УДК 619:615.33:619:578.81
DOI 10.33861/2071-8020-2023-4-39-41
Лаишевцев А.И. Общество с ограниченной ответственностью «Центр биотехнологической обработки продуктов питания
при институте прикладной микроэкологии» / Федеральное государственное бюджетное научное учреждение
«Федеральный научный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной
ветеринарии им. К.И. Скрябина и Я.Р. Коваленко Российской академии наук», г. Москва
Шастин П. Н., Хабарова А. В., Савинов В. А. Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный
научный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной
ветеринарии им. К.И. Скрябина и Я.Р. Коваленко Российской академии наук», г. Москва
Пименов Н. В. Общество с ограниченной ответственностью «Центр биотехнологической обработки продуктов питания
при институте прикладной микроэкологии» / Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии -
МВА имени К.И. Скрябина», г. Москва
Бактериофаговая терапия использовалась для лечения инфекций с 1919 года, когда Феликс д’Эрель впервые применил фаготерапию при дизентерии у детей. В эру антибиотиков западные страны в значительной степени игнорировали фаготерапию до нарастающего глобального кризиса устойчивости к противомикробным препаратам, после чего был возобновлен интерес к фаговой терапии для лечения полирезистентных бактерий. В то время как синергия фага и антибиотика была изучена in vitro и на животных моделях [12], потенциал в лечении сложных бактериальных инфекций, вызванных бактериями со множественной лекарственной резистентностью, велик, но остаётся нераскрытым. Большинство бактериофагов, используемых в терапии, представляют собой ДНК-содержащие вирусы, призматическая головка которых окружена в белковый капсид, также они содержат шипы и хвостовые отростки. Облигатно-литические бактериофаги (фаги) - это вирусы, которые нацеливаются на определенные бактериальные клетки-мишени, захватывают бактериальный механизм, реплицируются внутри клетки, лизируют организм и высвобождают свое потомство для повторного запуска цикла. Поскольку было показано, что эти «пожиратели бактерий», используемые в сочетании с антибиотиками, могут привести к усилению эффекта, растущее число микроорганизмов с множественной лекарственной резистентностью говорит о необходимости изучения новых подходов к лечению.
Цель и задачи исследования. Вышеобозначенное актуализирует необходимость системного анализа имеющегося опыта совместного применения бактериофаговых средств и антибиотиков, а также определяет целевой задачей исследовать потенциалы комбинированного действия данных антимикробных средств принципиально различной природы.
Материалы и методы исследований. В работе использованы теоретические методы исследования - актуальный обзор и системный анализ исследовательских результатов зарубежных авторов, индуктивное заключение, а также эпизоотологическое исследование, клиническое обследование и рутинные методы микробиологического исследования.
Результаты исследований и их обсуждение. На протяжении долгих лет проводились многочисленные исследования in vitro и in vivo с использованием одного или коктейлей фагов, с целью получить ответы на волнующие вопросы медицины [11]. Полученные многообещающие результаты не отменяют факта об отрицательных сторонах применения бактериофагов. Помимо сложных вопросов регулирования и проблем безопасности, имеет место быть и скептицизму в отношении лечения инфекционных заболеваний фагами, а именно, противоречивые сведения об их терапевтической эффективности, например, из-за их устойчивости или чувствительности к бактериям. На этой основе стратегия комбинированного применения их с антибиотиками является наиболее результативной.
Исследования по комбинированному применению антибиотика и фага привели к обнадеживающим результатам, а именно было доказано, что концентрация антибиотика может способствовать продуктивности фага и проводить к синергии [9]. Положительный эффект наблюдался у некоторых антибиотиков и фагов [2], но не у всех представленных комбинаций [3]. Разнообразие комбинаций фагов и антибиотиков дает множество вариантов лечения. Также эффективность терапии зависит от дозировки, частоты, времени введения и других показателей. В научной литературе в основном встречаются данные отдельного использования фагов и антибиотиков, однако нам интересно рассмотреть комбинированное действие, также это может служить базой для дальнейшего исследования и экспериментов.
А. С. Горшкова, В. В. Дрюккер, Н. Н. Сыкилинда в своем исследовании воздействия фагов AN14 и AN1, комбинируя с различными концентрациями гентамицина на биопленку, образованную синегнойной палочкой PAO1, пришли к результату, что совместное их использование приводит к усиленной деградации биопленки. Интересно, что в аналогичном опыте, используя бактериофаги Pb-подобный, SN-подобный совместно с гентамицином и синегнойную палочку PA14, положительный эффект не наблюдался [1, 8]. Можно предположить, что это связано со специфичностью фаг-антибиотик [4]. Отмечалось, что при нарастании концентрации антибиотика уменьшался суммарный эффект с фагом.
