Λοιμώξεις – Βακτηριοφάγοι: Με παλιό «όπλο» στη νέα μάχη

Στα τέλη Νοεμβρίου 2015 ο Τομ Πέτερσον, ένας 69χρονος καθηγητής Ψυχιατρικής από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Σαν Ντιέγκο, και η σύζυγός του Στέφανι Στράθντι, επικεφαλής του τμήματος Δημόσιας Υγείας στην Ιατρική Σχολή του ίδιου πανεπιστημίου, έφυγαν για ολιγοήμερες διακοπές στην Αίγυπτο. Εκεί ο Αμερικανός καθηγητής αισθάνθηκε μια αδιαθεσία, η οποία κλιμακώθηκε γρήγορα με υψηλό πυρετό, ναυτία, εμετούς, φρικτούς πόνους στην κοιλιά αλλά και ταχυκαρδία. Οι γιατροί διέγνωσαν παγκρεατίτιδα, δηλαδή φλεγμονή που παγκρέατος, και χορήγησαν την καθιερωμένη θεραπεία.

Ωστόσο, η κατάσταση του ασθενούς χειροτέρεψε και έτσι αποφασίστηκε η διακομιδή του στη Φρανκφούρτη, όπου οι γιατροί ανακάλυψαν την παρουσία μιας ψευδοκύστης γύρω από το πάγκρεας. Αφού αποστράγγισαν το υγρό, οι γερμανοί γιατροί το καλλιέργησαν και διαπίστωσαν ότι ο Πάτερσον είχε προσβληθεί από το Acinetobacter baumannii, ένα από τα δυσκολότερα στην αντιμετώπισή τους βακτήρια.

Το οπορτουνιστικό αυτό παράσιτο, το οποίο δημιουργεί πολλά προβλήματα στα νοσοκομεία της Μέσης Ανατολής, αντιμετωπίζεται με μια τριπλή θεραπεία εξαιρετικά ισχυρών αντιβιοτικών, ένα εκ των οποίων μπορεί να προκαλέσει ακόμη και νεφρική ανεπάρκεια. Η χορήγηση της τριπλής αυτής θεραπείας σταθεροποίησε τον ασθενή τόσο ώστε να επιτραπεί η διακομιδή του στη ΜΕΘ του πανεπιστημιακού νοσοκομείου Thornton του Σαν Ντιέγκο.

Σχεδόν αμέσως όμως διαπιστώθηκε ότι το στέλεχος του Acinetobacter baumannii που είχε προσβάλει τον Αμερικανό καθηγητή είχε αναπτύξει ανθεκτικότητα και στα τρία αντιβιοτικά. Και ως αυτό να μην ήταν αρκετό, μια ιατρική παρέμβαση με στόχο να περιοριστεί η μόλυνση είχε ακριβώς το αντίθετο αποτέλεσμα: το βακτήριο πέρασε στην αιματική κυκλοφορία και ο ασθενής έπαθε σηπτικό σοκ και έπεσε σε κώμα.

Τελευταία ελπίδα

Γνωρίζοντας ότι ο σύζυγός της όδευε προς τον θάνατο, η Στράθντι αναζήτησε εναλλακτικές θεραπείες. Ειδικότερα, αναζήτησε ερευνητές οι οποίοι ασχολούνταν με τους βακτηριοφάγους, μια συγκεκριμένη κατηγορία ιών οι οποίοι επιτίθενται στα βακτήρια (εξ ου και το όνομά τους). Απαιτήθηκε η συνεργασία πολλών ερευνητών για να βρεθεί, να καλλιεργηθεί και να καθαριστεί ώστε να είναι κατάλληλο για χορήγηση σε ασθενή το είδος του βακτηριοφάγου που θα μπορούσε να προσβάλει το Acinetobacter baumannii.

Οι θεράποντες γιατροί χρειάστηκε ακόμη να πάρουν την έγκριση της αρμόδιας αρχής (Food and Drug Administration, FDA) προτού χορηγήσουν τη θεραπεία, τόσο τοπικά στην κοιλιακή χώρα του ασθενούς όσο και ενδοφλέβια. Περιττό να σημειώσουμε ότι δεν υπήρχε πρωτόκολλο και πως οι γιατροί αυτοσχεδίασαν ως προς τη δοσολογία, χωρίς καμιά εγγύηση ότι η θεραπεία θα ήταν αποτελεσματική. Αλλά αποδείχθηκε αποτελεσματικότατη! Τρεις ημέρες αργότερα ο Πάτερσον βγήκε από το κώμα, στο οποίο είχε μείνει για δύο ολόκληρους μήνες, και βαθμηδόν και από τον αναπνευστήρα.

