Bakteriofāgu antibakteriālā darbība multirezistentās un biofilmu veidojošās infekcijās. Promocijas darbs

Abstract

Mūsdienās vērojama arvien pieaugoša multirezistento bakteriālo infekciju izplatība. Bakteriālu infekciju patoģenēzē liela nozīme ir dažādiem virulences faktoriem. Viens no tiem, kas rada recidivējošu un ilgstoši noritošu infekciju, ir baktēriju spēja veidot biofilmas. Multirezistenas un ar biofilmām asociētas infekcijas vērojamas pacientiem ar riska faktoriem, kā mākslīgi implantētām ierīcēm, hroniskām slimībām, imūnsupresiju, smagām audu strukturālām izmaiņām traumu gadījumā. Antibiotiku izmantošana šo infekciju ārstēšanā ne vienmēr spēj nodrošināt veiksmīgu iznākumu, tāpēc tiek vērtētas un izmantotas alternatīvas ārstēšanas metodes, kā viena no tām ir bakteriofāgu terapija. Bakteriofāgi jeb fāgi ir baktēriju vīrusi, kuri spēj iekļūt sev specifiskā baktērijā, tajā vairoties un dzīves cikla beigās to lizēt. Fāgu iedarbību neietekmē baktēriju rezistence pret antibiotiskām vielām jeb antibakteriālā rezistence, kā arī tiem ir potenciāls efekts baktēriju biofilmu noārdīšanā. Pēdējos gados ir aprakstīta baktēriju rezistence arī pret fāgiem, tāpēc fāgu terapija bieži tiek kombinēta ar antibiotikām. Šo līdzekļu mijiedarbība planktoniskās un biofilmu veidojošās šūnās ir ļoti dažāda, ņemot vērā dažādo fāgu mijiedarbību ar baktēriju un antibiotikas darbības mehānismu. Šī pētījuma mērķis ir izvērtēt bakteriofāgu antibakteriālo efektu un mijiedarbību ar antibiotikām atsevišķu multirezistentu un biofilmu veidojošu infekciju in vitro modeļos un dzīvībai apdraudošo klīnisko situāciju ārstēšanā. Promocijas pētījums ir veidots kā četru secīgu publikāciju kopa. Pētījuma struktūrā izdalāmas trīs daļas. Pirmajā daļā tika pētīts, kā S. aureus kolonizācija un biofilmas veidošana ietekmē peritoneālās dialīzes iznākumu divu gadu garumā, vērtētas iegūto S. aureus viena indivīda dažādu izolātu biofilmu veidošanas fenotipiskās atšķirības, noteikts bakteriofāgu darbības efekts izolētajās kultūrās, kā arī veikta fāgu adaptācijas procedūra, lai pārvarētu bakteriofāgu rezistenci. Otrajā daļā tika pētīta uropatogēno E. coli izolātu biofilmas veidošanas spēja, noteikta antibiotiku un fāgu biofilmas eradikācijas spēja. Tika veikta bakteriofāgu adaptācija rezistences gadījumā un vērtēts adaptēto fāgu lītiskais efekts planktoniskās un biofilmu veidojošās šūnās. Trešajā daļā tika izvērtēta bakteriofāgu klīniskā efektivitāte pacientiem ar komplicētu multirezistentu P. aeruginosa osteomielītu un kreisā kambara mehāniskās palīgcirkulācijas ierīces (LVAD, angliski Left Ventricular Assist Device) asociētu infekciju. Pacienti saņēma lokālu un sistēmisku fāgu terapiju, kura tika papildināta ar antibiotikām, kā arī veikta brūču revīzija. Tika analizēts slimības klīniskais iznākums un terapijas panesamība. Pirms tam veikta bakteriofāgu atlase, fāgu preparāta sagatavošana un izvērtēšana klīniskai lietošanai. Laboratorijas apstākļos tika vērtēta arī bakteriofāgu iedarbība biofilmu modeļos, noteikta bakteriofāgu mijiedarbība ar izmantotajām antibiotikām un vērtēta fāgu rezistences attīstība. Iegūtie rezultāti atspoguļo, ka pētāmajā pacienta grupā biofilmu veidojošie celmi ir bieži sastopami un to biofilmas veidošanas spēja var būt ļoti atšķirīga. Vienas un tās pašas baktērijas biofilmas veidošanas fenotips var atšķirties pat viena indivīda ietvaros. Bakteriofāgu antibakteriālais efekts izolētajās baktērijās bija ar plašu lītisko efektivitāti. S. aureus un E. coli izolātos, kuri bija rezistenti pret bakteriofāgu, to izdevās pārvarēt, veicot adaptācijas procedūru. Pēc bakteriofāgu adaptācijas E. coli kultūrā tika novērots arī izteikts adaptētā bakteriofāga biofilmas eradikācijas efekts. Pacientu ārstēšana, izmantojot bakteriofāgus, rezultējās ar klīnisku izveseļošanos abos klīniskajos gadījumos. P. aeruginosa pilnīgu eradikāciju izdevās sasniegt pacientam ar LVAD infekciju, savukārt pacientam ar osteomielītu infekcija recidivēja pēc deviņiem mēnešiem citā kaula segmentā, kuru veiksmīgi izārstēja ar antibiotikām. Pacientu ārstēšanā tika izmantoti dažādi bakteriofāgi un tika pētīts to lītiskais un biofilmas eradikācijas efekts kombinācijā ar antibiotikām in vitro. Bakteriofāgu preparātam BFC1.10 tika novērots aditīvs efekts ar ceftazidīmu/avibaktāmu, kas padarīja ierosinātāju jutīgu pret izmantoto antibiotiku. Savukārt fāgam PNM un PT07 bija labāks biofilmas eradikācijas efekts gadījumā, ja to izmantoja vispirms un pēc tam terapiju mainīja uz ceftazidīmu-avibaktāmu. Bakteriofāgu rezistence pret PNM un PT07 fāgu P. aeruginosa kultūrā attīstījās jau 12 h pēc eksperimenta sākšanas biofilmas modelī. Rezistences attīstība bija atšķirīga, izmantojot dažādus baktērijas celmus. Pētījuma dati liecina, ka bakteriofāgiem piemīt augsts potenciāls multirezistentu un ar biofilmu asociētu infekciju ārstēšanā kā laboratorijas apstākļos, tā arī cilvēka vides apstākļos. Bakteriofāgu terapija var tikt papildināta ar antibiotikām, bet ir nepieciešams izvērtēt konkrēto līdzekļu mijiedarbību un lietošanas secību, jo tas būtiski ietekmē terapijas efektivitāti. Kaut gan bakteriofāgu rezistence ir bieži sastopama fāgu terapijā, to var pārvarēt, izmantojot fāgu kokteiļus, veicot adaptācijas procedūru vai kombinējot fāgu terapiju ar antibiotikām arī tad, ja baktērija ir mēreni jutīga pret antibiotiku. Precīzākam fāgu terapijas izvērtējumam nepieciešami tālāki pētījumi, īpaši klīniskie.