«Серые кардиналы»: как бактериофаги помогают нормализации микрофлоры
Одно из главных отличий бактериофагов от антибиотиков в том, что они действуют намного избирательнее. Антибактериальные препараты часто уничтожают не только болезнетворные бактерии, но и представителей нормальной микрофлоры. А фаги атакуют лишь микроорганизмы определенного вида. Микрофлора за счет этого не только не страдает, но и получает поддержку в конкурентной борьбе с патогенами. Это открывает интересные возможности и позволяет рассматривать фаги не только как средства антибактериальной терапии, но и как пробиотики. О перспективах применения фагов как инструмента нормализации микробиома рассказал советник по науке холдинга «Нацимбио» Госкорпорации Ростех Игорь Никитин.
Высокая специфичность бактериофагов хорошо известна, и это свойство объединяет их с остальными вирусами. «Пожиратели бактерий» нападают строго на микроорганизмы одного вида, а иногда даже только на представителей определенных штаммов отдельных видов. Фактически, если сравнивать антибиотик узкого спектра действия и фаги широкого спектра, то вирусы все равно окажутся более специфичными, «привередливыми».
При этом фаги неправильно воспринимать как хищников, которые только и делают, что уничтожают бактерии. Если бы это было так, то бактерий на нашей планете уже не осталось бы. Фаги очень долго сосуществуют бок о бок с бактериальными сообществами и во многом выступают как их регуляторы, «санитары» от микробиологии. Из-за вирусов рост одних микроорганизмов ограничивается, другие получают преимущества и начинают процветать, а эволюция бактерий постоянно находится «в тонусе» и не сбавляет темпов. Эти процессы происходят не только в природе, но и в организме человека.
Фаги в нашем теле
Помимо термина «микрофлора», еще употребляют такое понятие, как «микробиом». Так называют сообщество всех микробов, обитающих в определенной среде. Применительно к телу человека – населяющих те или иные органы. По аналогии в отношении фагов ученые используют термин «фагеом» или «фагом» (иногда еще говорят «виром», когда речь идет обо всех вирусах).
Чтобы проверить, какие микроорганизмы населяют тот или иной орган, можно собрать материал, проверить, какая ДНК в нем присутствует, кому она принадлежит. Это так называемый метагеномный анализ, и он показывает, что у человека очень много фагов в кишечнике, дыхательных путях и легких, полости рта, на поверхности кожи. Генетический материал фагов обнаруживают в моче, крови и даже спинномозговой жидкости. Иными словами, эти вирусы не только вокруг, но и внутри нас.
Чем же фаги занимаются в теле человека? На этот счет у ученых есть несколько теорий.
Во-первых, фаги регулируют численность бактериальных сообществ в составе микрофлоры. Взаимоотношения между ними сложны, и их описывают с помощью некоторых довольно условных моделей. Далее представлены две самые распространенные гипотезы.
Первая – гипотеза «красной королевы» – гласит, что бактерии и их вирусы должны постоянно эволюционировать (такая совместная эволюция называется коэволюцией), между ними все время происходит «гонка вооружений». Хищник совершенствуется, чтобы эффективнее атаковать жертву, а жертва изобретает новые способы защиты.
Согласно второй гипотезе «убей победителя» (kill-the-winner), фаги сильнее всего атакуют бактерии, которые находятся в большинстве. Когда жертв много – хищник тоже процветает. Это неминуемо приводит к тому, что численность жертв быстро сокращается, и другие виды микроорганизмов получают преимущество. Данный принцип в первую очередь и лежит в основе идеи регулирования микрофлоры бактериофагами. Если в кишечнике или другом органе сильно размножились патогены, то можно ввести соответствующие им вирусы. В итоге болезнетворные бактерии будут погибать, а их место займут «хорошие».
Кроме этого, известно, что бактериофаги взаимодействуют с иммунной системой человека, могут влиять на ее работу и на течение воспалительных процессов. Через влияние на иммунные механизмы они также косвенно регулируют микрофлору.
За счет вышеперечисленных эффектов фагеом контролирует численность и характеристики представителей микрофлоры разных органов, а это, в свою очередь, сильно влияет на здоровье человека. И этой системой можно манипулировать искусственно, внося в организм нужные фаги.
Просто всех убить VS аккуратно убрать только «плохих»
Любому врачу известно, что антибиотики способны не только уничтожить болезнетворные бактерии, но и устроить дисбактериоз, чреватый еще более серьезными последствиями для здоровья. Ведь одна из функций нормальной микрофлоры – «защита территории» от патогенных собратьев. Микроорганизмы конкурируют между собой, и если популяция «хороших» сильно сокращается, то весьма высока вероятность, что освободившееся место займут «плохие».
Яркий пример, встречающийся при применении многих антибактериальных препаратов, – активный рост бактерий Clostridium difficile на фоне подавления микрофлоры. В лучшем случае это приводит к диарее, а в худшем – грозит серьезными осложнениями вплоть до фатального исхода, необходимостью в хирургическом удалении части толстой кишки.
