Informatie

Risico's bij bacteriële faagtherapie


Ik heb net het boek van J. Craig Venter gelezen Life at the Speed ​​of Light: From the Double Helix to the Dawn of Digital Life. Het boek is nu iets meer dan een jaar oud en Venter heeft een optimistische verwachting dat bacteriofaagtherapie een effectief alternatief zal worden voor gentherapie en virale immunotherapie. Hij vertelde dat het JCVI (J. Craig Venter Institute) aan dergelijke projecten werkt. Doen andere bedrijven ook onderzoek en is er vooruitgang geboekt? Wat zijn de verwachte risico's? Hoe kunnen malafide, schadelijke faagmutaties worden gecontroleerd? Kan dit type therapie worden toegepast op kanker?


Het Eliava Instituut in Tiflis (Georgië (een land)) is er sinds de jaren '30 actief. Een Amerikaans bedrijf verkoopt een faagproduct voor de desinfectie van vlees.

Het risico van faagtherapie is aanwezig, als de faag slecht is gekozen of besmet met andere fagen, kan deze pathogene genen introduceren bij het doelwit of andere bacteriën.

Als die risico's worden geëlimineerd, is er heel weinig risico bij faagtherapie, afgezien van het feit dat het misschien helemaal niet werkt. Faagtherapie is vooral nuttig in gebieden waar bacteriën normaal gesproken voorkomen, op andere plaatsen zal het immuunsysteem er korte metten mee maken.

Hoe sneller en goedkoper sequencing wordt, hoe effectiever faagtherapie zal worden. Omdat een "slechte" bacterie snel kan worden geïsoleerd en een goede "faagcocktail" kan worden bereid. Als we op het punt komen dat we het hele microbioom van een persoon kunnen sequensen, dan wed ik dat faagtherapie heel normaal zal zijn.

Op je kankervraag denk ik dat het nogal moeilijk is om het toe te passen op kankertherapie, behalve als je de kanker wilt bestrijden met een intracellulaire bacterie ... maar nogmaals. Hoe krijg je de faag erin.

Een uitstekend boek over dit onderwerp is het boek "de bacteriofagen".


Je loopt het risico dat de gedode cellen ineens enorme hoeveelheden cytokinen afgeven. Als dit gebeurt, kunt u een piek in de capillaire permeabiliteit veroorzaken en in feite massale sepsis veroorzaken. De bacteriën zullen LANGZAAM moeten worden gedood om te voorkomen dat ze hun inhoud in de bloedsomloop morsen. Maar ik heb altijd geloofd dat fagen ontwikkeld konden worden om bepaalde infecties zoals urosepsis te bestrijden. Maar elke faagtherapie kan alleen voor eenmalig gebruik zijn. Ik injecteerde ze vroeger in konijnen om antisera te bereiden die werden gebruikt in faaggroei-experimenten, ik denk dat dat een van de redenen is waarom faagtherapie niet gangbaar is. http://www.nature.com/news/phage-therapy-gets-revitalized-1.15348


Een bacteriofaag of faag is een virus waarvan het bestaan ​​teruggaat tot wat sommigen zeggen in de oertijd van de aarde. De functie van elk type bacteriofaag is om zich te richten op een specifiek type bacteriën. Sommigen zien ze zelfs als het natuurlijke mechanisme waardoor soorten zich in een bepaalde volgorde hebben kunnen ontwikkelen en niet door bacteriën worden vernietigd. Hoewel ze vanaf het begin in het donker hebben gewerkt, is hun bestaan ​​en belang pas vrij recentelijk opgemerkt.

De ontdekking van bacteriofagen gaat terug tot 1915 door Frederick W. Twort in Groot-Brittannië en 1917 door Félix d'8217Hérelle in Frankrijk, onafhankelijk van elkaar. In een tijd waarin de menselijke geest zich in een ontdekkingsfase bevond, of beter gezegd, de verborgen geheimen van onze planeet herontdekte. Toen Félix d'8217Hérelle het potentieel van bacteriofagen zag, bedacht hij therapieën die de mensheid een kans zouden geven om te vechten tegen de plagen van bacteriële infecties, die toen mensen teisterden. Zijn faagtherapieën gericht op het helpen van patiënten om te vechten tegen: Vibrio cholera cholera veroorzakend en tegen een specifieke stam van Salmonella buiktyfus veroorzaken.

De ontdekkingen in die tijd waren echter niet alleen beperkt tot fagen. Penicilline en uiteindelijk de productie van antibiotica leken door velen een gemakkelijkere therapeutische optie en faagtherapie werd opzij gezet om het stof van een plank te verzamelen.

