Prof. Zuzanna Drulis-Kawa: Dlaczego rzeka Ganges w Indiach jest uważana za świętą rzekę, która leczy? Dlatego, że dostają się do niej wszystkie ścieki

„Bakteriofagi bierzemy ze środowiska. Szukamy ich zawsze tam, gdzie są ich żywiciele, czyli bakterie, na których potrafią się namnożyć”. O eksperymentalnej terapii zwalczania opornych na antybiotyki bakterii opowiada prof. Zuzanna Drulis-Kawa z Zakładu Biologii Patogenów i Immunologii, Instytutu Genetyki i Mikrobiologii Uniwersytetu Wrocławskiego

Jolanta Pawnik: Przeczytałam niedawno, że najbardziej nieużytecznym w obecnych czasach antybiotykiem jest penicylina. Antybiotyk, który tak naprawdę zaczął zdrowotną rewolucję.

Zuzanna Drulis-Kawa: Można tak powiedzieć, chociaż penicylina wynaleziona sto lat temu ma bardzo wąskie spektrum działania. Mamy już modyfikacje chemiczne tego preparatu w najróżniejszych wersjach, a kolejne odkrycia pozwoliły na stworzenie antybiotyków o dużo szerszym spektrum działania. Jeśli lekarz chce leczyć infekcję antybiotykiem, może wybierać go jak gdyby w ciemno,  z dużą nadzieją, że będzie efektywny.

Penicylina dawała sporo reakcji uczuleniowych, dlatego nie jest teraz tak powszechnie stosowana. Nadal jednak pozostaje bardzo efektywna przeciwko Streptococcus pyogenes, paciorkowcowi, który wywołuje anginę i inne poważne infekcje. Przed laty, szkarlatyna, którą wywołuje ta bakteria, zabijała bardzo dużo dzieci i młodych osób.  Wprowadzenie penicyliny było również bardzo skuteczne w przypadku zakażenia Streptococcus pneumoniae, który jest przyczyną zapalenia płuc. Obecnie stosuje się antybiotyki o szerszym spektrum, żeby objąć działaniem również inne patogeny, które mogą być przyczyną takich zakażeń.

Przy okazji zabijając także dobre bakterie w jelitach czy drogach rodnych. 

Niestety. Nie da się mieć skutecznego leku antybakteryjnego o szerokim spektrum, który nie będzie miał efektu ubocznego i nie będzie zabijał także bakterii stanowiących naszą florę fizjologiczną, dlatego razem z antybiotykami lekarze ordynują nam probiotyki i leki przeciwgrzybicze.

Zuzanna Drulis-Kawa / Archiwum prywatne

W pojedynku z bakteriami jest 1:0 dla bakterii, bo wyhodowaliśmy superbakterie oporne na dostępne antybiotyki.

Musimy pamiętać, że tak naprawdę używamy broni, którą same drobnoustroje wymyśliły do zwalczania innych drobnoustrojów. Sami wywieramy więc presję na bakterie, by, broniąc się, rozwijały nowe mechanizmy oporności.

Stosując na dużą skalę preparaty przeciwbakteryjne, „wybiliśmy” w środowisku bakterie wrażliwe, pozostawiając te, które były w stanie przeżyć w tych warunkach i dostosować się do  kolejnych zmian. Ponieważ zachodzi tzw. horyzontalny transfer genów, więc  mechanizmy oporności rozprzestrzeniają się pomiędzy bakteriami, dlatego mamy teraz szczepy, które są oporne na wiele grup antybiotyków. Bakterie wielooporne, tzw. multidrug resistant, superbakterie rozprzestrzeniają się coraz intensywniej, co automatycznie zmniejsza możliwość skutecznej walki z poważnymi infekcjami. W środowisku, w którym jest presja antybiotykowa, giną wszystkie bakterie wrażliwe, a pozostają te oporne, które się namnażają i zasiedlają to środowisko.

