Os vírus nos salvarão de super bactérias?
Quando os antibióticos não ajudaram um paciente gravemente doente, um vírus de um lago local o salvou
[não é recomendável ler o texto enquanto se come, bem como para pessoas impressionáveis e mulheres grávidas - aprox. Trans.]
Durante anos Hodadust Ali [Ali Khodadoust] existia com apenas um coração aberto. Em 2012, os cirurgiões o substituíram por um arco aórtico e plantaram inadvertidamente uma bactéria. A bactéria formou colônias na forma de biofilmes e perfurou um túnel no peito, que saiu como resultado.Era uma proximidade perigosa. Antibióticos para combater a infecção que o velho diariamente engoliu obedientemente não mataram a bactéria. Em seguida, os médicos inseriram um tubo de plástico em seu ombro e injetaram antibióticos diretamente na corrente sanguínea. Mas os antibióticos falharam um após o outro. Três anos depois, Hodadust, um oftalmologista de New Haven, Connecticut, foi enviado ao Hospital Yale-New Haven para tratamento. Um pus bronzeado escorria de um buraco do tamanho de um lápis no peito. Às vezes, estava manchado com tiras de sangue brilhante. A qualquer momento, a bactéria pode entrar na corrente sanguínea, causar choque séptico e matá-lo.Para eliminar as bactérias repugnantes, os cirurgiões precisavam cortar o tecido infectado, enxaguar a cavidade do coração e substituir o arco aórtico novamente. Mas eles tinham medo de realizar operações em pacientes idosos, especialmente em tal situação. Eles decidiram que a operação era muito arriscada e a postergaram. Então outro grupo no Texas o rejeitou. E após a recusa no hospital de Zurique, a última esperança de Hodadust desapareceu.Enquanto Hodadust estava lutando pela vida, a apenas um quilômetro de distância, o microbiologista Benjamin Chan estava trabalhando em um laboratório evolutivo experimental. Chen estudou bacteriófagos no laboratório de Paul Turner, professor de ecologia e biologia evolutiva na Universidade de Yale. Os bacteriófagos, do fago grego, são bactérias que devoram vírus. Os fagos prosperam onde as bactérias - isto é, quase em toda parte. Nenhum organismo na Terra não é difundido e diversificado como fagos. Tocamos neles toda vez, nadando no oceano, mastigando salada de repolho ou beijando. Bilhões de anos de evolução tornaram os fagos os assassinos ideais de bactérias - silenciosas, secretas e eficazes. Mas, curiosamente, nenhum hospital nos Estados Unidos atualmente trata pacientes com fagos.Então Hodadust ainda não sabia disso, mas Chen abriria uma exceção para ele.
Pesadelo de E. coli: bacteriófago T4 (vermelho) e seus filamentos aracnídeos usados para prender e infectar E. coli.Uma tarde, eu estava sentado com Chen em seu escritório no Laboratório Memorial de Osborne, em um edifício semelhante a uma catedral no Science Hill da Universidade de Yale (somos apenas amigos dele). O sol estava rompendo através de grandes janelas. Uma placa de aquecimento portátil em uma prateleira estava entre os livros de microbiologia. Sentado à sua mesa, com um colete, gravata estreita e meias xadrez roxas pálidas que espreitavam de seus oxfords, Chen parecia mais um membro da banda indie do que um microbiologista entusiasmado.Meu rosto deve ter feito uma careta quando Chen disse que planejava infectar o organismo frágil de um paciente de 80 anos com um vírus experimental. Ele me garantiu: "Os fagos infectam apenas bactérias". Freqüentemente, os fagos geralmente atacam bactérias de uma única espécie ou várias de suas espécies. O fago é uma chave de construção complexa, adequada para um único buraco de fechadura, para um receptor na parede celular bacteriana. Quando um fago abre sua vítima, ele empurra seu genoma para dentro e transforma a bactéria em uma máquina para copiar fagos. Como resultado, a bactéria se rompe e centenas de clones de fago saem, deixando os restos da bactéria. Alguns fagos agem com menos ousadia, inserindo seu código no DNA bacteriano, para que o fago também