10³¹ 

είναι ο αριθμός των βακτηριοφάγων που υπολογίζεται ότι υπάρχουν πάνω στη Γη, αριθμός ο οποίος ξεπερνά κατά τρισεκατομύρια φορές το σύνολο των υπόλοιπων οργανισμών που ζουν σε αυτόν τον πλανήτη

Υπεραιωνόβια ιστορία

Η ανάρρωση του Πάτερσον (ο οποίος μαζί με τη σύζυγό του περιέγραψε την περιπέτειά του σε βιβλίο) ακούγεται ως θαύμα, αλλά δεν είναι. Και σίγουρα δεν είναι πρωτότυπη: βλέπετε, η αξιοποίηση των βακτηριοφάγων για τη θεραπεία των λοιμώξεων έχει μια ιστορία που ξεπερνά τον έναν αιώνα. Ο πρώτος που χρησιμοποίησε βακτηριοφάγους για να θεραπεύσει ανθρώπους ήταν ο Γάλλος μικροβιολόγος Φελίξ ντ’ Ερέλ (1873-1949). Θρυλείται ότι ο Ντ’ Ερέλ, ο οποίος είχε δει την αποτελεσματικότητα των βακτηριοφάγων σε λοιμώξεις των κοτόπουλων, ήπιε ο ίδιος το κοκτέιλ βακτηριοφάγων για να είναι βέβαιος ότι δεν είναι τοξικό πριν το χορηγήσει σε ασθενή με δυσεντερία, τον οποίο και θεράπευσε.

Ο γάλλος μικροβιολόγος Φελίξ ντ’ Ερέλ ήταν ο πρώτος που χρησιμοποίησε βακτηριοφάγους για να θεραπεύσει ανθρώπους

Χάρη στη συστηματική δουλειά του Ντ’ Ερέλ και των συνεργατών του στο Ινστιτούτο Παστέρ του Παρισιού διαπιστώθηκε ότι οι βακτηριοφάγοι ήταν αποτελεσματικοί ενάντια σε πληθώρα βακτηρίων, μεταξύ των οποίων και τα βακτήρια που προκαλούν χολέρα, τυφοειδή πυρετό, μηνιγγίτιδα και λοιμώξεις του γαστρεντερικού. Ο Ντ’ Ερέλ ήταν πεπεισμένος για τη θεραπευτική αξία των βακτηριοφάγων και ήταν ο πρώτος που ανέπτυξε τη θεωρία της θεραπείας με φάγους (phage therapy), όπως επικράτησε να λέγονται για συντομία οι βακτηριοφάγοι.

Η ιδέα του υιοθετήθηκε από πολλές χώρες της Ανατολικής Ευρώπης, στα νοσοκομεία των οποίων άρχισαν να εφαρμόζονται αντίστοιχες θεραπείες. Ωστόσο τα ευρήματα των ανατολικών επιστημόνων δεν γίνονταν πάντοτε αποδεκτά από τους δυτικούς συναδέλφους τους για μια σειρά από λόγους και η ανακάλυψη της πενικιλίνης το 1928 από τον Αλέξανδρο Φλέμινγκ έβαλε οριστικά στο περιθώριο τους βακτηριοφάγους.

Από την κλινική στο εργαστήριο

Θα πρέπει βεβαίως να σημειώσουμε ότι δεν ήταν μόνο τα αντιβιοτικά και η δυσπιστία των δυτικών επιστημόνων για την ανατολική ιατρική που λειτούργησε ως φρένο στη θεραπευτική αξιοποίηση των φάγων. Ηταν και το γεγονός ότι τα θεραπευτικά πρωτόκολλα που χρησιμοποιήθηκαν δεν έδιναν πάντα σταθερά αποτελέσματα. Και αυτό έχει την εξήγησή του: οι βακτηριοφάγοι αποτελούν την πλέον συχνή κατηγορία μικροοργανισμών, βρίσκονται παντού όπου υπάρχουν βακτήρια. Δηλαδή παντού! Από το έδαφος, τον αέρα και τους ωκεανούς μέχρι το δέρμα και τα εσωτερικά μας όργανα.

Κάθε βακτηριοφάγος ειδικεύεται στην προσβολή συγκεκριμένου είδους βακτηρίου και αδιαφορεί για τα υπόλοιπα. Αδιαφορεί επίσης για τα ανθρώπινα κύτταρα, κάτι που είναι εξαιρετικά χρήσιμο όταν πρόκειται για θεραπευτική χρήση, καθώς μειώνεται δραματικά η πιθανότητα τοξικότητας. Ωστόσο, για κάθε ασθενή κάθε φορά έπρεπε να βρεθεί το είδος του βακτηριοφάγου που θα ήταν αποτελεσματικό και να καλλιεργηθεί στο εργαστήριο πριν χορηγηθεί, ενώ η δοσολογία ήταν πάντοτε θέμα εκτίμησης του εκάστοτε γιατρού. Εξ ου και οι διαφορές στην αποτελεσματικότητα των θεραπειών που συνέβαλαν τελικά στο να εγκαταλειφθεί η ιδέα της θεραπείας με φάγους.

Βεβαίως οι βακτηριοφάγοι δεν σταμάτησαν να υπάρχουν στα εργαστήρια όλου του κόσμου και χάρη στην αφθονία τους και στο σχετικά μεγάλο μέγεθός τους αποτέλεσαν τους οργανισμούς που χρησιμοποιήθηκαν για τις μελέτες του γενετικού υλικού στα πρώιμα χρόνια της Μοριακής Βιολογίας. Είναι χαρακτηριστικό ότι πολλοί μετέπειτα νομπελίστες, όπως οι Τζέιμς Ουάτσον (γενν. 1928) και Σίντνεϊ Μπρένερ (1927-2019), εργάστηκαν με βακτηριοφάγους, με τον δεύτερο να διηγείται ότι από τις πρώτες ευθύνες που του ανέθεσαν ως διδακτορικό φοιτητή ήταν να πηγαίνει στα σημεία όπου κατέληγαν τα λύματα της Οξφόρδης προκειμένου να φέρει νερό για απομόνωση βακτηριοφάγων.

Η αναζωπύρωση του ενδιαφέροντος

Το ενδιαφέρον των δυτικών επιστημόνων για την αξιοποίηση των βακτηριοφάγων για θεραπευτικούς σκοπούς αναζωπυρώθηκε στα τέλη του περασμένου αιώνα, βοηθούμενο από την ολοένα αυξανόμενη ανάπτυξη ανθεκτικότητας των βακτηρίων στα αντιβιοτικά, η οποία σήμερα αποτελεί μια παγκόσμια μάστιγα. Σε σχέση δε με τις πρώιμες προσπάθειες, τώρα πια είναι ευκολότερο να σχεδιαστούν κλινικές δοκιμές και να υπάρξουν στανταρισμένα κλινικά πρωτόκολλα.

Πράγματι, από το 2003 και μετά, μια σειρά από κλινικές δοκιμές βρίσκονται σε εξέλιξη για ασθένειες όπως η χρόνια ωτίτιδα, οι χρόνιες δυσεντερίες, τα έλκη του διαβητικού ποδιού (τα οποία συχνά οδηγούν σε ακρωτηριασμό των ασθενών), οι εμμένουσες κυστίτιδες, οι μολύνσεις των εγκαυμάτων και τέλος οι λοιμώξεις από πολυανθεκτικά στα αντιβιοτικά στελέχη βακτηρίων όπως ο σταφυλόκοκκος (Staphylococcous aureus) και η ψευδομονάδα (Pseudomonas aeruginosa). Οι κλινικές δοκιμές διενεργούνται από επιστήμονες τόσο στις ΗΠΑ όσο και στην Ευρώπη (Βέλγιο, Ελβετία, Ηνωμένο Βασίλειο), προς το παρόν ωστόσο δεν υπάρχει εγκεκριμένη θεραπεία με βακτηριοφάγους για σοβαρές λοιμώξεις, αν και όλα δείχνουν ότι αυτό θα αλλάξει στο εγγύς μέλλον.

Χρονολόγιο της παρουσίας των φάγων στην ιατρική

1896: Διαπιστώνεται η παρουσία ενός παράγοντα με αντιβακτηριακές ιδιότητες στο νερό ποταμού στην Ινδία. Ο παράγοντας απομονώνεται και διαπιστώνεται ότι μπορεί σε εργαστηριακές συνθήκες να σκοτώσει το βακτήριο που προκαλεί χολέρα (Vibrio cholerae).

1898: Αντίστοιχες παρατηρήσεις έγιναν και για το βακτήριο Bacillus subtilis.

1915: Επιβεβαιώνεται αντιβακτηριακός παράγοντας και για το βακτήριο Staphylococcus aureus.

1917: Προσδιορίζεται η ιική φύση του αντιβακτηριακού παράγοντα ο οποίος χρησιμοποιείται για τη θεραπεία ασθενούς με δυσεντερία.

1923: Δημιουργείται στην πρωτεύουσα της Γεωργίας Τμπίλισι (τότε Τιφλίδα) το Διεθνές Ινστιτούτο Βακτηριοφάγων.

1950: Αρχίζει η χρησιμοποίηση των φάγων ως εργαλείων σε πειράματα μοριακής βιολογίας, κάτι που συνεχίζεται μέχρι τις μέρες μας.