 A co będzie z nami, „wydezynfekowanymi” z powodu koronawirusa? Chcemy unieszkodliwić wirusy, ale przy okazji niszczymy też bakterie, a te będą próbowały się uodparniać.

Przyroda nie lubi pustki, czyli jeżeli „coś” usuniemy, to na pewno znajdzie się inne „coś”, co będzie w stanie przetrwać w tych warunkach i zasiedlić to puste miejsce. Stąd też np. sama procedura przedłużenia pobytu pacjenta w szpitalu zwiększa ryzyko, że jego flora fizjologiczna zostanie „wymieniona” na tą, która zasiedla szpital.

Antybiotyki znamy od stu lat. Jak rozwija się ta gałąź nauki? Z prędkością światła jak w innych dziedzinach, czy wszystko już o nich powiedziano?

Na etapie pomysłów wszystko jest proste. Mamy bardzo dużo narzędzi do projektowania różnych związków chemicznych, a przy użyciu biologii syntetycznej i molekularnej bardzo szybko możemy sprawdzić w komputerze jak dany preparat będzie działał i go wyprodukować.  Ale od etapu wymyślania antybiotyków do momentu ich wdrożenia jest daleka droga. To ogromne koszty badań klinicznych, które firma farmaceutyczna musi ponieść, żeby preparat znalazł się na rynku, a na dodatek z góry wiadomo, że bakterie prędzej, czy później dadzą sobie z nim radę. Tempo pojawiania się mechanizmów oporności jest na tyle szybkie, że z ekonomicznego punktu widzenia firma farmaceutyczna nie może „wyjść na swoje”. Jak często  bierzemy antybiotyki? Raz na rok, dwa razy?

Dlatego z góry wiadomo, że nie sprzeda się taka ilość preparatu, aby było to opłacalne, zanim pojawią się na niego szczepy oporne. Aktualnie prawie wszystkie firmy farmaceutyczne wycofały się z tworzenia antybiotyków, nie dlatego, ze nie ma pomysłów i możliwości, ale dlatego, że to się po prostu nie opłaca. Antybiotyki, których używamy obecnie, z małymi wyjątkami, powstały ok. 40 lat temu.

Czy pracuje się wobec tego nad czymś „zamiast” antybiotyków?

Znów wracamy do natury, do pomysłu sprzed ery antybiotyków, czyli do zastosowania bakteriofagów. Są to „naturalni wrogowie” bakterii, chociaż nie do końca. W dobie ewolucji współpracowały ze sobą i przeżyły zarówno bakterie, jak i wirusy tych bakterii, czyli bakteriofagi.  Ich zastosowanie jest coraz bardziej popularne, choć oczywiście jest to ciągle terapia eksperymentalna.

Odkrywcami bakteriofagów, które są w stanie zabić bakterie, byli niezależnie od siebie Frederick Twort i Felix d’Herelle. Eksperymentowali oni u chorych na czerwonkę bakteryjną jeszcze przed oficjalnym odkryciem antybiotyków. Nasz wrocławski ośrodek terapii fagowej w Instytucie Immunologii i Terapii Doświadczalnej im. Hirszfelda, jest jednym z pionierów w tej dziedzinie.

W Europie Zachodniej jest już parę ośrodków, które stosują tę terapię, wdraża się ją także w Stanach Zjednoczonych. Głośny był przypadek z Wielkiej Brytanii, gdzie uratowano dziewczynkę po przeszczepie płuc, stosując modyfikowane genetycznie bakteriofagi. To ciągle jeszcze teoretycznie niedozwolone w Europie, ale lekarze dostali zgodę na terapię eksperymentalną u tego dziecka, i zakończyła się sukcesem.