seja copiado com cada reprodução da bactéria.Isso é muito diferente do trabalho de antibióticos que matam qualquer bactéria, incluindo a micro-comunidade que apoia nossa saúde. Os fagos são gourmets sofisticados e reservados. Eles penetram nos biofilmes, infectam suas vítimas e destroem cuidadosamente as bactérias, deixando intacta a microflora do paciente.Sua maneira única de trabalhar pode permitir que eles se tornem uma arma formidável na guerra contra superbactérias - como MRSA, C. diff e CRE, capazes de escapar à maioria dos antibióticos, como no caso de Khodadust. Superbugs se escondem em um pacote de frango na mercearia, no assento do trem, em roupas lavadas nos hospitais, e todos os anos 2 milhões de americanos são infectados, dos quais 20.000 morrem. Se os antibióticos acabarem sendo impotentes e as superbactérias forem tomadas, milhões de procedimentos de rotina - transplante de órgãos, quimioterapia e até uma simples visita ao dentista - se tornarão potencialmente perigosos. Os fagos podem abrir uma segunda frente nesta guerra. Mas, por muitas razões, eles ainda não o fizeram.A terapia fágica começou no início do século XX. Microbiologista Felix D'Herrelrealizou a tarefa no Instituto Pasteur em Paris para investigar a epidemia de disenteria que atingiu soldados franceses na Primeira Guerra Mundial. Curioso por que alguns adoeceram com a mortalidade, enquanto outros adoeceram com relativa facilidade, D'Herrel cultivou bactérias obtidas das fezes dos soldados em laboratório. Algumas colônias com uma bactéria em uma placa de Petri ("gramados bacterianos", como os biólogos os chamam carinhosamente) acabaram sendo irregulares. Nesses lugares, algo invisível matou bactérias. E nas colônias bacterianas de soldados em recuperação, esses pontos aumentaram. Ele sugeriu que esses "germes de imunidade" invisíveis poderiam ajudar a restaurar o paciente.
Para testar sua teoria, D'Herrel coletou esses micróbios - ele e sua esposa os chamavam de fagos - e os plantou em um paciente de 12 anos com disenteria. O paciente se recuperou rapidamente. Inspirado por isso, D'Herrel abriu o Laboratório de Bacteriófagos em Paris. Como um perfumista misturando odores para diferentes ocasiões, ele misturou e vendeu fagos contra diarréia, doenças de pele e resfriados. Essa atividade foi além da França - D'Herrel viajou para a Geórgia e ajudou a fundar o Instituto Eliava , que realizou terapia fágica em 1923 e, na década de 1940, Eli Lilly vendeu vários medicamentos fágicos nos Estados Unidos.Foi um bom começo para terapia promissora. Mas outra descoberta científica suprimiu o interesse em fagos. Em 1928, Alexander Fleming acidentalmente encontrou penicilina no molde devido ao distúrbio que reinou em seu laboratório. A penicilina tornou-se um remédio mágico: não precisava ser fabricado como fago, funcionava de forma estável, podia ser produzido em grandes quantidades e podia ser armazenado por meses. Ele também apareceu bem a tempo: para a Segunda Guerra Mundial. Os fagos pareciam ser um subproduto invisível e caprichoso das bactérias, às vezes tratando infecções, mas muitas vezes não funcionando. Antes da era do DNA e da biologia molecular, nem se sabia o que eram. Na década de 1940, os antibióticos já estavam sendo produzidos comercialmente nos Estados Unidos e na Europa. Os fagos estavam em um armário empoeirado entre os médicos rejeitados.Mas os antibióticos não encontraram o mesmo entusiasmo em todos os lugares. Na URSS, eles eram caros. E enquanto na Europa Ocidental o estudo de fagos diminuiu, continuou em uma rede de laboratórios soviéticos sob a liderança do Instituto Eliava. Na década de 1980, os laboratórios da Geórgia entregavam semanalmente duas toneladas de sprays, pós e rebocos com fagos. A maioria dos produtos foi para o exército. Mas os estudos foram publicados em russo e polonês e não penetraram nos Estados Unidos.Mas nos laboratórios ocidentais de biologia molecular, os fagos foram estudados