Hoewel de meerderheid van de wereld de ultieme bacterieeter van de natuur was vergeten, bleven een paar landen hun verzameling bacteriofagen in stand houden en uitbreiden en zelfs faagtherapieën voortzetten. Vooral Georgië en Rusland blijven tot op de dag van vandaag bacteriofagen gebruiken om bacteriële infecties aan te pakken. Bacteriofaagcocktails worden in deze landen ook gebruikt tijdens ecologische rampen zoals overstromingen, als preventieve maatregel om het risico op maag-darminfecties bij mensen te verminderen.


5 nadelen van faagtherapie

bacteriofaag therapie wordt nu beschouwd als de beste alternatieve therapie voor behandeling met antibiotica. Hoewel faagtherapie in 1919 werd gestart, stierf het concept van faagtherapie in de jaren veertig uit door de productie van grote hoeveelheden antibiotica. Door de opkomst van antibioticaresistentie wordt faagtherapie de afgelopen decennia beschouwd als een geweldige oplossing voor de antibioticacrisis. Ondanks dat het veel voordelen heeft van het gebruik van faagtherapie ten opzichte van antibiotica, heeft faagtherapie ook enkele beperkingen.

1. Fagen kunnen een breed scala aan pathogenen niet doden:

Een smal gastheerbereik kan een nadeel zijn, omdat de specifieke faag mogelijk niet constant alle pathogene stammen van die bepaalde infectie kan lyseren. Er zijn verschillende mogelijkheden om dit probleem te omzeilen: gebruik van fagen met een breed gastheerbereik, met behulp van gemuteerde bacteriofaag of met een mengsel van verschillende fagen.

2. Fagen veroorzaken schadelijke biologische effecten:

Een ongezuiverd faagpreparaat kan verschillende biologische effecten veroorzaken tijdens faagtherapie. Faagvermenigvuldiging met behulp van gastheercel is een primaire stap voor faagproductie. Tijdens cellysis komt lipopolysacharide vrij, een bestanddeel van de celwand van gramnegatieve bacteriën. Lipopolysaccharide werkt als een endotoxine en als ze in hoge concentraties aanwezig zijn, kunnen ze een stollingscascade veroorzaken, de hemodynamiek wijzigen en koorts, toxische shock en hypotensie veroorzaken. Het zuiveren van faagbereiding met behulp van chromatografie en ultrafiltratie kan een endotoxinevrij preparaat produceren.

3. Gematigde fagen zijn niet antibacterieel:

Niet alle fagen kunnen worden gebruikt voor therapeutische voorstellen. Alleen obligate lytische fagen die de bacteriële cel direct lyseren in plaats van het genoom ervan te integreren in bacterieel DNA (gematigd) zijn bruikbaar voor faagtherapie. Gematigde fagen spelen een belangrijke rol bij de uitwisseling van genetisch materiaal tussen verschillende bacteriestammen en dragen vaak bij aan de pathogeniteit. Enkele bekende voorbeelden zijn choleratoxine van CTXΦ-faag en Shiga-toxine van H-19B-faag verkregen door respectievelijk Vibrio cholerae en E.coli.

4. De opkomst van faagresistentie:

De ontwikkeling van faag-resistente mutatie kan de faagtherapie onproductief maken. Het gebruik van faagcocktail (een mengsel van fagen) die verschillende celreceptoren gebruikt, kan echter de stijging van faagresistentie tegengaan.

5. Immuunrespons om fagen te inactiveren:

Inactivering van fagen door humaan serum kan een beperking vormen bij faagtherapie. Sommige onderzoeken hebben inactivering van faag door humaan serum aangegeven, terwijl andere experimenten weinig of geen inactivering of inactivering na een lange incubatieperiode hebben gedocumenteerd.


