Miért nem használják a fágokat a baktériumok technológiai közegei ellen?
Az antibiotikumokkal szembeni multirezisztens baktériumok megjelenésével felmerülhet a kérdés, hogy a fágokat (vagy bakteriofágokat) miért ismerik és használják ilyen kevéssé. Például 2016-ban egy nevadai nő egy Klebsiella pneumoniae által okozott bakteriális fertőzésben halt meg, amely rezisztens volt az összes rendelkezésre álló antibiotikummal szemben. A sertéstelepeken Kínában találtak baktériumokat, amelyek rezisztensek a kolisztinre, egy végső antibiotikumra. A baktériumok úgy fejlődtek, hogy minden eddiginél gyorsabban ellenálljanak az antibiotikumoknak.
Eközben a tudósok legalább tíz évet töltöttek egy új antibiotikum kifejlesztésével és az FDA jóváhagyásával. Ez a lassú válasz azt jelenti, hogy elveszítjük ezt az antibiotikum fegyverkezési versenyt. Sürgősen szükségünk van egy alternatív módszerre a bakteriális fertőzések leküzdésére. A baktériumok elpusztításának ígéretes módszere a bakteriofágok használata: vírusok, amelyek megfertőzik és elpusztítják a baktériumokat.
Bakteriofágok: a baktériumok természetes ellenségei
A bakteriofágokat, röviden fágoknak nevezik, Frederick Twort 1915-ben és Félix d´Herelle 1917-ben fedezte fel, több mint tíz évvel a penicillin előtt a leghíresebb antibiotikum. A következő években a fágokat sikeresen alkalmazták a vérhas és a kolera kezelésére. Ezeket a fágokat elkülönítették a betegségből váratlanul felépült betegek székletéből. A tudósok azt feltételezték, hogy ezekben a betegekben volt valami, ami segített a bélből eltávolítani a káros baktériumokat.
Elkülönítették a fágokat a székletből, megtisztították és a fágokat más betegeknek adták. Egy tanulmány szerint az indiai Pandzsábban a kolerával nem kezelt emberek 63% -a halt meg, míg a fágokkal kezelt embereknek csak 8% -a halt meg. E siker ellenére a fágterápiát elhalványította a penicillin felfedezése és az antibiotikumok térnyerése.
Azokban a napokban, amikor a fágokat először használták a kolera kezelésére, a tudósok csak most kezdték el tanulmányozni a vírusokat, és találgatták, hogyan működnek. Csak 1940-ben sikerült elkészíteni az első fágképeket elektronmikroszkóppal. Ma már tudjuk, hogy a fágok olyan vírusok, amelyek csak baktériumokat fertőznek meg. A vírusok egyik típusaként a fágok nem képesek önmagukban élni és szaporodni. Meg kell támadniuk a gazdasejtet, el kell fogyasztaniuk a gazdaszervezet tápanyagait a szaporodáshoz, és végül ki kell lépniük a gazdasejtből, gyakran megölve a gazdaszervezetet.
Általában a fágok megsemmisítésüket a baktériumok felismerésével és leszállásával kezdik. Minden fágtípusnak van egy saját leszálló területe. A fág ezután beinjektálja DNS-ét a baktériumokba. Ez a DNS lemásolja önmagát, tovább fedi a fághéjat, és az újonnan elkészített DNS-t beburkolja az új héjba. Végül a fág mérgező vegyi anyagokat termel, amelyek belülről kifelé bontják a baktérium gazdaszervezetet, kívülről felszabadítva az újonnan létrehozott fágokat, hogy még több baktériumot megfertőzhessenek (1. ábra).
1. ábra: Hogyan pusztítják el a fágok a baktériumokat (1) A fág először egy baktériumra landol. (2) Ezután beinjektálja DNS-ét egy baktériumba. (3) A DNS-t lemásolják és felhasználják új fággeneráció csomagolására. (4) Végül az új fágok szétrobbanó baktériumokat gyűjtenek össze, amelyek elpusztítják őket.
A fágok előnyei az antibiotikumokkal szemben
Az antibiotikum egy baktériumokat elpusztító vegyszer. Ezt úgy teszi meg, hogy megzavarja a baktériumok életben maradásához szükséges egy vagy több fontos folyamatot. Mivel ezek a folyamatok sok baktériumban gyakoriak, egyetlen "széles spektrumú" antibiotikum egyszerre több baktériumfajt képes megölni. Míg az antibiotikumok forradalmasították az orvostudományt, és gyakran nagyon hatékonyan elnyomják a bakteriális fertőzéseket, a jól fejlett fágoknak számos előnyük lehet az antibiotikumokkal szemben.
Először is, a fágok egy baktériumfajra jellemzőek, ezért valószínűleg nem zavarják a belünkben élő jótékony mikrobákat. Az emberi testet több mint ezer mikrobafaj lakja, amelyek testtömegünk körülbelül 3-5 kilóját jelentik. Ezek a mikrobák fontos munkákat végeznek helyettünk, például segítenek olyan tápanyagok előállításában, amelyeket önmagunkban nem tudunk előállítani.