Brytanii. S. pyogenes zazwyczaj nie stwarza zagrożenia dla osób dorosłych, ale w niektórych przypadkach może być śmiertelny dla dzieci jeśli nie będą one poddane leczeniu. Niestety jest to również bakteria, której wiele szczepów nie reaguje na antybiotykoterapię. Takich przykładów jest więcej, od bakterii powodujących zakażenia w tzw. stopie cukrzycowej, po bardziej tropikalne gatunki jak Acinetobacter baumanii, którego ofiarą padł małżonek Prof. Steffanie Strathdee, a później bohater jej książki „The Perfect Predator”. Jest jednak nadzieja na rozwiązanie również tej pandemii, a leży ono w zastosowaniu odwiecznych wrogów bakterii – bakteriofagów poprzez praktyki biotechnologii medycznej.

Naturalne drapieżniki bakterii, nasi sprzymierzeńcy

Najprościej mówiąc, bakteriofagi są to bardzo proste wirusy wykwalifikowane w atakowaniu wyłącznie bakterii, jednocześnie są całkowicie nieszkodliwe dla innych organizmów, w tym zwierząt i ludzi. Szacuje się, że na Ziemi istnieje 10³¹ bakteriofagów. To więcej niż liczba wszystkich żywych organizmów razem wziętych, w tym mikroorganizmów, a nawet szacowanej liczby gwiazd w naszej galaktyce (ok. 10¹¹). Z ekologicznego punktu widzenia, bakteriofagi, lub krócej fagi, zapewniają równowagę wzrostu i zaniku liczby bakterii. Bez działania fagów, świat dosłownie zarósł by bakteriami. Niektóre bakteriofagi są zdolne do bardzo szybkiego zabijania bakterii, a ponieważ fagi są wirusami, w tym samym czasie następuje namnażanie fagów. Fagi lityczne pozostawione w spokoju w towarzystwie ich ofiar są w stanie całkowicie wyeliminować bakterie w swoim środowisku w ciągu kilku godzin. Oczywiście bakterie nie są bezbronne i wciąż następuje ewolucyjna walka między ofiarą a drapieżnikiem: Bakterie tworzą mechanizmy pozwalające im przetrwać atak fagów, a fagi dostosowują się tak, aby te nowe mechanizmy przełamać. Niemniej zdolność fagów litycznych do sprawnej eliminacji bakterii jest niezwykle przydatna zarówno w biotechnologii, jak i w medycynie.

Pierwsze zastosowania bakteriofagów nastąpiło w roku 1919 gdy Felix d’Herelle użył zawiesinę fagową w terapii dezynterii u dwunastoletniego chłopca. Miało to miejsce 10 lat przed odkryciem penicyliny przez Alexandra Fleminga. Najbardziej intensywny rozwój wiedzy o bakteriofagach i ich zastosowaniu w lecznictwie nastąpił w Instytucie Eliavy w Tibilisi. Paradoksalnie przyczynił się do tego późniejszy konflikt między krajami zachodnimi, gdzie głównym narzędziem walki z zakażeniami bakteryjnymi stały się antybiotyki, a Związkiem Radzieckim, który próbował znaleźć własne środki przeciwbakteryjne i skupił uwagę na bakteriofagach. Obecnie Instytut Eliavy pozostaje jednym ze światowych centrum badań nad fagami, ale wiele innych ośrodków medycznych również stosuje fagi w terapii przeciwbakteryjnej. Wartymi wymienienia są między innymi Instytut Hirszfelda we Wrocławiu, Szpital Wojskowy Królowej Małgorzaty w Brukseli, Uniwersytet Medyczny Baylor w Teksasie oraz Uniwersytecki Szpital Westmead w Sydney. Niestety fagoterapia nie jest obecnie jednolicie uregulowana prawnie, więc wszystkie przypadki zakażeń leczonych fagoterapią są rozpatrywane i kwalifikowane indywidualnie. Jednak instytuty pracujące na fagoterapii stworzyły własne wytyczne jak selekcjonować fagi przydatne do terapii i jak przeprowadzać samą terapię. Wynika to przede wszystkim z natury fagów i sposobu ich produkcji.

Ze środowiska do gabinetu lekarskiego

Aby uzyskać ilość fagów potrzebnych do wyleczenia chorego, należy po pierwsze tego faga posiadać w archiwum mikrobiologicznym, a jedynym sposobem sprawdzenia aktywności fagów jest poprzez kulturę mikrobiologiczną wraz z bakteriami, które wywołały zakażenie. Bakterie te należy pobrać od pacjenta, wyhodować i poddać badaniu przesiewowym z fagami. Jeśli okaże się, że żaden z posiadanych fagów nie jest aktywny, a zazwyczaj potrzebne są co najmniej dwa fagi dla udanej terapii, musimy te fagi znaleźć. Czasami uda się je pozyskać z innego instytutu, ale przeważnie rozpoczyna się “polowanie” w środowisku. Fagi można znaleźć wszędzie, gdzie występują ich bakterie-gospodarze, sukces zależy wyłącznie od szczęścia. Nowo odkryte fagi należy również scharakteryzować przed zastosowaniem w terapii, co dodatkowo zawęża okno możliwości uratowania pacjenta. Stąd też coraz częściej mówi się o stworzeniu światowej sieci instytutów fagoterapii, które mogłyby szybko reagować na nowo-powstałe zapotrzebowania. Możliwości zastosowania terapii fagowej są jednak ogromne. Teoretycznie każda szczep bakterii posiada przeciwstawnego faga, więc powinniśmy móc wyleczyć każdą chorobę bakteryjną przy użyciu odpowiednich fagów. Obecnie terapia fagowa jest najczęściej używana do leczenia chronicznych zakażeń, jak np. w wyniku cukrzycy czy zakażeń płuc u pacjentów z mukowiscydozą, leczeniu zakażeń wtórnych po oparzeniach, oraz leczeniu rzadziej spotykanych bakterii. Ponieważ nie wszystkie fagi działają jednakowo na różne szczepy bakterii, nie są obecnie dostępne uniwersalne preparaty fagowe przeznaczone do ogólnego użytku, jednak prace nad takimi preparatami są w toku.

Postępujące badania nad fagami udowodniły również, że fagi są nie tylko najlepszą alternatywą dla antybiotyków w czasie narastającej antybiotykooporności kluczowych patogenów bakteryjnych. Badania z wielu laboratoriów dowodzą również, że stosowanie antybiotykoterapii w połączeniu z fagoterapią przynosi znacznie lepsze wyniki, niż należałoby się spodziewać. Ponieważ bakteriofagi prawie nigdy nie usuwają 100% bakterii, istnieje możliwość nawrotu choroby po zastosowaniu wyłącznie fagów. Połączenie fagoterapii z antybiotykami powoduje całkowitą eliminację patogenów w stosunkowo krótkim czasie. Ponadto istnieją dowody sugerujące, że po wystawieniu na działanie fagów, bakterie o wysokiej antybiotykooporności mogą stać się bardziej podatne na działanie konwencjonalnych antybiotyków. Dokładny mechanizm tego zjawiska nie został jeszcze dokładnie opisany, jednak środowisko kliniczne związane z fagoterapią przyjmuje je za fakt.

Fagi w szerokim zastosowaniu biotechnologicznym

Zastosowanie bakteriofagów w biotechnologii jest również o wiele szersze, niż leczenie antybiotykoopornych infekcji. Fagi od dziesięcioleci są stosowane jako narzędzie biologii molekularnej do transdukcji genów między bakteriami oraz wiele z enzymów fagowych znalazło zastosowanie w laboratoriach i diagnostyce. Na tym jednak nie koniec. Istnieje już dostępnych na rynku szereg produktów zawierających mieszanki bakteriofagów dobrane do zmniejszenia obciążenia bakteryjnego w hodowlach kurzych czy trzody chlewnej; odkażania mięsa drobiowego z salmonelli czy usuwania pałeczek listerii z nabiału. Następnymi etapami rozwoju są bakteriofagi modyfikowane tak, aby precyzyjnie dostarczyć ładunek genetyczny, lub toksynę białkową, do wybranego gatunku bakterii bez ryzyka uszkodzenia naturalnej flory bakteryjnej.

Biotechnologia bakteriofagowa, chociaż ma swoje początki przed odkryciem antybiotyków, jest wciąż rozwijającą się dziedziną. Postępująca epidemia patogenów bakteryjnych odpornych na antybiotyki wymaga natychmiastowego działania i niezwłocznego wprowadzenia nowych rozwiązań walki z tymi mikroorganizmami. Bakteriofagi toczą tą walkę od zarania dziejów, więc teraz w złotej dobie biotechnologii, jest najlepszy czas aby wykorzystać te naturalne “samonaprowadzające się pociski” przeciwbakteryjne dla naszych celów.