Другие последствия дисбиоза на фоне антибиотикотерапии намного менее очевидны, но оттого не менее опасны. Например, известно, что существенные изменения в кишечнике сохраняются в течение двух лет после того, как завершился курс лечения антибиотиками, и особенно плохо это сказывается на здоровье маленьких детей.
Дисбактериоз, спровоцированный антибактериальной терапией, приводит к тому, что разнообразие видов бактерий в составе кишечной микрофлоры сокращается, среди них начинают преобладать те, которые в норме не должны быть в большинстве, появляются устойчивые к антибиотикам. В перспективе это ведет к довольно серьезным нарушениям работы иммунной системы и обмена веществ. Научные исследования связывают воздействие антибиотиков в раннем детстве с повышенным риском развития таких патологий, как воспалительные заболевания кишечника, различные формы аллергии, бронхиальная астма, ожирение.
Это не означает, что от антибактериальных препаратов нужно полностью отказаться. Важно применять их рационально и уделять внимание поиску более безопасных (и эффективных учитывая проблему нарастающей антибиотикорезистентности) альтернатив, препаратов, которые действуют на патогены более прицельно. И бактериофаги – одна из таких хороших потенциальных альтернатив.
Новые парадигмы
В прошлом любые взаимодействия между бактериями и организмом человека, требовавшие вмешательства врачей, видели так: есть болезнетворный микроорганизм, он вызывает инфекцию, и его нужно уничтожить.
Сейчас картина несколько усложнилась. Во-первых, стало понятно, что бактериальное сообщество в теле человека устроено сложно и состоит с ним в непростых отношениях. Патогенные и условно-патогенные бактерии, нарушения состава микрофлоры, – все это вредит здоровью не только в моменте, но и в долгосрочной перспективе. Например, даже если кишечные бактерии не вызывают инфекцию, их продукты обмена влияют на работу иммунной системы, головного мозга (в том числе на эмоции и поведение!), чувствительность тканей к инсулину.
Еще один неочевидный пример: кишечный дисбиоз способен повышать риск развития сердечно-сосудистых заболеваний. И даже известны механизмы, за счет которых это происходит, в частности, накопление продукта метаболизма бактерий под названием триметиламин N-оксид.
Во-вторых, не все условно «плохие» бактерии исключительно вредны, многие из них потенциально могут приносить пользу. К тому же полностью искоренить «плохишей» объективно невозможно. Они всегда будут присутствовать в составе нашей микрофлоры и вокруг нас. Другой вопрос в том, как поддерживать оптимальное равновесие между разными видами микроорганизмов. Сделать так, чтобы те, которые способны потенциально навредить, не размножались слишком сильно.
Эти проблемы и призвана решить концепция регулирования микрофлоры. Важно не просто «уничтожить плохих» и избавить пациента от симптомов здесь и сейчас, а восстановить баланс и тем самым сохранить здоровье в долгосрочной перспективе. Фагопрепараты могут стать для этого полезным инструментом. Сейчас, когда интерес к ним снова растет, проводится довольно много исследований в этом направлении. Фаги применяют отдельно, в сочетании с антибиотиками, пробиотиками и другими препаратами. Возможно, в будущем эти наработки лягут в основу новых подходов к лечению инфекций и профилактике заболеваний, напрямую или косвенно связанных с изменениями состава микрофлоры.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые Томского политехнического университета в составе международного коллектива впервые подробно изучили, как молекулы двух редких изотопов германия поглощают инфракрасное излучение. На основе этих данных ученые составили подробную «карту линий» — специальный набор спектроскопических признаков, по которым вещество можно будет узнать даже в сложной газовой смеси.
Исследователи Института искусственного интеллекта и цифровых наук ФКН НИУ ВШЭ разработали подход, который помогает эффективнее подбирать рекомендательные алгоритмы. В нем разные методы попарно соревнуются, а по результатам всех поединков составляется общий рейтинг. Это помогает сократить число алгоритмов, которые нужно проверять при разработке новых сервисов, и сэкономить денежные и временные ресурсы.
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина разработали первый отечественный гелеобразователь для гидроразрыва пласта на основе сжиженных углеводородных газов. Разработка позволяет заместить импортные реагенты, необходимые для освоения трудноизвлекаемых запасов нефти.
Биологи провели молекулярный анализ тканей человеческого мозга и выяснили, что при тяжелой депрессии останавливается процесс образования новых нейронов. Открытие показало, что природа заболевания кроется не только в химическом дисбалансе нейромедиаторов, но и в физическом нарушении клеточного обновления гиппокампа.
Приблизительно 130 миллионов лет назад, когда по земле бродили динозавры, какое-то млекопитающее пробежало по влажной песчаной дюне на территории современной южной части Бразилии. Размер оставленных этим древним существом следов поразил палеонтологов.
Большой адронный коллайдер многие воспринимают как инструмент изучения первых мгновений жизни Вселенной и поиска редких частиц. Но ушедший на обновление ускоритель частиц все еще приносит новые данные и о таких, казалось бы, хорошо изученных объектах, как ядро атома кислорода. Физики ЦЕРН выяснили, что и оно, и ядро атома неона ведут себя не так, как предсказывали модели.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно