Bakteriofágová terapie

Denně umírají na světě tisíce lidí v důsledku bakteriálních infekcí, které nelze léčit žádným dostupným antibiotikem. Rezistentních kmenů bakterií stále přibývá a dříve nebo později budou bakterie vzdorovat všem běžně používaným antibiotikům (Vesmír 78, 27, 1999/1). Žádná z 15 největších světových farmaceutických firem v současné době nevyvíjí antibiotikum, které by mělo nový mechanizmus účinku. Budeme tedy opět umírat na banální infekce, nebo se z této svízelné situace dostaneme?

Začalo to vodou z Gangy

Jedno řešení se nabízí již dlouho. Roku 1896 pozoroval Ernest Hankin, že voda z indických řek Gangy a Jamuny má účinky bránící rozvoji cholerové epidemie, ale nedovedl to vysvětlit. Roku 1915 si Frederick Twort všiml, že čas od času se některé z pozorovaných bakteriálních kolonií rozpustí a zmizí a že tento jev lze přenést na další kolonie. Roku 1917 publikoval kanadský mikrobiolog z Pasteurova ústavu Félix d’Hérelle práci, ve které určil, že příčinou zmíněného jevu je virus parazitující na bakteriích, a později jej se svou ženou Marií nazval bakteriofág (požírač bakterií). Který z objevů byl klíčový? Po letech vleklých sporů o prvenství objevu přijala vědecká komunita pro bakteriofágy též označení Twortův-d’Hérelleův fenomén.

D’Hérelle velmi brzy pochopil, jaký by mohl mít jeho objev vliv na léčbu bakteriálních infekcí, a ihned přistoupil ke „klinickým zkouškám“. S léčbou průjmového onemocnění začal již r. 1919 (poté, co předcházející den prokázal bezpečnost bakteriofágů tím, že ani on, ani jeho kolegové po jejich pozření netrpěli žádnými obtížemi). K zlepšení stavu u jeho pacientů docházelo už 24 hodin po první dávce. V průběhu let d’Hérelle vyléčil v Indii různými bakteriofágy tisíce lidí s cholerou či nějakým zánětlivým onemocněním. Ve své laboratoři v Paříži začal vyrábět několik komerčních bakteriofágových preparátů prodávaných firmou L’Oréal a s kolegou Giorgiem Eliavou založil r. 1923 Eliavův ústav bakteriofágů, mikrobiologie a virologie v gruzínském Tbilisi, který se měl stát celosvětovým centrem pro výzkum a terapeutické použití bakteriofágů. Roku 1930 se začaly bakteriofágy coby léčivo vyrábět a prodávat i v USA (fy Eli Lilly). Zdálo se, že jejich vítěznému tažení světem medicíny nestojí nic v cestě. Začaly se však množit práce s kontroverzními výsledky a po objevu antibiotik se na bakteriofágy skoro zapomnělo.

Jeden z d’Hérellových snů se však splnil – Eliavův ústav se opravdu stal centrem bakteriofágové terapie, pracuje dodnes a v dobách své největší slávy produkoval denně tuny bakteriofágů, kterými se léčilo po celém Sovětském svazu. Kromě toho byl roku 1952 založen ve Wrocławi (Vratislavi) při Polské akademii věd Hirszfeldův ústav imunologie a experimentální terapie, kde se bakteriofágy používaly k ochraně před infekcí po operaci a k léčbě zánětů různého původů včetně těch, které byly způsobeny kmeny rezistentními k antibiotikům. Výborné výsledky tohoto ústavu dnes poskytují mnoho důvodů k optimizmu při obnově zájmu o bakteriofágovou terapii. V čem tedy spočívají kořeny neúspěchu v jejích počátcích? Bezpochyby v nepřiměřeném očekávání na straně jedné a v nedostatku znalostí o biologii bakteriofágů na straně druhé (tab. I).

