СЕМЕЙСТВО Т-ЧЕТНЫХ БАКТЕРИОФАГОВ
Существенной долей лечебных фаговых смесей являются бактериофаги, родственные Т4, сыгравшему ключевую роль в развитии молекулярной биологии (ср. Karam, 1994). Как обсуждалось выше, название “семейство Т-четных бактериофагов” является исторической случайностью, отражающим тот факт, что все: Т2, Т4 и Т6 из оригинальной коллекции Дельбрукской “Фаговой группы”, были родственными. Большие серии Т4-подобных фагов были изолированы для исследования на всех континентах, например из водоочистных сооружений Лонг-Айленда, у животных Денверского зоопарка, у дизентерийных больных в Восточной Европе (шигеллы часто являются хозяевами упомянутых фагов). Члены семейства вызывают инфицирование большинства тонкокишечных и родственных им бактерий (Ackermann and Krisch, Archives of Virology, в печати). Почти все из исследованных до настоящего времени Т-четных фагов используют 5-гидроксиметилцитозин вместо цитозина в своих ДНК, что защищает их от большинства бактериальных ферментов рестрикции, предохраняющих ДНК бактерий от вторжения из вне. Это существенно расширяет диапазон возможных хозяев представителей этого семейства. Известна последовательность оснований ДНК фага Т4 (Kutter, Stidham et al., 1994), нам известно многое об инфекции в стандартных лабораторных условиях и о способах применяемых им для столь эффективного поражения бактерий. Потенциально мы можем использовать некоторые из этих данных , особенно, наиболее изученные сходства и различия представителей этого обширного семейства, для более точных подходов к фаготерапии. Нам известно, что различные члены семейства Т-четных фагов используют в качестве своих рецепторов различные белки и олигосахариды наружной мембраны, данных о волокнистых структурах хвостовой части, вовлеченных в этот процесс, вполне достаточно для возможности прогноза того, какой фаг будет “работать” на данных бактериях и проектирования фагов, обладающих новой специфичностью (cf. Henning and Hashemolhosseini, 1994; Krisch, личное сообщение).
|
|
|
Пока еще имеется слишком мало исследований экологии Т4 и его поведения при условиях, более приближенных к естественной среде обитания и обстоятельств, которые возникнут при фаготерапии, когда среда часто анаэробная и бактерии нередко оказываются в условиях недостатка питательных веществ. Немногочисленная доступная информация на эту тему была обобщена Kutter, Kellenberger et al (1994). Различные исследования проливают свет на возможность сосуществования этих высоковирулентных бактериофагов в равновесии с их хозяевами в природе. Например, они способны репродуцироваться в отсутствии кислорода в течение нескольких поколений анаэробного роста бактерии-хозяина. Мы обнаружили, что они могут переживать некоторое время в состоянии своего рода гибернации, бездействия, внутри голодающих клеток, а затем позволять своему хозяину в достаточной степени адаптироваться повторно, когда обеспечение питательными веществами вновь восстановится, и производить некоторое количество фагов. Это особенно интересно и важно, поскольку бактерии претерпевают многие коренные изменения, повышающие их сопротивляемость к различным неблагоприятным воздействиям окружающей среды, дабы пережить периоды голодания (ср. Kolter, 1992).
|
|
|
Т-четные фаги обладают уникальной способностью, которая существенно влияет на их широкое распространение в природе и конкурентные преимущества. Они способны выбирать время лизиса в зависимости от относительной доступности бактерий-хозяев в своем окружении. Когда клетки E. coli инфицируются одиночными Т4, они лизируются через 35-30 минут при температуре тела в условиях богатой питательной среды, высвобождая около 100-200 фагов из одной клетки. Однако когда дополнительные Т-четные фаги атакуют клетку более чем через 4 минуты после начального инфицирования, клетка не лизируется в обычное время. Вместо этого она продолжает создавать фаги в течение целых 6 часов, причем окончательное время возможного лизиса зависит от множественности суперинфицирующего фага (ср. Doermann, 1948; Abedon, 1994). Эта задержка называется “запрещением лизиса”.