Wydaje się, że bakteriofagi to dobry kierunek. Przyroda sama dobrze wie, czego użyć, żeby można było przynajmniej zredukować populację patogenu do takiego poziomu, by nasz układ odpornościowy był w stanie sobie z nim poradzić.  Nie wiem, czy pani sobie zdaje sprawę, że tak naprawdę większość antybiotyków, które stosujemy, nie zabija bakterii, ale hamuje ich namnażanie. Zahamowanie podziałów komórek bakteryjnych wystarcza aby uzyskać efekt terapeutyczny, dzięki aktywności naszego układu immunologicznego. Jeśli mamy osoby z defektami układu odpornościowego, to nie mamy żadnej pewności, czy podanie antybiotyków pomoże.

Opiszmy bakteriofagi – gdzie one powstają? Laboratoryjnie?

Bakteriofagi bierzemy ze środowiska. Szukamy ich zawsze tam, gdzie są ich żywiciele, czyli bakterie na których potrafią się namnożyć. Tak naprawdę najwięcej bakteriofagów, które są aktywne wobec naszych patogenów, znajduje się w ściekach. We Wrocławiu najfajniejsze „zbiory” bakteriofagowe były na polach irygacyjnych, gdzie środowisko zewnętrzne miało styczność ze ściekami ludzkimi. Oczyszczalnia ścieków nie jest już taka dobra, bo podczas przerabiania odchodów giną zarówno bakterie, jak i bakteriofagi. Dlaczego rzeka Ganges w Indiach jest uważana za świętą rzekę, która leczy? Właśnie dlatego, że dostają się do niej wszystkie ścieki.

Woda jest idealnym środowiskiem do namnażania się zarówno wirusów, jak i bakterii, jest więc idealnym źródłem znajdowania nowych bakteriofagów. Kiedy znajdziemy w środowisku  odpowiednie bakteriofagi, zabieramy je do laboratorium, gdzie spokojnie je namnażamy i produkujemy z nich preparaty. Możemy je nawet zmieniać genetycznie. Ciekawym pomysłem jest zastosowanie nie tylko całych bakteriofagów, ale enzymów, które taki bakteriofag potrafi wyprodukować, a które są bakteriobójcze. W leczeniu nie będziemy musieli stosować samych bakteriofagów, ale możemy „wziąć” kawałek genomu (gen) takiego bakteriofaga i wyprodukować sztucznie białko, enzym. Tak jak insulinę, którą produkujemy w systemach bakteryjnych, tak samo bakteriofagi mogą być źródłem enzymów, które działają przeciwbakteryjnie.

Czy można wyprodukować bakteriofagowe lekarstwo tylko dla nas?

Prowadzone są terapie dedykowane. Hodujemy po prostu bakterię, która wywołuje chorobę u danego pacjenta i mając jakby „bibliotekę” bakteriofagów, sprawdzamy, który działa. Potem łączymy trzy lub cztery bakteriofagi, które działają i podajemy pacjentowi. To tzw. dedykowana, spersonalizowana terapia. Możemy też mieć zestaw bakteriofagów o szerokim spektrum działania i preparat, który zabije różne typy bakterii. Takie preparaty są sprzedawane w ośrodku terapii fagowej w Tbilisi, Gruzji. Można tam kupić leki na infekcje ran, dróg moczowych czy inne infekcje.

Czy one zadziałają za każdym razem? Tego nie zawsze można przewidzieć. Kiedy robi się dedykowaną terapię i dobiera bakteriofagi do bakterii, która akurat wywołuje infekcję, to prawdopodobieństwo skuteczności jest dużo wyższe.

Jakie badania prowadzicie w Instytucie Genetyki i Mikrobiologii we Wrocławiu?

Nasz Zakład Biologii Patogenów Immunologii szuka nowych bakteriofagów przeciwko najgroźniejszym i najczęściej występującym patogenom. Mam tu na myśli pałeczkę ropy błękitnej Pseudomonas aeruginosa i pałeczkę zapalenia płuc Klebsiella pneumoniae. Jest ona jedną z najgroźniejszych bakterii, ponieważ produkuje enzymy rozkładające prawie wszystkie dostępne nam antybiotyki i przy okazji ukrywa się przed układem immunologicznym.

Naszym „topowym” obszarem jest produkowanie enzymów fagowych nazywanych depolimerazami, które rozkładają otoczki bakteryjne. Kiedy zniszczy się strukturę otoczki, bakteria staje się „goła” i układ immunologiczny jest w stanie ją zobaczyć i zniszczyć. Bakteria z otoczką jest niewidzialna dla układu immunologicznego i dopiero, kiedy bardzo się namnoży i zaczyna uszkadzać tkanki, czy narządy, układ immunologiczny zauważa, że organizm został zaatakowany.  Najczęściej jest to już poważnie zaawansowana infekcja. Zajmujemy się także lizynami, czyli enzymami, które rozkładają ścianę komórkową bakterii, rozcinając ją jak nożyczki. Nasz organizm produkuje podobne enzymy (lizozym) np. w ślinie, które w kilka sekund/minut potrafią zabić bakterie.

Czy możliwa jest sytuacja, że bakteriofagi przestaną być efektywne i nie można ich nadużywać?

Bakteriofagi są bardzo specyficzne w swoim działaniu, bo potrafią zaatakować tylko swojego żywiciela. Na przykład Pseudomonas aeruginosa ma specyficzne dla siebie wirusy, które nie atakują innych bakterii. Z kolei jest cały panel wirusów Klebsiella, które nie namnażają się na przykład na Pseudomonas. Te „specjalizacje” są o tyle fajne, że podczas kuracji nie ma problemu eliminacji flory naturalnej, czyli naszych „dobrych” bakterii z przewodu pokarmowego. Mamy więc specyficzne narzędzie do zabijania konkretnego patogenu.

Ile trzeba czasu, by bakteriofagi były tak popularne i znane jak antybiotyki?

Sądzę, że będzie to zależało od sytuacji socjoekonomicznej. Jeśli ludzie dowiedzą się, że taka terapia jest dostępna i zaczną domagać się konieczności jej wdrożenia, to wydaje się, że zasoby finansowe firm farmaceutyczno-biotechnologicznych są już na tyle duże, że moglibyśmy mieć dostęp do terapii fagowych relatywnie szybko. Na pewno szybciej, niż z wdrażaniem szczepień, bo wprowadzanie nowej szczepionki wymaga wielu prób klinicznych. Już teraz badania w ośrodkach, które przeprowadzają terapie alternatywne i eksperymentalne, pokazują, że skutków ubocznych stosowania fagów jest tak mało, albo nie ma ich w ogóle, a skuteczność tak duża, że warto w to zainwestować.

Czy biotechnologia szuka czegoś na obecnego koronawirusa?

W przyrodzie oczywiście są wirusy, które namnażają się na innych wirusach. Nazywają się wirofagami. Dotyczy to wielkich wirusów, którym towarzyszą małe wirusy jak satelity planety. Nie wiem, czy koronawirus ma swojego wirusa, czy wiroida, albo jeszcze inne cząstki, które byłyby w stanie go zwalczyć. Tego jeszcze nie wiemy, ale myślę, że badań nad tym będzie coraz więcej i nowe odkrycia jeszcze przed nami.

Przeanalizowanie składu genetycznego obecnego koronawirusa nie jest skomplikowaną kwestią, wystarczyłby nam tydzień. Żeby jednak zobaczyć konsekwencje tego, co w jego genomie jest zapisane i jakie funkcje mają wszystkie z tych genów, to już wymaga dłuższego czasu. Zobaczymy to obserwując, jak wirus namnaża się na dużej populacji, czyli np. teraz. Potem możemy patrzeć, jak przebiega infekcja na poziomie komórki, tkanki, narządu, organizmu, itd. Zmiennych jest bardzo, bardzo dużo. Jako naukowcy będziemy mieli co robić przez wiele, wiele lat.