Není fág jako fág

Dnes již víme mnohé z toho, co d’Hérelle netušil. Bakteriofágy (zkráceně fágy) tvoří nejpočetnější (10³¹ virových částic) a nejrozšířenější biologickou jsoucnost na této planetě. Jsou všude kolem nás i v nás. Fágy jsou – tak jako ostatní viry – vybaveny proteinovým obalem, v němž je uložena dědičná informace (DNA nebo RNA). Většina bakteriofágů (96 %) patří do řádu Caudovirales (mají ocásek) a do jedné ze tří čeledí: Siphoviridae (nejznámější je fág λ), Myoviridae (nejznámější je T4), Podoviridae (nejznámější je T7). Infikují pouze ty bakterie, které mají na svém povrchu receptor specifický pro daného bakteriofága (viz Vesmír 78, 565, 1999/10). Bakteriofágy lze též rozdělit podle typu virové replikace – ta probíhá odlišně u agresivních lytických (virulentních) fágů a u mírných (temperovaných) fágů. Ty mírné (např. fág λ) se často po infekci hned nemnoží, ale začlení svou DNA do chromozomu bakteriální buňky jako profág, a tím v bakterii navodí stav nazývaný lyzogeniie. Bakterii to nepoškozuje, naopak tím získává „imunitu“ proti opětné infekci tímtéž fágem. S určitou pravděpodobností se profág spontánně (nebo po indukci UV zářením) oddělí od bakteriálního chromozomu, virus se replikuje, hostitelská buňka se rozpadne a bakteriofág se uvolní do prostředí. Temperované fágy mohou při své replikaci do virového obalu (kapsidy) zahrnout i části chromozomální DNA a přenést je do další hostitelské buňky (tak se může dostat toxin z bakterie Shigella dysenterie do neškodné bakterie Escherichia coli, která pak způsobuje otravy a průjmy). Pro bakteriofágovou terapii jsou tedy mírné fágy nevhodné. Kandidáty na spolehlivé ničitele bakterií je třeba hledat mezi „profesionálními“ virulentními fágy, jejichž DNA se nemůže zapojit do hostitelova genomu. Nové infekční bakteriofágy v tomto případě vznikají ihned po vstupu fágové DNA do bakterie, která je při jejich uvolňování zničena (obrázek 1), a záhy napadají další bakterie. Bakteriofágy tak v léčbě bakteriálních infekcí představují lék, který se v pacientově těle množí do té doby, dokud je přítomen jeho hostitel – původce onemocnění…

Nabourané představy a nové naděje

Tuto krásnou představu naboural již r. 1943 experiment Salvatora Lurii a Maxe Delbrücka (viz Vesmír 74, 605, 1995/11), kteří prokázali vznik rezistentních klonů bakterií v kultuře napadené bakteriofágem. Bakteriofágová terapie by tím ale neměla být zásadně ohrožena, neboť bakterie, jež se stávají rezistentními k infekci, a tedy i k léčbě bakteriofágem, zároveň ztrácejí svou virulenci. Rovněž by neměl být problém vybrat rychle pro vyhlazení rezistentních bakterií jiného vhodného bakteriofága. Bakteriofágy tedy znamenají velkou naději pro léčbu bakteriálních infekcí tam, která antibiotika selhávají a mají ve srovnání s nimi i mnohé výhody (tab. II).

O tom, že tato naděje není marná, svědčí i výborné klinické zkušenosti z Polska a Gruzie. Většina tamních studií však byla bohužel prováděna s nonšalancí odpovídající vědeckým nárokům v komunistickém bloku (nejsou placebem kontrolované a chybí spousta podstatných údajů o léčbě) a publikována v neznámých národních časopisech. Snad nejblíže k dvojitě slepé, placebem kontrolované studii má práce prováděná v letech 1963–1964 v gruzínském Tbilisi, kdy bylo na 30 796 dětech prokázán ochranný účinek bakteriofágů před průjmovou bakterií Shigella dysenterie. Dobře dokumentované (ale nekontrolované) polské studie publikované v recenzovaných anglicky psaných periodikách v letech 1983–1986 uvádějí, že léčba infekcí způsobených bakteriemi rezistentními k antibiotikům druhu Staphylococcus, Escherichia, Klebsiella, Proteus, Pseudomonas byla úspěšná u 94 % pacientů. Kromě těchto prací byla na západ od našich hranic precizně provedena i série experimentů u zvířat (myší, telat, prasat a jehňat), která nezvratně prokázala účinnost bakteriofágové terapie a profylaxe při experimentální infekci (až 100% účinnost při současném podání bakteriálního patogenu a bakteriofága; bakteriofágy byly účinnější než antibiotika). Je tedy až s podivem, že se tato léčba bakteriálních chorob rezistentních k antibiotikům nepoužívá a většině laické i odborné veřejnosti zůstává dokonce zcela utajena.