|
|
|
Таким образом, по многим причинам семейство фагов, родственных Т4, является отличным кандидатом для терапевтического использования против тонкокишечных и других грамотрицательных бактерий. Исследования их экологии и распределения проводятся с учетом этих целей, как в Тбилиси, так и в The Evergreen State College. Также важно развитие аналогичного рода понимания других семейств фагов, потенциально полезных для фаготерапии, с использованием преимуществ многих доступных сейчас мощных инструментов. Работа, направленная на достижение этого результата, развивается во множестве лабораторий во всем мире, но по прежнему пока находится в зачаточном состоянии, поскольку никто не выходит за рамки тонкокишечных бактерий.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Ясно, что настало время для более внимательного рассмотрения потенциала фаготерапии, как через поддержку новых исследований, так и через тщательное изучение уже доступных данных. Как заключают Barrow и Soothill, “Фаготерапия может быть очень эффективна, и в определенных условиях имеет некоторые уникальные преимущества перед антибиотиками. Противовесом росту частоты антибиотико-резистентных бактерий и дефициту созданию новых классов антибиотиков является необходимость исследования применения фага при ряде инфекционных болезней”. Здесь важны оговорки Ackermann (1987): “Лечение вслепую явно не приносит пользы; фаги должны тестироваться так же, как антибиотики, показания должны быть правильными, но этого придерживаются в медицине повсюду. Однако фаготерапия требует создания банков фагов и тесного сотрудничества между клиницистом и лабораторией. Фаги имеют, по крайней мере, одно преимущество… В то время как концентрация антибиотика с момента его применения уменьшается, число фагов должно увеличиваться. Другое преимущество состоит в том, что фаги способны распространяться и, таким образом, предотвращать болезнь. Тем не менее, предстоит сделать много исследований…по стабильности терапевтических препаратов; клиренсу тканей и крови от фагов; их размножению в человеческом организме; инактивации антителами, сывороткой или гноем и выделению бактериальных токсинов при лизисе… Кроме того, терапевтические бактериофаги должны быть охарактеризованы, по крайней мере, с помощью электронной микроскопии”. В то время как внедрение инъекционных форм фагов на Западе кажется преждевременным без широких дальнейших исследований, их правильное применение в некоторых сельскохозяйственных целях и для наружного использования может потенциально способствовать уменьшению появления антибиотико-резистентных штаммов. Более того, аккуратное использование соответствующих фагов, кажется оправданным в случаях, когда бактерии, устойчивые ко всем доступным антибиотикам, угрожают жизни больного. Они особенно полезны в случаях упорных госпитальных инфекций, когда большое количество особо уязвимых людей инфицируются одним и тем же штаммом бактерии в условиях закрытого стационара.
|
|
|
Существенную роль в росте популярности возможностей фаготерапии и связанных с ней возможных научных и этических дилемм (Summers, 1991), сыграл классический роман Синклера Льюиса (Sinclair Lewis) Arrowsmith, за который автор получил Нобелевскую премию по литературе. Сегодня рост научного, общественного и коммерческого интереса к фаготерапии находит отражение и стимулируется несколькими путями. Например, “ВВС” недавно выпустила документальный фильм Horizon The Virus that Cures (“Вирус, который лечит”) о фаговой терапии, основанный на Исследовательской статье Радецкого о Возвращении Хорошего Вируса. Несколько компаний начали исследовательскую работу по фаготерапии. Кроме того, для поддержки связей, в образовательных и исследовательских целях создан некоммерческий фонд “PhageBiotics”. Хочется верить, что такое внимание приведет к росту поддержки крайне необходимых в этой области исследований и быстрому прогрессу в развитии соответствующего их применения, обеспечив, по крайней мере, одну альтернативу растущей проблеме полирезистентных бактерий.
Выражаю признательность
Особая благодарность Drs. Rezo Adamia, Zemphira Alavidze, Teimuraz и Nino Chanishvili, Taras Gabisonia, Liana Gachechiladze, Mzia Kutateladze, Amiran Meipariani и их коллегам в Институте Бактериофагов, Тбилиси за их гостеприимство и усилия, которые они приложили, чтобы помочь мне осознать проведенную ими обширную клиническую работу. Мне также оказали информационную и коммуникационную поддержку: доктор Marina Shubladze, работавшая педиатром в Тбилиси 10 лет, ныне проживающая в Сиэтле; Nino Mzavia, Nino Trapaidze, Timur и Natasha Zurabishvili, которые работают в моей лаборатории по биологии T4; Hans-Wolfgang Ackermann (университет Laval), Eduard Kellenberger (Базель), William Summers (Йель), Steve Abedon (штат Огайо) и Bruce Levin (Emory); Mansour Samadpour, Вашингтонский университет; Kathy d'Acci (руководитель клинической лаборатории, госпиталь Св. Петра, Олимпия); врач, д.м.н. Jess Spielholz, и Robin Moore, доктор естественных наук; и, особенно, множество коллег и студентов, работающих в нашей лаборатории в Evergreen, особо Barbara Anderson, Pia Lippincott, Mark Mueller, Stacy Smith, Elizabeth и Chelsea Thomas, Burt Guttman и Jim Neitzel.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1) Abedon, S. T. (1994). Lysis and the Interaction between Free Phages and Infected Cells, p. 397-405. In J. D. Karam (ed.), Molecular Biology of Bacteriophage T4. American Society for Microbiology, Washington, DC.