em detalhes. Eles descobriram que, como os organismos vivos "clássicos", as informações hereditárias dos fagos são transmitidas usando o DNA. Os biólogos extraíram fagos para muitas enzimas usadas em laboratórios modernos. E em 1976, o primeiro genoma decodificado foi o gene do fago. Uma tecnologia de edição de genes CRISPR-Cas eficaz e controversa foi inventada com base na proteção de bactérias contra fagos. Como resultado, o interesse em fagos começou nos EUA, em particular devido ao início de um intercâmbio científico entre cientistas dos EUA e da Rússia.Chen começou a caçar fagos no OmniLytics, uma das empresas que vendia fagos a agricultores. Lá, Chen procurou fagos para proteger o gado de Escherichia coli O157: H7 e plantações de tomate contra doenças de plantas. De acordo com Chen, estamos constantemente consumindo alimentos contendo fagos. Salsichas e carne de açougueiro são tratadas com Listex, um coquetel com vários fagos aprovado pelo FDA em 2006 que protege contra a listeria . Um concorrente, o Intralytix, oferece o SalmoFresh, um ataque à salmonela que infecta pássaros, frutas e vegetais. Os fagos, diferentemente dos aditivos alimentares, não precisam ser mencionados na embalagem - por isso é difícil para o comprador descobrir se ele consome um spray viral. Os sprays de fago são orgânicos e a Omnilytics anuncia fagos como uma alternativa natural e saborosa aos pesticidas.Quando Chen se mudou para New Haven em 2013, ele queria estudar o potencial dos fagos como drogas para os seres humanos. Ele escreveu ao presidente do Hospital de Yale-New Haven que estava caçando fagos e precisava de um paciente. Muito rapidamente, Chen se encontrou com o Dr. Hodadust, Deepak Narayan, recebeu seu prêmio (tubo de ensaio com pus congelado) e se familiarizou com seu alvo bacteriano. Ele semeou em uma mistura de caldo com ágar. A bactéria Hodadusta, Pseudomonas aeruginosa, cresceu violenta e rapidamente. "Cheira bem, como um sabor de uva", Chen me disse. Encheu a geladeira com tubos de ensaio com a bactéria e testou vários antibióticos nela. A bactéria mostrou sua resistência, e então Chen começou a procurar um fago que pudesse matá-la.A diversidade de fagos se sobrepõe à diversidade do resto da vida na Terra. Em todos os lugares, não importa onde os cientistas estejam procurando - no solo, em cavernas, nas profundezas do oceano - eles encontram milhões de novos fagos. Eles não excedem 100 nm de tamanho e, no total, cerca de 10 32 deles vivem no planeta . Se os fagos fossem do tamanho de um grão de areia, poderiam preencher 1000 planetas como a Terra. Para os caçadores de fagos, não existem mapas mostrando a localização do tesouro viral. O fago desejado por Chen poderia estar onde os Pseudomonas vivem - nas pessoas, nos hospitais, na natureza.Chen procurou em todos os lugares e não hesitou em pedir a amigos e colegas para compartilhar amostras de suas próprias fezes. Outros biólogos do instituto ajudaram Chen. “Pesquisadores de peixes do último andar”, ambientalistas que estudaram trutas de água doce, compartilharam amostras dos rios da Nova Inglaterra com Chen. Chen coletou dezenas de amostras de lagos, poças, esgotos, composto e solo. Em cada tubo minúsculo havia muitas bactérias e fagos.No laboratório, Chen misturou cada amostra com algumas gotas da bactéria Pseudomonas. Somente um fago adequado poderia infectar suas células e se multiplicar. Como um enólogo filtrando cascas, sementes e folhas de uvas do vinho, Chen passou a mistura por um filtro 100 vezes menor que a espessura de um cabelo humano. Tudo o que restou foi "néctar" purificado - um conjunto de fagos.E para testar a capacidade do néctar de matar Pseudomonas, e não apenas se propagar neles, ele misturou Pseudomonas de Hodadust com fagos purificados, colocou-os em placas de Petri e colheitas cultivadas. Se o fago tivesse invadido com sucesso as células bacterianas, um ponto característico teria se formado no gramado bacteriano.