Наиболее подробное изучение механизма синергии фага и антибиотика представлено в работе Wertheim H.F. и соавт. (2005), где исследовали устойчивый к метициллину Staphylococcus aureus, образующий биопленку. Одновременное использование фага SB-1 с рифампицином или с даптомицином приводило к синергетическому уничтожению бактерий в биопленке [15]. В данном опыте проводилась обработка либо на фазе планктонного плавания бактерий, либо на фазе роста клеток фагом SB-1 и последующая обработка любым из пяти исследуемых антибиотиков рифампицин, даптомицин, фос-фомицин, ципрофлоксацин или ванкомицин. Фаг SB-1 разрушал экзополисахаридный компонент биопленки штамма MRSA, а также снижал титр метаболически неактивных клеток. Эти результаты особенно интересны, так как по многочисленным данным известные фаги лизируют клетки только в активном состоянии на фазе роста.
Способность фагов проникать в биопленки и лизировать их более эффективно, чем антибиотики, отмечена нами при ряде инфекционно-воспалительных патологий, поддерживаемых культурой золотистого стафилококка и/ или синегнойной палочки (острый и хронический катарально-гнойный отит у собак и кошек, хронический катарально-гнойный баланопостит у кобелей, язвенный кератоконъюнктивит у лошадей, собак). Полученные данные терапев
тической эффективности в рандомизированных группах показали более высокий оздоровительный эффект. Данная способность фагов проникать в биопленки и лизировать их более эффективно, чем антибиотики, была рассмотрена и в работе in vitro. Kumaran D. и соавт. (2019). Они провели исследования, в которых комбинации фага и антибиотиков использовались для устранения S. аureus, которые формируют биопленку [5]. Исследованиями устанавливали также влияет ли порядок лечения на эффективность терапии. Предварительная обработка биопленок антибиотиками показала антагонизм между фагом SATA-8505 и используемыми антибиотиками (ванкомицин, диклоксациллин, цефазолин, тетрациклин, или линезолид). В случае комбинированной терапии наблюдалось аддитивное ингибирование роста [7]. Линезолид и тетрациклин показали синергетическое действие с фагом, тогда как антагонизм наблюдался между фагом и диклоксациллином или цефазолином. Ванкомицин проявил аддитивное действие в одних дозах, а в других антагонизм. Аддитивное лизирование биопленок наблюдалось, когда фаг назначали до введения диклоксациллина или линезолида, и наблюдалось синергетическое снижение с цефазолином или тетрациклином, а также перед применением со сниженными дозами ванкомицина.
Очевиден вывод, что бактериофаги могут действовать синер-гетически с некоторыми антибиотиками, а также порядок назначения препаратов играет решающую роль в результате лизирования биопленок. Текущие исследования показывают большие обнадеживающие перспективы в терапии.
В своей работе Lin et al. [14] с Pseudomonas aeruginosa исследовал взаимодействие между фагами и антибиотиками и обнаружил, что синергизм бывает как штамм-зависимым, так и антибиотико-зависимым. Например, при комбинированном воздействии на штамм FADD1-PA001 бактериофагом PEV20 и одним из трех антибиотиков ципрофлоксацин, амикацин или колистин отмечался эффект синергизма. В случае штамма JIP865 синергизм также был и наблюдался между фагом PEV20 и ципрофлоксацином, амикацином или тобрамицином, однако полное подавление роста бактерий происходило только тогда, когда фаг PEV20 был в сочетании с ципрофлоксацином. Напротив, при взаимодействии фага PEV20 с амикацином, азтре-онамом, ципрофлоксацином, колистином или тобрамицином на штамм 20844n положительного эффекта не наблюдалось [14].
В другом исследовании Jansen с соавт. [6] идентифицировал Т4-подобный фаг KARL-1, который имел инфицирующие свойства к восьми штаммам со множественной лекарственной устойчивостью Acinetobacter baumannii. Фаг KARL-1 показал выраженный синергизм с меропенемом и в меньшей степени с ципрофлоксацином и колистином.
Chaudhry W.N. с соавт. (2017) в своей работе обозначили, что при высокой концентрации антибиотика становится затруднительным размножение бактериофага [13]. Дальнейшие данные о свойствах бактериофагов и их взаимодействии с антибиотиками в доступных источниках научной информации достаточно ограничены, эффективность при комплексной терапии оценивать на синергизм затруднительно.