De risico's van antimicrobieel gebruik in de landbouw

Het argument tegen het gebruik van antibiotica als standaard landbouwpraktijk, zowel om de groeisnelheid te verbeteren als om ziekten te voorkomen, is niet nieuw (Witte, 1998) en is eerder uitgebreid besproken (Singer et al., 2003). Het ondubbelzinnig aantonen van verhoogde resistentie als gevolg van landbouwgebruik is echter ongrijpbaar gebleken (Perry en Wright, 2013). Een golf van nieuwe gegevens die zowel directe als indirecte routes van antibioticaresistentiegenen tussen landbouw- en menselijke populaties ondersteunen, suggereert een bidirectionele zoönotische uitwisseling (Price et al., 2012). Recente studies hebben bijvoorbeeld diverse en overvloedige resistentiegenen gevonden in mest voorafgaand aan verwijdering in het milieu (Zhu et al., 2013) en een hoge prevalentie van resistentie tegen meerdere antibiotica in enterobacteriën geïsoleerd uit tomatenkwekerijen (Micallef et al., 2013 ) en in bacteriën van met mest bewerkte bodems (Popowska et al., 2012). Bovendien is methicilline-resistent Staphylococcus aureus (MRSA) percentages bij werknemers op varkenshouderijen bleken hoger te zijn dan voor de gemiddelde populatie in zowel Noord-Amerika als Europa (Voss et al., 2005Khanna et al., 2008 Smith et al., 2009 van Cleef et al., 2010). Ten slotte hebben kalveren die met antibiotica worden behandeld ook meer kans op MRSA en is er een direct verband tussen de intensiteit van contact met dieren en MRSA-dragerschap bij mensen (Graveland et al., 2010). Een vergelijkbare trend is te zien in de aquacultuur, waar bacteriën dichter bij boerderijen een hogere antibioticaresistentie bleken te hebben dan nabijgelegen kustgebieden in Italië (Labella et al., 2013). Het toenemende aantal onderzoeken dat de hypothese ondersteunt dat antibioticagebruik in de omgeving heeft bijgedragen aan de selectie op antibioticaresistentie, suggereert dat niet-verstandig gebruik van antibiotica in de gezondheidszorg en de landbouw de effectiviteit van antibioticastrategieën als essentiële behandeling voor ziekten kan verminderen.

Als alternatief voor antibioticagebruik wordt de toepassing van fagen in de landbouw getest als biopesticide om plantpathogenen van tomaat (Jones et al., 2012), citrus (Balogh et al., 2008) en ui (Lang et al. ., 2007) onder andere (besproken in Svircev et al., 2011). Bijvoorbeeld, Erwinia amylovora (de veroorzaker van bacterievuur) infecties treffen een aantal gewassoorten in boomgaarden in Noord-Amerika en Europa (zie Malnoy et al., 2012 voor een overzicht). Hoewel van oudsher antibiotica worden gebruikt om deze ziekte onder controle te houden, heeft de opkomst van streptomycine-resistente stammen (McManus et al., 2002) en de wens om het gebruik van antibiotica in het milieu te verminderen, geleid tot het gebruik van fagen als alternatief. Biocontrole van fagen heeft duidelijk het potentieel om bacterievuurinfecties onder controle te houden, aangezien lytische fagen zijn geïsoleerd die zeer besmettelijk zijn voor de ziekteverwekker, maar definitieve veldproeven ontbreken momenteel. Gezien de bewezen risico's van verplaatsing van antibioticaresistentiegenen tussen landbouw- en menselijke pathogenen, moeten we ons afvragen of de grootschalige toepassing van fagen deze fouten uit het verleden waarschijnlijk zal herhalen. Totdat geschikte studies zijn uitgevoerd, blijven de daaropvolgende gevolgen van het toepassen van fagen in de landbouw voor de verspreiding van antibioticaresistentie, de evolutie van de ziekteverwekker en de gemeenschap van microben in de planten en de bodem onbekend.


NIH kent subsidies toe ter ondersteuning van onderzoek naar bacteriofaagtherapie

Een door de computer gegenereerde weergave van een bacteriofaag.

Een door de computer gegenereerde weergave van een bacteriofaag.

Het National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID), onderdeel van de National Institutes of Health, heeft $ 2,5 miljoen aan subsidies toegekend aan 12 instituten over de hele wereld om onderzoek naar bacteriofaagtherapie te ondersteunen. Deze prijzen vertegenwoordigen NIAID's eerste reeks beurzen die uitsluitend gericht zijn op onderzoek naar deze therapie, een opkomend veld dat nieuwe manieren zou kunnen opleveren om antimicrobieel resistente bacteriën te bestrijden. Een rapport van CDC uit 2019 wees uit dat antibioticaresistente ziekteverwekkers elk jaar meer dan 2,8 miljoen infecties in de VS veroorzaken en dat meer dan 35.000 mensen sterven.

Bacteriofagen (of "fagen") zijn virussen die bepaalde soorten bacteriën kunnen doden of uitschakelen, terwijl andere bacteriën en menselijke cellen ongedeerd blijven. Door natuurlijk voorkomende fagen te verzamelen, of door fagen te modificeren of te manipuleren om bepaalde eigenschappen te vertonen, hopen onderzoekers nieuwe antibacteriële therapieën te creëren. Omdat fagen bacteriën elimineren door ze te infecteren, in plaats van door verbindingen zoals antibiotica te genereren die bacteriën doden, kunnen fagen worden gebruikt om antibioticaresistente infecties te behandelen. Bovendien suggereert enig bewijs dat combinatietherapie met zowel fagen als antibiotica zou kunnen voorkomen dat bacteriën resistent worden tegen geneesmiddelen.