Certa tarde, alguns meses depois, Chen encontrou os fagos necessários. De pé sozinho em seu laboratório de aparência gótica, com tetos altos, ele encarou a placa de Petri incrédula, que segurava nas mãos enluvadas. Círculos claramente visíveis se destacavam no fundo esmeralda da xícara, como planetas de cores diferentes no céu escuro. Ele estava segurando um cemitério bacteriano. Depois de fazer centenas de xícaras de Pseudomonas e adicionar uma amostra cuidadosamente elaborada, ele encontrou uma chave de fago que poderia desbloquear as bactérias de Hodadustus, invadir e causar caos.Ele olhou para as marcas na placa de Petri. Pond Dodge. Tudo graças aos "cientistas de peixes de cima". A água de um lago pastoral em Connecticut alimentava assassinos de bactérias mais capazes do que os antibióticos mais fortes. Chen rapidamente se convenceu de que seu assassino de fagos também poderia penetrar no biofilme protetor erigido pela bactéria Pseudomonas na aorta artificial de Hodadust.Chegou a hora do teste mais difícil - Pseudomonas evoluirá e resistirá a fagos? Não há terapias evolutivas. Um dos principais argumentos contra fagos é que essa terapia falhará como antibióticos. As bactérias podem desenvolver resistência aos fagos. Portanto, os fagos são frequentemente usados em misturas. Idealmente, se uma bactéria desenvolver resistência a um deles, os outros farão seu trabalho. Como esperado, as bactérias desenvolveram imunidade durante a noite. Mas a bactéria que resistia aos fagos tinha um ponto fraco? Chen semeou uma nova bactéria resistente e adicionou o antibiótico ceftazidima. Na manhã seguinte, um belo local de morte se formou neste lugar.Pseudomonas desenvolveu resistência ao eliminar receptores através dos quais penetravam fagos da lagoa. Mas sem eles, as bactérias se tornaram vulneráveis. Esses receptores desempenham outro papel importante - eles bombeiam antibióticos da célula. Quando Chen adicionou antibióticos, a droga, anteriormente ineficaz, penetrava facilmente na parede celular. E sem a capacidade de bombeá-los, os Pseudomonas foram envenenados por dentro. A combinação de fagos da lagoa e ceftazidima colocou a evolução do tapete.Mais uma vez surgiram nos EUA, os fagos enfrentam novas barreiras ao seu uso na medicina, entre as quais a aprovação da FDA. "Os fagos parecem estar funcionando", disse Randall Kincaid, diretor de ciências do Instituto Nacional de Saúde dos EUA. - Mas não temos boas estatísticas de pesquisas científicas precisas que diriam que foram os fagos que causaram a recuperação. Precisamos pensar sobre isso do ponto de vista dos médicos. Quando um paciente procura um médico com uma infecção bacteriana, é habitual tratá-lo com antibióticos. Precisamos de evidências claras dos benefícios dos fagos para aceitá-los. ”Vários ensaios clínicos bem-sucedidos foram realizados. As fases I e II dos testes conduzidos pela AmpliPhi Biosciences Corporation descobriram que uma dose única de um coquetel de fago fez um bom trabalho contra infecções de ouvido de Pseudomonas aeruginosa resistentes a antibióticos. Outro estudo da fase I descobriu que um coquetel fágico projetado para tratar úlceras nas pernas era seguro, mas não podia acelerar significativamente a recuperação do paciente (nas fases I, a segurança dos medicamentos é verificada, na fase II, eficácia).Mas até agora, nenhum teste de fase III foi realizado - a etapa final que confirma a eficácia do medicamento, que requer pelo menos 1000 pacientes. Como o princípio do trabalho com fagos é fundamentalmente diferente dos antibióticos, não está claro como avaliar sua eficácia. Kevin Otterson, professor de direito da Faculdade de Direito da Universidade de Boston e diretor executivo do acelerador CARB-X, que está prestes a injetar US $ 350 milhões em novos produtos para combater as superbactérias, diz: "Com antibióticos, é claro que evidência é necessária em experimentos com animais, e que tipo de pesquisa fazer em humanos. A aparência do experimento com fagos é uma questão muito