2) Ackermann, Hans-Wolfgang and Michael DuBow (1987) Viruses of Prokaryotes I: General Properties of Bacteriophages, ch. 7. Practical Applications of Bacteriophages. CRC Press, Boca Raton, Florida
3) Ackermann, H.-W. (1996). Frequency of morphological phage descriptions in 1995. Arch. Virol. 141:209-218.
4) Ackermann, H.-W. and H. Krisch (1997) A catalogue of T4-type bacteriophages. Archives in Virology. 142, in press.
5) Adamia, R. et al: (1990) The virulent bacteriophage IRA of Salmonella typhimurium: cloning of phage genes that are potentially lethal for the host cell. J. Basic Microbiol. 30: 707-716
6) Barrow, P. A. and J. S. Soothill. (1997). Bacteriophage Therapy and Prophylaxis: rediscovery and renewed assessment of the potential. Trends Microbiol 5:268-271
7) Begley, Sharon. (1994). The End of Antibiotics. Newsweek, March 28, pg. 47-51.
8) Burnet, F. and M. McKie (1929). Observations on a permanently lysogenic strain of B. enteridis gaerther. Austral. J. Exptl. Biol. Med. Sci. 6: 277-284.]
9) Bruynoghe, R. and J. Maisin (1921). Essais de therapeutique au moyen du bacteriophage du Staphylocoque. C. R. Soc. Biol. 85:1120-1121;
10) Cairns, John, George Stent and James Watson (1966). Phage and the Origins of Molecular Biology. Cold Spring Harbor Laboratory Press, CSH, Long Island N. Y.
11) D'Herelle, F. (1917). Sur un microbe invisible antagoniste des bac. dysentÈriques. Cr. r. Acad. Sci. Paris 165:373.
12) D'Herelle, F. (translated to English by Dr. George H. Smith, PhD) (1922). The Bacteriophage: Its Role in Immunity. Williams and Wickens Co./Waverly Press, Baltimore, USA.
13) D'Herelle, F., F. W. Twort, J. Bordet and Andre Gratia. Discussion on the Bacteriophage (Bacteriolysin). from the Ninetieth Annual Meeting of the British Medical Association, Glasgow, July, 1922. Published in the British Medical Journal 2:289-297, and reproduced in G. Stent, Papers on Bacterial Viruses, second edition, Little, Brown and Co., Boston, 1965
14) Doermann, A. D. (1948). Lysis and lysis inhibition with Escherichia coli bacteriophage. J. Bacteriol. 55:257-275.
15) Doermann, A. D. (1952). The Intracellular Growth of Bacteriophages. I. Liberation of intracellular bacteriophage T4 by premature lysis with another phage or with cyanide. J. Gen. Physiol. 35:645-656.
16) Eaton, Monroe D. and Stanhope Bayne-Jones (1934). Bacteriophage Therapy. JAMA 103:1769-1776; 1847-1853; 1934-1939.
17) Ellis, E. L. and M. Delbrück (1939). The Growth of Bacteriophage. J. Gen. Physiol. 22:365-384.
18) Falkow, Stanley (1996). The Evolution of Pathogenicity in Eschericia, Shigella and Salmonella. p. 2723-2729 in E. coli American Society for Microbiology, Washington, DC.
19) Fékéty, Robert (1995). Antibiotic-associated Diarrhea and Colitis. Current Opinion in Infectious Diseases 8:391-397.
20) Fischer, Ernst and Carol Lipson. (1988). Thinking about Science: Max Delbrück and the Origins of Molecular Biology. W. W. Norton and Co.
21) Gabisonia T.G. et al. (1995). Phagotherapy of nosocomial strains of P. aeruginosa, belonging to different o-groups. Georg. Med. News. N.15, pp.19-21.
22) Gachechiladze, K. K. et al: (1991). Host-controlled modification and restriction as a criterion of evaluating the therapeutical potential of Pseudomonas phage. J. Basic Microbiol. 31:101-106.