Hoewel wetenschappers al sinds 1917 op de hoogte zijn van fagen en hun vermogen om bacteriën te doden, zijn de eerste in de VS gevestigde klinische proeven met faagtherapie pas onlangs begonnen. Individuele Amerikaanse patiënten hebben faagtherapie gekregen, maar alleen onder noodonderzoeksprotocollen voor nieuwe geneesmiddelen. In Oost-Europa, waar het gebruik van faagtherapie vaker voorkomt, is de werkzaamheid niet rigoureus aangetoond.

"In de afgelopen decennia zijn multiresistente bacteriën, met name bacteriën die potentieel dodelijke ziekten zoals tuberculose veroorzaken, een serieus en groeiend wereldwijd probleem voor de volksgezondheid geworden", zegt NIAID-directeur Anthony S. Fauci, MD. "Met deze onderscheidingen ondersteunt het NIAID onderzoek nodig om te bepalen of faagtherapie kan worden gebruikt in combinatie met antibiotica - of helemaal vervangen - bij de behandeling van zich ontwikkelende antibioticaresistente bacteriële ziekten."

De nieuwe NIAID-beurzen ondersteunen onderzoek om belangrijke kennislacunes in de ontwikkeling van fagen als preventieve en therapeutische hulpmiddelen voor bacteriële infecties aan te pakken. Fundamenteel onderzoek dat door deze subsidies wordt ondersteund, omvat een studie waarin verschillende soorten fagen worden gekarakteriseerd, een project waarin wordt onderzocht hoe fagen kleverige, bladachtige kolonies van micro-organismen, biofilms genaamd, bestrijden, die moeilijk te behandelen kunnen zijn met antibiotica, en onderzoek om te bepalen hoe nieuwe, potentieel bruikbare fagen. Sommige translationele onderzoeken die door deze subsidies worden ondersteund, zullen onderzoeken hoe de interactie tussen fagen en bacteriën kan worden benut om duurzame, herbruikbare therapieën te creëren en virussen te ontwikkelen om Staphylococcus-bacteriën te bestrijden.


Toestemming

Ervan uitgaande dat faagtherapie uiteindelijk wordt goedgekeurd voor normaal gebruik door artsen, chirurgen en specialisten op het gebied van infectieziekten in ziekenhuizen, zullen patiënten voor de keuze staan ​​om al dan niet in te stemmen met besmetting met 'levende' virussen om bacteriële infecties te genezen of te voorkomen.

Faag kan zich veel preciezer op infecties richten dan antibiotica. Dit betekent dat als ze correct worden gediagnosticeerd en op de juiste manier worden gedoseerd, patiënten die faagtherapie krijgen, kunnen herstellen van een infectie met in wezen geen bijwerkingen en weinig risico's. Daarentegen veranderen breedspectrumantibiotica vaak het microbioom van een patiënt op een manier die fagen niet doen. Een toenemend aantal patiënten ontwikkelt bijvoorbeeld problemen die verband houden met: clostridium difficile na het nemen van antibiotica. Clostridium difficile is een opportunistische ziekteverwekker die zich snel vermenigvuldigt wanneer concurrerende bacteriën worden geëlimineerd door het gebruik van antibiotica door een patiënt. De gevolgen van C. verschil kan langdurige schade aan de spijsvertering en darmgezondheid omvatten (Brown et al., 2017).

Toestemming voor faagtherapie is in principe niet veel anders dan toestemming voor een vaccinatie. Wanneer de werkzaamheid hoog is en het risico laag, is de toestemming van de patiënt vrij eenvoudig te verkrijgen, zelfs als patiënten de precieze wetenschappelijke mechanismen van de behandeling niet begrijpen. Maar fagen zijn anders dan vaccins, en de risico's van faagbehandeling zijn meestal een functie van de onzekerheid van de arts over welke infectie bestaat en welke faag geschikt is om als behandeling te selecteren. Om faagtherapie goed te laten werken, moeten bacteriële infecties nauwkeurig worden gediagnosticeerd (een kostbare onderneming), moet de juiste faagcocktail worden geselecteerd (of ontwikkeld) en moet de behandeling worden toegediend op een manier die het immuunsysteem van de patiënt waarschijnlijk zal ondervangen systeem (Kingwell, 2015).

Geïnformeerde toestemming is de basis van de moderne medische ethiek (Flanigan, 2017). Maar patiënten zijn notoir onwetend over de details van infecties en verwarren vaak bacteriën en virussen. Bovendien weten de meeste praktiserende artsen momenteel niet veel over faagvirussen, aangezien het onderzoek zich nog in de beginfase bevindt. Om robuuste toestemming te geven voor faagtherapie, zullen patiënten en artsen vermoedelijk meer tijd moeten besteden aan het bespreken van de bekende en onbekende risico's die aan de behandeling zijn verbonden dan in eenvoudige gevallen waarin antibiotica worden geselecteerd en toegediend om een ​​normaal geval van longontsteking of stafylokok.

Te lang hebben we aangenomen dat we bij twijfel een krachtig breedspectrum antibioticum kunnen voorschrijven, intraveneus toegediend in geval van dringende noodzaak. Maar aangezien bacteriën resistentie tegen standaardantibiotica blijven ontwikkelen, zullen we in sommige gevallen faagtherapie als alternatief moeten onderzoeken. En totdat we heel wat meer weten over fagen, zal het moeilijk zijn om toestemming te verkrijgen omdat de wetenschap complex is, de werkzaamheid niet precies wordt begrepen en de behandeling voor artsen moeilijker uit te leggen is aan hun patiënten. Om deze redenen zal faag in de nabije toekomst waarschijnlijk voornamelijk worden gebruikt voor de plaatselijke behandeling van huidinfecties, als een manier om voedsel te steriliseren, om ziekenhuizen en medische apparatuur schoon te maken, en als laatste redmiddel wanneer de best beschikbare antibiotica een ziekte niet genezen. geduldig.

Het doel van deze sectie is niet om een ​​nieuwe theorie van toestemming te ontwikkelen, maar om te benadrukken hoe faagtherapie unieke uitdagingen kan genereren die verschillen van meer bekende behandelingen in het stadium van klinische onderzoeken en in gewone klinische omgevingen. De uitdaging komt vooral voort uit wetenschappelijke complexiteit en medische onzekerheid.


Biologen veranderen afluistervirussen in bacteriële moordenaars

Professor Bonnie Bassler en promovendus Justin Silpe ontdekten een bacteriedodend virus dat bacteriële gesprekken kan afluisteren. Ze hebben het opnieuw ontworpen om ziekten aan te vallen, waaronder salmonella, E coli en cholera.

Moleculair bioloog Bonnie Bassler uit Princeton en afgestudeerde student Justin Silpe hebben een virus geïdentificeerd, VP882, dat kan luisteren naar bacteriële gesprekken - en toen, in een draai als iets uit een spionageroman, vonden ze een manier om dat te gebruiken om het aan te vallen bacteriële ziekten zoals E coli en cholera.

"Het idee dat een virus een molecuul detecteert dat bacteriën gebruiken voor communicatie - dat is gloednieuw", zegt Bassler, de Squibb-hoogleraar Moleculaire Biologie. "Justin vond dit eerste natuurlijk voorkomende geval en heeft dat virus vervolgens opnieuw ontworpen zodat hij elke zintuiglijke input kan leveren die hij kiest, in plaats van het communicatiemolecuul, en dan doodt het virus op verzoek." Hun paper zal verschijnen in het nummer van 10 januari van het tijdschrift Cell.

Een virus kan maar één beslissing nemen, zei Bassler: blijf in de gastheer of dood de gastheer. Dat wil zeggen, ofwel onder de radar blijven in zijn gastheer of de kill-reeks activeren die honderden of duizenden nakomelingen creëert die uitbarsten, de huidige gastheer doden en zichzelf lanceren naar nieuwe gastheren.

Er is een inherent risico bij het kiezen van de kill-optie: "Als er geen andere gastheren in de buurt zijn, zijn het virus en al zijn verwanten gewoon gestorven", zei ze. VP882 heeft een manier gevonden om het risico uit de beslissing te halen. Het luistert naar de bacteriën om aan te kondigen dat ze zich in een menigte bevinden, waardoor de kans groter wordt dat wanneer het virus doodt, de vrijgelaten "verwanten" onmiddellijk nieuwe gastheren tegenkomen. "Het is briljant en verraderlijk", zei Bassler.

Deze E coli bacteriën herbergen eiwitten van het afluistervirus. Een van de virale eiwitten is gemerkt met een rode marker. Wanneer het virus in de "blijf"-modus staat (links), groeien de bacteriën en wordt het rode eiwit door elke cel verspreid. Wanneer het virus hoort dat zijn gastheren een quorum hebben bereikt (rechts), wordt het kill-stay-beslissingseiwit omgedraaid naar de "kill" -modus. Een tweede viraal eiwit bindt het rode eiwit en stuurt het naar de celpolen (gele stippen). Alle cellen in het rechterpaneel zullen spoedig sterven.

"Dit artikel biedt een geheel nieuw perspectief op de dynamische relatie tussen virussen en hun gastheren", zegt Graham Hatfull, de Eberly Family Professor of Biotechnology aan de Universiteit van Pittsburgh, die niet betrokken was bij dit onderzoek. “Deze studie vertelt ons voor de eerste keer … dat wanneer een faag zich in de lysogene staat [blijf] bevindt, hij niet ‘snel in slaap’ is, maar eerder katapult, met één oog open en oren alert, klaar om te reageren wanneer hij ‘hoort’. ’ geeft aan dat cellen zich klaarmaken om te reageren op veranderingen in hun omgeving.”

Bassler, die ook de voorzitter van de moleculaire biologie en onderzoeker van het Howard Hughes Medical Institute is, had jaren eerder ontdekt dat bacteriën kunnen communiceren en elkaars aanwezigheid kunnen waarnemen, en dat ze wachten om een ​​quorum te bereiken voordat ze samen optreden. Maar ze had nooit gedacht dat een virus deze quorumgevoelige communicatie zou kunnen afluisteren.

'De insecten worden afgeluisterd,' zei ze lachend. "Bovendien laat het werk van Justin zien dat deze quorumgevoelige moleculen informatie overbrengen over de grenzen van het koninkrijk." Virussen bevinden zich niet in hetzelfde koninkrijk als bacteriën - in feite bevinden ze zich in geen enkel koninkrijk, omdat ze technisch gezien niet leven. Maar dat zulke radicaal verschillende organismen elkaars signalen kunnen detecteren en interpreteren, is gewoon verbijsterend, zei ze. Het is niet zoals vijandige naties die elkaar bespioneren, of zelfs als een mens die communiceert met een hond - die zijn tenminste leden van hetzelfde koninkrijk (dier) en stam (gewervelden).

Nadat Silpe het eerste bewijs had gevonden van dit afluisteren tussen verschillende koninkrijken, ging Silpe op zoek naar meer - en vond het.

"Hij is net begonnen met een gloednieuw veld," zei Bassler. “Het idee dat er maar één voorbeeld is van deze domeinoverschrijdende communicatie klopte voor ons niet. Justin ontdekte het eerste geval, en toen, met zijn ontdekking in de hand, ging hij dieper kijken en vond hij een hele reeks virussen met vergelijkbare mogelijkheden. Ze luisteren misschien niet allemaal naar deze quorumgevoelige informatie, maar het is duidelijk dat deze virussen kunnen luisteren naar de informatie van hun hosts en die informatie vervolgens gebruiken om ze te doden.”

Silpe zei dat hij werd aangetrokken om in het laboratorium van Bassler te werken vanwege haar onderzoek naar bacteriële communicatie. "Communicatie lijkt zo'n geëvolueerde eigenschap," zei hij. “Om te horen dat bacteriën het kunnen – haar ontdekking – het was gewoon verbijsterend dat organismen waarvan je denkt dat ze zo primitief zijn, eigenlijk in staat zijn tot communicatie. En virussen zijn nog eenvoudiger dan bacteriën. Degene die ik heb bestudeerd, heeft bijvoorbeeld maar ongeveer 70 genen. Het is echt opmerkelijk dat het een van die genen wijdt aan quorumsensing. Communicatie is duidelijk niet iets wat hogere organismen hebben gecreëerd.”

Toen Silpe eenmaal had aangetoond dat VP882 afluisterde, begon hij te experimenteren met het geven van verkeerde informatie om het virus te laten doden op commando - om van het roofdier een huurmoordenaar te maken.

VP882 is niet het eerste virus dat als antimicrobiële behandeling wordt gebruikt. Virussen die op bacteriën jagen, worden "fagen" genoemd en "faagtherapie" - gericht op een bacteriële ziekte met een faag - is een bekende medische strategie. Maar VP882 is de eerste faag die afluisteren gebruikt om te weten wanneer het optimaal is om zijn doelen te doden, waardoor Silpe's experimenten met salmonella en andere ziekteverwekkende bacteriën de eerste keer zijn dat faagtherapie trans-koninkrijkse communicatie gebruikt.

Bovendien is dit virus een enorme belofte als therapeutisch hulpmiddel omdat het niet werkt als een typisch virus, zei Bassler. De meeste virussen kunnen alleen een heel specifiek type cel infecteren. Griepvirussen infecteren bijvoorbeeld alleen longcellen HIV richt zich alleen op specifieke cellen van het immuunsysteem. Maar het virus VP882 heeft een "uitzonderlijk breed gastheerbereik", zei Bassler. Tot nu toe heeft Silpe alleen 'proof of principle'-tests uitgevoerd met drie niet-verwante bacteriën: Vibrio cholerae (cholera), salmonella en E coli. Die ziekten zijn gedurende honderden miljoenen jaren afzonderlijk geëvolueerd, dus het feit dat ze allemaal vatbaar zijn voor deze bacteriële moordenaar suggereert dat er ook veel, veel meer zijn.