aberta. ”Algumas das vantagens dos fagos causam problemas para reguladores e críticos. A principal é uma especialização que as torna ferramentas precisas, mas ao mesmo tempo significa que os ensaios clínicos devem confirmar a segurança e a eficácia de cada tipo de bactéria. Antibióticos de perfil amplo são frequentemente prescritos sem especificar um diagnóstico, e o tratamento com fagos requer uma determinação precisa do tipo de bactéria. Isso pode mudar o curso do procedimento de exame. A questão da dosagem no caso dos fagos também é complicada. Os antibióticos passam pelo corpo e são metabolizados de maneiras previsíveis. Fagos não são substâncias mortas. Se eles encontrarem sua bactéria, começarão a se multiplicar. Isso significa que às vezes uma dose única de fago será suficiente, mas também significa que é difícil prever sua atividade.Quantos fagos um paciente deve dar? Com que rapidez as bactérias desenvolvem resistência? Mesmo quando os fagos se comportam lindamente in vitro, é difícil prever como eles agirão in vivo, em um ambiente complexo e difícil de navegar do corpo humano.Outra pergunta desagradável: quem pagará pelos testes clínicos? Costumam custar centenas de milhões de dólares. Comparado aos medicamentos contra o câncer, Kincaid diz, "não há muito investimento para o tratamento de doenças infecciosas". Agora é difícil vender a ideia de fagos para investidores que desejam uma garantia de sucesso. Os fagos coletados no esgoto e no composto são um produto natural e não podem ser patenteados. As empresas podem contornar isso patenteando coquetéis ou criando fagos no laboratório. "Um precedente desempenha um grande papel aqui", diz Kincaid, que administra uma empresa de biotecnologia há anos antes de trabalhar no NIH. "Os investidores não gostam dos caprichos de coisas que não sabemos". Ele acredita que o governo precisa intervir na aceleração e financiamento de pesquisas sobre fagos.O maior teste de terapia fágica até o momento foi o PhagoBurn, que custou 3,8 milhões de euros à Comissão Européia e encontrou vários problemas. Inicialmente, 220 pessoas com queimaduras e feridas infectadas de 11 hospitais diferentes na França, Bélgica e Suíça queriam atraí-lo. Foi planejado testar a eficácia de dois coquetéis diferentes de fagos em comparação com o antibiótico usual, sulfadiazina de prata. Depois que os cientistas tiveram dificuldade em provar a estabilidade dos fagos nos coquetéis, eles encontraram dificuldades em encontrar pacientes. Os testes exigiram pessoas infectadas com Escherichia coli ou Pseudomonas aeruginosa, mas não as duas ao mesmo tempo. Mas as vítimas de queimaduras são frequentemente infectadas por muitos patógenos. Apenas 15 pacientes foram encontrados para estudar Pseudomonas aeruginosa. E a variante com E. coli teve que ser totalmente rejeitada.Uma versão menor do teste continua, os resultados serão conhecidos na próxima primavera - quatro anos após seu início.Há quem rejeite a terapia fágica. Steve Projan, vice-presidente sênior de pesquisa e desenvolvimento e chefe do departamento de doenças infecciosas e vacinas da empresa de biotecnologia MedImmune, anteriormente na Novartis e Wyeth, escreveu sobre isso em um artigo de 2004: “Histórias pessoais e anedóticas de antigos pacientes engraçados e tristes ao mesmo tempo, por razões óbvias, não ouviremos nada daqueles pacientes cujas infecções não puderam ser curadas. ” Proyan escreve que, em vez de tentar superar todos os obstáculos da fagoterapia, o dinheiro poderia ser gasto melhor - por exemplo, para desenvolver "terapias com pequenas moléculas", incluindo antibióticos. Ele se recusou a ser entrevistado.Outros são mais otimistas. Vários países da Europa Oriental usam rotineiramente a terapia fágica. Instituto nomeado após Ludwig Hirtsfeld, em Varsóvia, Polônia, usa fagos como último recurso, para pacientes que não são ajudados por antibióticos. Desde 1980, mais de 1.500 pacientes infectados com bactérias resistentes a medicamentos foram tratados no local, e o instituto