23) Greenwald, David and Lawrence Brandt (1997). Recognizing E. coli O157:H7 Infection. Hospital Practice, April 15, 123-140
24) Grimm, Linda, M. Goldoft, J. Kobayashi, J. Lewis, D. Alfi, A. Perdichizzi, P. Tarr, J. Ongerth, S. Moseley and M. Samadpour. Molecular Epidemiology of a Fast-Food Restaurant-Associated Outbreak of E. coli O157:H7 in Washington State. J. Clin. Microbiol. 33:2155-2158.
25) Hankin, E. H. (1896). L'action bactericide des Eaux de la Jumna et du Gange sur le vibrion du cholera. Ann. de l'Inst. Pasteur 10:511
26) Jacob, F. and J. Monod (1961). Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins. J. Mol. Biol. 3: 318-56.
27) Kolter, R. (1992). Life and death in stationary phase. ASM News 58:75-79.
28) Krueger, A. P. and J. H. Northrop (1931). The Kinetics of the Bacterium-Bacteriophage Reaction. J. Gen. Physiol. 14:223-**
29) Kutter, E., E. Kellenberger, K. Carlson, S. Eddy, J. Neitzel, L. Messinger, J. North, and B. Guttman. (1994). Effects of Bacterial Growth Conditions and Physiology on T4 Infection, p. 406-420. In J. D. Karam (ed.), Molecular Biology of Bacteriophage T4. American Society for Microbiology, Washington, DC.
30) Kutter, E., T. Stidham, B. Guttman, E. Kutter, D. Batts, S. Peterson, T. Djavakhishvili, F. Arisaka, V. Mesyanzhinov, W. Ruger, and G. Mosig. (1994). Genomic Map of Bacteriophage T4, p. 491-519. In J. D. Karam (ed.), Molecular Biology of Bacteriophage T4. American Society for Microbiology, Washington, DC.
31) Kutter, Elizabeth, Ketevan Gachechiladze, Alexander Poglazov, Elena Marusich, Mikhail Shneider, Pia Aronsson, Alberto Napuli, Darlene Porter, Vadim Mesyanzhinov (1996). Evolution of t4-related phages. Virus Genes 11:285-297.
32) Lederberg, Joshua (1996) Smaller Fleas ... ad infinitum: Therapeutic Bacteriophage: PNAS 93:3167-3168
33) Levin, Bruce and J. J. Bull (1996). Phage Therapy Revisited: The Population Biology of a Bacterial Infection and its Treatment with Bacteriophage and Antibiotics. The American Naturalist 147:881-898.
34) Lewis, Sinclair (1925). Arrowsmith. Harcourt and Brace, New York.
35) Merril, Carl... and Sankar Adhya (1996): Long-circulating bacteriophages as antibacterial agents -- PNAS 93:3188-3192.
36) Pfankuch, E., Kausche, G.A. Isolierung und Ðbermikroskopische Abbildung eines Bakteriophagen. Naturwissenschaften 28, 46. 1940.
37) Ptashne, Mark (1967). Isolation of the Lambda Phage Repressor. Proc. Nat. Acad. Sci. 57:306-**
38) Radetsky, Peter (1996). Return of the Good Virus. Discover 17:50-58
39) Ruska, H. Ðber die Sichtbarmachung der bakteriophagen Lyse im Ðbermikroskop. Naturwissenschaften 28: 45-46, 1940.
40) Ruska, H. Ergebnisse der Bakteriophagenforschung und ihre Deutung nach morphologischen Befunden. Ergeb. Hyg. Bakteriol. Immunforsch. Exp. Ther. 25: 437-498, 1943.
41) Saunders, Mary Ellen (1994). Bacteriophages in Industrial Fermentations. p. 116-121 in Encyclopedia of Virology, R. Webster and A. Granoff, ed. Academic Press.
42) Schlesinger, M. (1933). Reindarstellung eines Bakteriophagen in mit freiem Auge sichtbaren Mengen. Biochem. Zschr. 264: 6
43) Shrayer, David (1996). Felix d'Herelle in Russia. Bull. Inst. Pasteur 94:91-96.
44) Slopek, Stefan, Irina Durlakova, Beata Weber-Dabrowska, Alina Kucharewica-Krukowska, Marek Dabrowski and Regina Bisikiewicz (1981). Results of Bacteriophage Treatment of Suppurative Bacterial Infections I. General Evaluation of the Results. Arch. Immunol. Ther. Exp. 31:267-291.