Centrum bakteriofágové terapie

Situace se však zvolna mění. Přispěl k tomu mimo jiné Američan Fred Bledsoe, který si v dubnu roku 2003 prorazil chodidlo hřebíkem, rána se mu zanítila a po deseti týdnech intravenózního podávání antibiotik bylo nutno přistoupit k amputaci končetiny. Týden před operací se Fred dověděl z televizní talk-show, že v Gruzii provádějí jakousi „obskurní“ léčbu, která by mu mohla pomoci. Odcestoval do Tbilisi a po 14 dnech podávání bakteriofágů infekce ustoupila. Fred se za velké pozornosti amerických médií zcela uzdravil. Centrum bakteriofágové terapie Eliavova ústavu v Tbilisi rozšířilo v roce 2005 svou působnost do Mexika, aby se stalo dostupnější pro stále četnější severoamerické zájemce, kde není tento druh léčby povolen. Bakteriofágová terapie stojí od 2000 do 20 000 dolarů a může ji podstoupit každý, u koho antibiotika nepřinášejí kýžený efekt. Nejprve se stanoví bakteriální původce onemocnění (kultivuje se vzorek od pacienta), ověří se jeho citlivost k vybranému bakteriofágu, a teprve poté následuje vlastní léčba. Podle druhu onemocnění může být bakteriofág podáván intravenózně, orálně (po neutralizaci žaludečních šťáv), rektálně, lokálně (přikládáním obvazů nasáklých bakteriofágem), inhalován nebo vpraven ve formě kapek do oka, nosu či ucha. Někdy je pro léčbu zvolen jediný bakteriofág, jindy se používá jejich směs. Centrum rutinně léčí infekce způsobené běžnými bakteriemi (včetně kmenů rezistentních k antibiotikům, například Staphylococcus aureus). Nemá dosud k dispozici terapeutické bakteriofágy pro léčbu infekcí způsobených bakteriemi rodu Mycobacterium (včetně Mycobacterium tuberculosis), Citrobacter, Clostridium difficile ani Borrelia burgdorferi. Na jejich vývoji a přípravě se v současné době začíná podílet i více než desítka nově vzniklých firem v USA, Kanadě, Izraeli a západní Evropě. Otevírá se zde pro ně zcela jistě široké pole působnosti. Tyto firmy se totiž nesoustřeďují pouze na přípravu terapeutických fágů, ale své aktivity směřují i k preventivní medicíně (bakteriofágy v zubní pastě lze zesílit účinky orální hygieny!), veterinární medicíně, zemědělství (bakteriofágy podávané v potravě mohou zamezit rozvoji chorob přenášených zvířaty, např. salmonelózy, či otrav masných produktů).

Mezi utopií a realitou

Možnosti využití bakteriofágů jsou dokonce větší, než se na první pohled zdá. Po léta to byly nejstudovanější objekty v molekulární biologii a nejnověji našly v laboratořích využití při studiu proteinů metodou fágového displeje: Do genomu bakteriofága je začleněna cizorodá DNA, jejíž proteinový produkt fúzovaný s kapsidovým proteinem bakteriofágu je posléze vystaven na jeho povrchu. A tak lze záměrně obohacovat povrch bakteriofágů o různé terapeutické proteiny (například protilátky či funkční enzymy) a upravovat i jejich hostitelský rozsah. Bakteriofágy se u experimentálních zvířat dostanou (při kterémkoli způsobu podání) velmi rychle do oběhového systému i vnitřních orgánů, snadno prostupují hematocefalickou bariérou a vstupují do mozku. Na experimentálních modelech už byla ověřena možnost jejich použití při léčbě chorob centrálního nervového systému (např. Alzheimerovy demence, léčby závislostí aj.) a opět dnes vyvolávají zájem pozorování známá více než 60 let, že se fágy hromadí v tkáni nádorů a brzdí jejich růst. Faktem zůstává, že bakteriofágy jsou z těl pokusných zvířat v nepřítomnosti hostitelské bakterie rychle odstraňovány a při opakovaných dávkách může být komplikujícím faktorem také imunitní obrana zvířete. I zde však pravděpodobně existuje řešení (selekce dlouhocirkulujícího fága, zvýšení dávky).

Přestože věda (zejména molekulární biologie) vděčí bakteriofágům za spoustu objevů, chová se k nim vědecká komunita macešsky. Musí být stále znovu objevovány (fakticky i obrazně) a jejich léčebný potenciál nebyl dosud doceněn. Chvályhodná snaha pomoci všem potřebným vedla k tomu, že jejich použití v medicíně bylo od počátku provázeno diletantizmem (ani sám d’Hérelle se mnohdy nezdržoval s kontrolami) a dnes proti bakteriofágům stojí nepřítel mnohem nebezpečnější – byrokratický aparát institucí schvalujících léčiva. Ty se zdráhají vydat povolení k použití v humánní medicíně pro neoslabený virus (byť bakteriální) a individualizovaný výběr bakteriofágů se vymyká všem jejich pravidlům. I zde se však blýská na lepší časy – povolení bylo vydáno pro klinické zkoušky bakteriofágů účinných proti bakteriím rezistentním na vankomycin. V zájmu objektivity je třeba říci, že představa léčby bakteriofágem, který byl izolován z kanalizace v Tbilisi, není příliš lákavá a je zřejmé, že tento „lék“ s sebou může ve svém genomu přinést nejedno nepříjemné překvapení (toxiny). Otázkou však zůstává, zda tato teoretická rizika mohou převážit výhody, jež může léčba poskytnout. Bez svolení regulačních orgánů denně konzumujeme a vylučujeme tisíce bakteriofágů – a nikdo z nás si zatím nestěžoval. Přistoupíme-li k dosud provedeným klinickým studiím na tisícovkách pacientů s tou největší dávkou skepticizmu, musíme konstatovat, že bakteriofágová terapie asi pomáhá, ale určitě neškodí. Existuje tedy důvod, proč nezkusit něco, co je pro polovinu světa utopií a pro druhou realitou, když je v sázce končetina, nebo dokonce život?