relata que "a maioria deles foi curada". Na Geórgia, os fagos são usados ainda mais amplamente. Os médicos tratam cerca de 20% dos pacientes que chegam com fagos. O centro de fagoterapia em Tbilisi atrai pacientes de todo o mundo que sofrem de infecções incuráveis do trato urinário, acne, fibrose cística e infecções intestinais. O centro reivindica 95% de sucesso no tratamento. Mas muitos cientistas ocidentais duvidam disso, porque não foram verificados pelo FDA ou pela Agência Médica Europeia.E depois há Hodadust e Chen.Alguns meses após o sucesso de Chen no laboratório, era hora de tentar o tratamento com Hodadust. Ele foi levado para a sala de tratamento no Hospital Yale-New Haven e dois médicos rolaram um carrinho com equipamento de ressuscitação. Chen disse que então uma onda de pânico tomou conta dele. Diante de uma pequena audiência de cirurgiões e estudantes, o radiologista introduziu uma pequena quantidade de uma mistura de água salgada, fagos e antibióticos na cavidade torácica de Khodadust. Chen observava continuamente os ziguezagues do aparelho, observando os batimentos cardíacos do paciente. Cada sinal irregular indicava que entregar o vírus diretamente ao coração do paciente não o matou. Um dia depois, Khodadust recebeu alta. Nenhuma mudança óbvia em sua condição foi observada.Chan não sabia se estava chateado ou se acalmou. “Eu estava preocupado que eu mataria um homem. Ou a terapia fágica funcionará - incrivelmente - ou tudo vai mal - terrivelmente ruim. ”Por várias semanas, Chen não recebeu mensagens. Um mês depois, Narayan disse a Chen que Khodadust havia viajado de avião para visitar parentes no exterior. Ele se sentiu tão bem em viajar ou decidiu ver sua família antes de sua morte?Então, seis meses após o procedimento, sem aviso prévio, Hodadust veio à clínica de Narayana. Seu peito se curou completamente, em vez de um buraco havia uma superfície plana. O normalmente silencioso Narayan disse a Chen que seu paciente parecia "um milhão de dólares". Pela primeira vez em três anos, ele não tomou antibióticos. Não foram relatados efeitos colaterais.Narayan não pode ter certeza de que a recuperação de Hodadust foi devida à terapia fágica. Em um mundo ideal, ele o estudava após a cirurgia, monitora o estado da cavidade, testava tudo o que escorria de lá em busca de Pseudomonas. Mas ele tem certeza de que o fago do Dodge Pond ajudou seu paciente. Ele soube que cinco semanas após a terapia, um grupo de cirurgiões havia levado Hodadust para remover parte do enxerto que segurava sua nova aorta. Eles testaram o transplante e não continha Pseudomonas. Ele parou de tomar antibióticos pela primeira vez em três anos, e a infecção nunca voltou. O vírus da lagoa, localizado a apenas 60 quilômetros de sua casa, deu a ele uma nova chance - e um novo significado para o termo "medicina local".Chen, Narayan e Turner observaram esse caso, mergulhando na redação de artigos científicos. Eles esperam planejar ensaios clínicos de uma mistura de fagos da lagoa Dodge com ceftazidima. Porém, antes dos testes em humanos, os fagos precisam ser testados em ratos. A equipe utiliza serviços pré-clínicos do NIH para realizar testes in vivo em animais.Enquanto isso, Chen está montando uma biblioteca de fagos. Se você mora em New Haven, ou usa banheiros recentemente, pode se tornar um doador involuntário. Ele visita a estação de tratamento de água de New Haven semanalmente, coleta amostras de substâncias provenientes de vasos sanitários de toda a cidade, filtra fagos e as verifica em uma variedade de placas de Petri contendo possíveis bactérias excelentes. A caçada já trouxe sucesso. Chen isolou fagos para Klebsiella pneumoniae resistente a antibióticos e Enterococcus faecalis e infecções do trato urinário. Em sua última viagem aos fagos no Haiti, Chen encontrou um fago atacando a bactéria cólera, Vibrio cholerae.Às vezes, a partir dos excrementos de uma pessoa, você pode fazer um coquetel de fagos para outra.Source: https://habr.com/ru/post/pt400097/
All Articles