45) Slopek, Stefan, Irina Durlakova, Beata Weber-Dabrowska, Alina Kucharewica-Krukowska, Marek Dabrowski and Regina Bisikiewicz (1981). Results of Bacteriophage Treatment of Suppurative Bacterial Infections II. Detailed Evaluation of the Results. Arch. Immunol. Ther. Exp. 31:293-327.
46) Slopek, Stefan, Irina Durlakova, Beata Weber-Dabrowska, Marek Dabrowski and Alina Kucharewica-Krukowska (1984). Results of Bacteriophage Treatment of Suppurative Bacterial Infections III. Detailed Evaluation of the Results Obtained in Further 150 Cases. Arch. Immunol. Ther. Exp. 32:317-335.
47) Slopek, Stefan, Kucharewicz-Krukowska A; Weber-Dabrowska B; Dabrowski M (1985). Results of bacteriophage treatment of suppurative bacterial infections. IV. Evaluation of the results obtained in 370 cases. Arch Immunol Ther Exp 33(2):219-40
48) Slopek, Stefan, Kucharewicz-Krukowska A; Weber-Dabrowska B; Dabrowski M (1985). Results of bacteriophage treatment of suppurative bacterial infections. V. Evaluation of the results obtained in children. (Slopek S; Arch Immunol Ther Exp 33(2):241-59
49) Slopek, Stefan, Alina Kucharewica-Krukowska, Beata Weber-Dabrowska and Marek Dabrowski (1985). Results of Bacteriophage Treatment of Suppurative Bacterial Infections VI. Analysis of treatment of supperative staphylococcal infections. Arch. Immunol. Ther. Exp. 33:261-273.
50) Slopek, Stefan, Beata Weber-Dabrowska, Marek Dabrowski and Alina Kucharewica-Krukowska, (1987). Results of Bacteriophage Treatment of Suppurative Bacterial Infections in the Years 1981-1986. Arch. Immunol. Ther. Exp. 35:569-583.
51) Slopek, Stefan, and Alina Kucharewica-Krukowska, (1987). Immunogenic effect of bacteriophage in patients subjected to phage therapy. Arch Immunol Ther Exp 35(5):553-61
52) Smith, H. W. and R. B. Huggins (1982). Successful treatment of experimental E. coli Infections in mice using Phage: its general superiority over Antibiotics. J. Gen. Microbiology 128:307-318.
53) Smith, H. W. and R. B. Huggins (1983) Effectiveness of Phages in treating Experimental E. coli Diarrhoea in calves, piglets and lambs. J. Gen. Microbiology 129:2659-2675.
54) Smith, H. W. and R. B. Huggins. (1987) The Control of Experimental E. coli Diarrhea in calves by means of Bacteriophage. J. Gen. Microbiology 133:1111-1126
55) Smith, H. W., R. B. Huggins and K. M. Shaw. (1987) Factors influencing the Survival and Multiplication of Bacteriophages in Calves and in their Environment. J. Gen. Microbiology 133:1127-1135.
56) Summers, William C. (1991). On the Origins of the Science in Arrowsmith: Paul de Kruif, Felix d'Herelle and Phage. Journal of the History of Medicine and Allied Sciences 46:315-332.
57) Summers, William C. (1993a). Cholera and Plague in India: The Bacteriophage Inquiry of 1927-1936. Journal of the History of Medicine and Allied Sciences 48:275-301.
58) Summers, William C. (1993b). How Bacteriophage came to be Used by the Phage Group. J. Hist. Biol. 26:255-267.
59) Summers, William C. (1998). D'Herelle **. Yale University Press, in press.
60) Twort, F. W. (1915) An investigation on the nature of ultramicroscopic viruses. Lancet 1915 II:1241.
61) Vieu, J.-F. (1975). Les Bacteriophages. In Traite de Therapeutique, Vol. Serums et Vaccins. Fabre, J., ed. Flammarion, Paris, p. 337-40
62) Vieu, J.-F., F. Guillermet, R. Minck and P. Nicolle (1979). Donneees actueles sur les applications therapeutiques des bacteriophages. Bull. Acad.Natl.Med 163:61.
63) The Virus That Cures, a BBC Horizon Documentary produced by Judith Bunting.
64) Weber-Dabrowska, Beata, Marek Dabrowski and Stefan Slopek (1987). Studies on Bacteriophage Penetration in Patients Subjected to Phage Therapy.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 195; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!