Механизм синергетического действия антибиотика и фага не изучен полностью. Так, есть, например, данные, что при развитии фагоустойчивости, одновременно с этим у патогенных бактерий развивается резистентность к антибиотикам [10]. При комбинированном применении бактериофагов и низкой концентрации антибиотика, можно добиться того же самого антибактериального действия, что и с высокими дозировками антибиотика, которые имеют побочные эффекты. Дальнейшие исследования в этом направлении необходимы для совершенствования медикаментозных подходов и противоэпизоотической работы в ветеринарии.
Актуальным остается вопрос, чем обусловлена синергия антибиотиков и бактериофагов. Различные антибиотики одного класса в сочетании с одним и тем же бактериофагом могут демонстрировать различные результаты при воздействии на одного возбудителя. В некоторых случаях синергию можно объяснить тем, что антибиотики часто неэффективны против бактерий, формирующих биопленки, тогда как бактериофаги способны разрушать биопленки и предоставлять антибиотикам доступ к их мишеням. В некоторых случаях бактериофаги, связываясь с белками на поверхности бактерий, нарушают вирулентность последних.
Заключение. Актуализация бактериофаговых технологий в свете глобальной угрозы антибиотикорезистентности требует системного подхода к разным сторонам и свойствам препаратов новых поколений. Принимая во внимание факт отсутствия прямого антагонизма в фармакодинамике бактериофагов и препаратов антибиотиков, сульфаниламидов, фторхинолонов и других синтетических средств, остается интересным неизученный вопрос комбинированного терапевтического применения средств на основе фагов и антибиотиков.
Данный обзор, посвященный перспективам совместного применения бактериофагов и антибиотиков в клинической практике, доказывает эффективность комбинированной стратегии терапии бактерий с множественной лекарственной резистентностью. В экспериментах на штаммах патогенных бактерий и с опытными лабораторными животными неоднократно было доказано, что при совместном применении антибиотиков и фагопрепаратов демонстрируется эффект синергии, то есть их общий эффект превышает сумму эффектов при применении каждого препарата в отдельности. По литературным данным установлено, что наличие и степень синергии между антимикробным и фаговым препаратами зависит как от штамма бактериофага, так и от антибиотика. Авторы отмечают необходимость дальнейших исследований потенциала совместного применения антибиотиков и бактериофагов в лечении бактериальных инфекций, ведь пока отсутствуют рандомизированные клинические испытания, каждый случай лечения, по своей сути, является экспериментальным. Разные ученые считают, что использование бактериофагов в клинической практике позволит повысить эффективность антибактериальной терапии, которая катастрофически снижается из-за распространения резистентных штаммов микроорганизмов.
Список литературы:
1. Горшкова, А. С. Совместное воздействие бактериофагов и антибиотика на биоплёнку Pseudomonas aeruginosa / А. С. Горшкова, В. В. Дрюккер, Н. Н. Сыкилинда // Антибиотики и химиотерапия. 2020. № 65 (3-4). С. 7-11.
2. Burkholderia cepacia Complex Phage-Antibiotic Synergy (PAS): Antibiotics Stimulate Lytic Phage Activity / F. Kamal, J. Dennis et al. // Applied and Environmental Microbiology. 2015. No. 81. Pp. 1132-1138.
3. Combined bacteriophages and antibiotics as an efficient therapy against VRE Enterococcus faecalis in a mouse model / D. Gelman et al. // Research in Microbiology. 2018. No. 169 (9). Pp. 531-539.
4. Differential Effect of Newly Isolated Phages Belonging to PB1-Like, phiKZ-Like and LUZ24-Like Viruses against Multi-Drug Resistant Pseudomonas aeruginosa under Varying Growth Conditions / S. Latz et al. // Viruses. 2017. No. 9 (11). P. 315.
5. Does treatment order matter? Investigating the ability of bacteriophage to augment antibiotic activity against Staphylococcus aureus biofilms / D. Kumaran et al. // Front Microbiol. 2018. No. 9. P. 127.
6. Enhanced antibacterial effect of the novel T4- like bacteriophage KARL-1 in combination with antibiotics against multi-drug resistant Acinetobacter baumannii / M. Jansen et al. // Sci Rep. 2018. No. 8. P. 14140.
7. Isolation and genome characterization of the virulent Staphylococcus aureus bacteriophage SA97 / Y. Chang et al. // Viruses. 2015. No. 7 (10). Pp. 5225-5242.
8. Lister P., Wolter D., Hanson N. Antibacterial-resistant Pseudomonas aeruginosa: clinical impact and complex regulation of chromosomally encoded resistance mechanisms // Clin. Microbiol. Rev. 2009. No. 22 (4). Pp. 582-610.
9. Phage Antibiotic Synergy (PAS): в-Lactam and Quinolone Antibiotics Stimulate Virulent Phage Growth / A. Comeau et al. // PLoS One. 2007. No. 2 (8). e799.
10. Phage treatment of an aortic graft infected with Pseudomonas aerugi- nosa / B. Chan et al. // Evolution, Medicine, and Public Health. 2018. No. 1 (2018). Pp. 60-66.
11. Revisiting phage therapy: new applications for old resources / F. Nobrega et al. // Trends in Microbiology. 2015. No. 23. Pp. 185-191.
12. Synergistic interaction between phage therapy and antibiotics clears Pseudomonas aeruginosa infection in endocarditis and reduces virulence / Oechslin F. et al. // J Infect Dis. 2017. No. 215. Pp. 703-712.
13. Synergy and Order Effects of Antibiotics and Phages in Killing Pseudomonas aeruginosa Biofilms / W. Chaudhry et al. // PLoS One. 2017. No. 12 (1). e0168615.
14. Synergy of nebulized phage PEV20 and ciprofloxacin combination against Pseudomonas aeruginosa / Y. Lin et al. // Int J Pharm. 2018. No. 551. Pp. 158-165.
15. The role of nasal carriage in Staphylococcus aureus infections / H. Wertheim et al. // Lancet Infect. Dis. 2005. No. 5 (12). Pp. 751-762.
Резюме. В результате повсеместного применения антибиотиков, в настоящее время во всем мире встречаются бактерии, которые приобрели множественную лекарственную резистентность и, как следствие, встает вопрос поиска альтернативного лечения. Перспективным направлением в этом вопросе являются бактериофаги, которые применяются в борьбе с инфекциями, вызванными стойкими патогенами. Однако это не говорит о полном замещении антибиотиков при лечении, а наводит на мысль о комбинированном применении бактериофагов и антибиотиков. Усиление действия антибиотиков за счет фагов приводит к более эффективному лечению биопленочных инфекций, а также симбиотическое действие может приводить к снижению развития резистентности к фагам и антибиотикам. Несмотря на ряд преимуществ, которые были доказаны экспериментальными данными, стоит отметить, что данная концепция лечения имеет и отрицательные стороны. Необходимо внимательно подбирать комбинацию бактериофага и антибиотика для симбиотического действия на микроорганизмы. Наиболее часто комбинированная противобактериальная терапия применяется в отношении таких бактериальных инфекционных агентов, как Pseudomonas aeruginosa, а также ряд других микроорганизмов, таких как Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Enterococcus faecalis и Burkholderia cepacia. Изучение симбиотического действия в отношении перечисленной группы отражает положительный эффект комбинированного лечения. В данном обзоре авторами представлен анализ актуальных исследований в отношении симбиоза бактериофагов и антибиотиков на патогены с целью модификации стандартных схем лечения, а также предложения принципиально новых способов борьбы с полирезистентными штаммами.
Ключевые слова: антибиотики, фаги, комбинация фага и антибиотика, устойчивость к противомикробным препаратам, синергетическое действие, комбинированное действие фагов и антибиотика, полирезистентные штаммы, ДНК-содержащие вирусы, Staphylococcus aureus, антибактериальная терапия.
Сведения об авторах:
Лаишевцев Алексей Иванович, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией ФГБНУ «Федеральный научный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной ветеринарии им. К.И. Скрябина и Я.Р. Коваленко Российской академии наук»; участник проекта Evolink ООО «ЦБО Микроэкологии»; 109428, г. Москва, Рязанский проспект, 24, корп. 1; e-mail: a-laishevtsev@bk.ru.
Шастин Павел Николаевич, кандидат ветеринарных наук, старший научный сотрудник ФГБНУ «Федеральный научный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной ветеринарии им. К.И. Скрябина и Я.Р. Коваленко Российской академии наук»; 109428, г. Москва, Рязанский проспект, 24, корп. 1.
Хабарова Алла Викторовна, научный сотрудник ФГБНУ «Федеральный научный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной ветеринарии им. К.И. Скрябина и Я.Р. Коваленко Российской академии наук»; 109428, г. Москва, Рязанский проспект, 24, корп. 1.
Савинов Василий Александрович, научный сотрудник ФГБНУ «Федеральный научный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной ветеринарии им. К.И. Скрябина и Я.Р. Коваленко Российской академии наук»; 109428, г. Москва, Рязанский проспект, 24, корп. 1.
Ответственный за переписку с редакцией: Пименов Николай Васильевич, доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой иммунологии и биотехнологии ФГБОУ ВО МГАВМиБ - МВА имени К.И. Скрябина; участник проекта Evolink ООО «ЦБО Микроэкологии»; 109472, г. Москва, ул. Академика Скрябина, 23; тел.: 8-968-5103585; e-mail: pimenov-nikolai@yandex.ru.
http://www.vetkuban.com/num4_202311.html