Hatfull is optimistisch over het nut van dit opnieuw ontworpen virus voor antibioticaresistente bacteriën. "Antibioticaresistentie is duidelijk een grote wereldwijde bedreiging voor de gezondheid, en er is een duidelijke en duidelijke vraag naar nieuwe strategieën en benaderingen van dit probleem", zei hij. "Hoewel we het weliswaar lastig hebben gevonden om zelfs maar 'first base' te bereiken met basis therapeutisch gebruik van natuurlijk voorkomende fagen, kunnen we de mogelijkheid van een 'home run' overwegen als we fagen voor therapeutisch gebruik kunnen ontwikkelen die een zeer specifieke targeting hebben." Deze virale moordenaars zouden zelfs de opkomst van antibioticaresistente stammen kunnen vertragen, zei hij.

Bassler geeft Silpe alle eer voor de ontdekking. Na het identificeren van een nieuw quorum-sensing-gen in V. cholerae, maakte hij de keuze om in genoomdatabases naar dat gen te zoeken. Het kwam voor in enkele cholera-gerelateerde stammen en precies één virus. Bassler vroeg zich af of dat een zinloos gegevensartefact kon zijn, maar Silpe wilde een exemplaar van het virus krijgen en experimenten uitvoeren.

"Hij was gung-ho, en ik dacht: 'Wat maakt het uit, geef deze jongen een klein touw. Als dit niet snel werkt, kunnen we altijd verder', zei ze. “Het was een gek idee van hem, want er is nooit, maar dan ook nooit bewijs geweest van een virus dat luistert naar bacteriële gastheerinformatie om te beslissen of hij blijft zitten of doodgaat. Maar dit lab was gebouwd op gekke ideeën, zoals bacteriën die met elkaar praten, en we hebben er een beetje van kunnen leven. … Dat is natuurlijk het mooie van de wetenschap, en de wetenschap in Princeton, dat je genoeg middelen hebt om die voorgevoelens uit te spelen en te kijken of er een ‘daar’ is. En deze keer was er een grote ‘daar’ daar.”


Faagtherapie Revisited: de populatiebiologie van een bacteriële infectie en de behandeling ervan met bacteriofaag en antibiotica

Faagtherapie is het gebruik van bacteriële virussen (bacteriofaag) om bacteriële infecties te behandelen. Het wordt al bijna 75 jaar sporadisch toegepast op mensen en huisdieren. Desalniettemin is faagtherapie buiten de hoofdstroom van de moderne geneeskunde gebleven, vermoedelijk vanwege twijfels over de werkzaamheid ervan, en mogelijk omdat het werd overschaduwd door antibiotica en andere chemotherapeutische middelen. In dit rapport ontwikkelen we de studie van faagtherapie en antibioticatherapie als een populatiebiologisch fenomeen - de dynamische interactie van bacteriën met een predator (faag) of een giftige chemische stof (antibioticum) in een gastheer waarvan het immuunsysteem en andere verdedigingen ook de interactie beïnvloeden. . Ons doel is om de omstandigheden te identificeren waaronder fagen en antibiotica een bacteriële infectie met succes kunnen beheersen en wanneer niet. We bespreken gegevens die in de jaren tachtig zijn gepubliceerd door H. Williams Smith en J.B. Huggins over het gebruik van fagen en antibiotica om dodelijke, systemische infecties van Escherichia coli in experimenteel geïnoculeerde muizen onder controle te houden. We laten zien dat sommige van hun waarnemingen kunnen worden opgevangen door een kwantitatief model dat bekende of plausibele veronderstellingen oproept over de afweer van de gastheer en de interacties van bacteriën met fagen en antibiotica. Sommige waarnemingen blijven onverklaard door het model. Onze analyse identificeert verschillende hypothesen over de populatiedynamiek van faag- en antibioticatherapie die experimenteel kunnen worden getest. Hiertoe behoren hypothesen die de variatie in de werkzaamheid van de verschillende fagen die door Smith en Huggins worden gebruikt verklaren en waarom, in hun onderzoek, fagen effectiever waren dan antibiotica.


OP FAG GEBASEERDE VACCINOLOGIE

Recombinante DNA-technologie maakt de synthese mogelijk van vaccinkandidaten die subeenheden van pathogenen zijn. Dergelijke vaccins hebben echter beperkte immunogene eigenschappen en vereisen adjuvantia of effectieve toedieningssystemen voor een juiste activering van het immuunsysteem (Petrovsky en Aguilar 2004 Barrett en Stanberry 2008). Zo worden fagen nu geëvalueerd als vaccinafgiftemiddelen vanwege hun overgeërfde vermogen om humorale en celgemedieerde immuniteit te stimuleren (Burdin et al. 2004). Twee strategieën worden vaak gecombineerd om faagvaccins te produceren: (1) faagdisplay, wanneer virionen worden versierd met peptiden die zijn geselecteerd op hun vermogen om antigeenpresenterende cellen te binden en (2) faag-DNA-vaccins, wanneer viraal DNA wordt gemanipuleerd om een ​​vreemd antigeen te dragen gen onder de controle van een sterke eukaryote promotor en heeft het vermogen om dit element af te leveren aan zoogdiercellen (Clark en maart 2004a Zanghi et al. 2007).