1977: «Διαβάζεται» το πρώτο γονιδίωμα φάγου, κάτι που επίσης συνεχίζεται μέχρι τις μέρες μας.

1980: Το ενδιαφέρον για τους φάγους ως θεραπευτικό αντιβακτηριακό μέσο αναζωπυρώνεται και στη Δύση.

2006: Το αμερικανικό FDA εγκρίνει τη χρήση ενός κοκτέιλ βακτηριοφάγων σε παρασκευάσματα κρέατος ως πρόληψη των δηλητηριάσεων από το βακτήριο Listeria.

Η ταχύτητα, η επιλογή και η πιθανή ανθεκτικότητα

Σύμφωνα με την Αμερικανική Εταιρεία Μικροβιολογίας, έμφαση θα πρέπει να δοθεί στην επίλυση ορισμένων προβλημάτων προκειμένου να αναπτυχθούν περισσότερες θεραπείες με φάγους ως απάντηση στο πρόβλημα της πολυανθεκτικότητας των βακτηρίων στα υπάρχοντα αντιβιοτικά.

Διάφορες εταιρείες ετοιμάζουν ήδη κοκτέιλ φάγων, με χαρακτηριστικό το παράδειγμα σκευάσματος το οποίο σκοτώνει το 95% των στελεχών τεσσάρων βακτηρίων

Πρώτον, θα πρέπει να αντιμετωπισθεί το πρόβλημα του εντοπισμού των κατάλληλων φάγων για κάθε περίσταση. Εκτός από το να μπορεί να προσβάλλει ένα συγκεκριμένο είδος ή στέλεχος βακτηρίου ο φάγος θα πρέπει να ανήκει και στην κατηγορία που οι επιστήμονες ονομάζουν λυτική. Οι φάγοι αυτής της κατηγορίας οδηγούν στη λύση του κυττάρου του ξενιστή τους και ως εκ τούτου στον θάνατό τους. Αντίθετα μια δεύτερη κατηγορία φάγων περιορίζεται αρχικά στο να εισάγει το γενετικό υλικό της στο γενετικό υλικό του ξενιστή, χωρίς να είναι βέβαιο το εάν και το πότε θα περάσει σε λύση του ξενιστή.

Δεύτερον, η διαδικασία αναζήτησης του κατάλληλου φάγου μπορεί να είναι ιδιαίτερα μακροχρόνια, αφού κάθε φάγος ειδικεύεται σε ένα μόνο τύπο βακτηρίου. Από τα μέχρι τώρα δεδομένα, απαιτήθηκαν 28 έως 386 ημέρες από τη στιγμή που έγινε το αίτημα για εντοπισμό του φάγου μέχρι τη χορήγησή του. Ωστόσο, αυτό το πρόβλημα οδεύει προς λύση καθώς διάφορες εταιρείες ετοιμάζουν ήδη κοκτέιλ φάγων. Χαρακτηριστικό είναι το παράδειγμα αμερικανικής εταιρείας βιοτεχνολογίας, το κοκτέιλ της οποίας σκοτώνει το 95% των στελεχών τεσσάρων βακτηρίων (Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosaκαι Staphyloccocus aureaus).

Τρίτον, είναι πολύ σημαντικό να μελετηθεί η φαρμακοκινητική των κοκτέιλ και να βρεθούν οι κατάλληλες θεραπευτικές δόσεις. Να μελετηθεί δηλαδή τι γίνεται όταν οι φάγοι εισέρχονται στον ανθρώπινο οργανισμό και ποιες είναι δόσεις που εξασφαλίζουν θεραπεία μειώνοντας παράλληλα την πιθανότητα οποιουδήποτε είδους τοξικότητας.

Τέλος, εξετάζεται η πιθανότητα ανάπτυξης ανθεκτικότητας των βακτηρίων στους ίδιους τους φάγους. Αυτό δεν θεωρείται ιδιαίτερα προβληματικό, καθώς έχει παρατηρηθεί ότι οι αλλαγές στις οποίες καταφεύγουν τα βακτήρια προκειμένου να ξεφύγουν από την επίθεση των φάγων τείνουν να τα καθιστούν ευαίσθητα στα αντιβιοτικά. Πράγμα που σημαίνει ότι η συνδυασμένη χορήγηση αντιβιοτικών και φάγων θα έλυνε το πρόβλημα.

Αξίζει να σημειωθεί ότι τα παραπάνω προβλήματα έχουν βαλθεί να λύσουν ερευνητές ανά τον κόσμο, με την υποστήριξη μάλιστα των Εθνικών Συστημάτων Υγείας των ΗΠΑ, τα οποία προσφάτως ανακοίνωσαν γενναίες χρηματοδοτήσεις για τον σκοπό αυτόν.