Filamenteuze faag M13 is het eerste virus dat is gemanipuleerd om een ​​melanoomspecifiek tumorantigeenfragment tot expressie te brengen en is met succes gebruikt om een ​​immuunrespons op te wekken die tumorgroei kan verminderen in diermodellen (Benhar 2001 Fang et al. 2005). Momenteel worden verschillende vaccins voor infectieziekten bereid met behulp van het T4-faagdisplaysysteem, dat veelbelovende resultaten heeft opgeleverd in diermodellen (Jiang et al. 1997). Evenzo is faag T7 ontworpen om vasculaire endotheliale groeifactor (VEGF) te vertonen en is met succes gebruikt om immunologische tolerantie te doorbreken en een sterke immuunrespons te produceren tegen Lewis-longcelcarcinoom (Li et al. 2006).

Als alternatief kan faag worden gebruikt om genen in zoogdiercellen over te brengen. In deze vectoren worden de antigenen, onder controle van een eukaryote promotor, gekloneerd in een niet-essentieel gebied van een faaggenoom. Wanneer ze in een zoogdiersysteem worden geïnjecteerd, kunnen deze faagdeeltjes, die werken als een DNA-vaccin, een krachtige immuunrespons induceren door vreemd antigeen tot expressie te brengen in anafase-bevorderende complexen (APC's) of andere cellen (Clark en maart 2006). Er zijn verschillende op gebaseerde DNA-vaccins voor infectieziekten bereid die veelbelovende resultaten hebben opgeleverd in diermodellen (Clark en March 2004b March et al. 2004). Opgemerkt moet worden dat deze virussen worden gemanipuleerd om zoogdiercellen binnen te dringen en, bij afwezigheid van engineering, zijn fagen alleen in staat om bacteriën te infecteren.


Conclusie

Faagtherapieën voor Shigella spp. en andere pathogene bacteriën zijn ongeveer een eeuw lang bestudeerd en toegepast, maar faagtherapie als een antibacteriële behandeling heeft in het algemeen niet veel aandacht gekregen vanwege een gebrek aan klinische kennis en publieke bekendheid met fagen. Aangezien de ontwikkeling van nieuwe antibiotica echter arbeidsintensief, tijdrovend en kostbaar is, is het bij uitstek zinvol om alternatieve antimicrobiële benaderingen te zoeken om geneesmiddelresistente ziekteverwekkers te bestrijden. Hoewel het onvermijdelijk enkele nadelen heeft, zijn op fagen gebaseerde biocontrole en bacteriofaagtherapie veelbelovende benaderingen om de uitdaging van pathogene bacteriële infecties te bestrijden, vooral wanneer de zoektocht naar nieuwe antibiotica stagneert. Het potentieel van faagtherapie is de afgelopen decennia door veel wetenschappers erkend en herzien, en er is een verjonging van het onderzoek naar faagtherapie geweest. Bovendien hebben fagen veel onbenutte mogelijkheden als alternatief voor antibiotica, zowel vanwege het bereik van intrinsieke variatie in hun werkingsmechanisme, ook vanwege de bijna onbeperkte verscheidenheid aan fagen en hun vermogen om te evolueren ter plaatse om met succes om te gaan met bacteriële resistentie. De FDA heeft bacteriofagen goedgekeurd als GRAS en heeft in 2006 de toepassing van fagen als voedseladditieven toegestaan, wat een belangrijke stimulans is voor onderzoek naar faagtherapie.

Desalniettemin vereist de therapeutische toepassing van fagen nog steeds uitgebreide studies, oordeelkundig uitgevoerde klinische onderzoeken en, belangrijker nog, goed gedefinieerde wettelijke richtlijnen. Momenteel wordt faagtherapie in veel delen van de wereld aangemoedigd omdat beleidsmakers het kweken van MDR als een ernstig gezondheidsprobleem beschouwen. Dit bewustzijn zou onderzoekers verder moeten aanmoedigen om de biologische eigenschappen van fagen te bestuderen, wat uiteindelijk hun veiligheid en werkzaamheid verhoogt. Furthermore, genetically modified phages could help to solve the issues of patent filing and as a result increase the interest of pharmaceutical and biotechnology companies to produce phage-products. Finally, cocktails of natural phages and genetically modified phages could open new perspectives for successful phage therapy in the future, particularly against the major challenge of Shigella en Shigella-like multidrug resistant bacteria.


Bekijk de video: Bacteriopage Lytic Cycle (November 2021).