病毒会拯救我们免受超级细菌的侵害吗？

当抗生素不能帮助重病患者时，当地池塘中的病毒救了他

[不建议在进餐时以及有印象的人和孕妇时阅读文字-大约。跨]



多年来Hodadust阿里[阿里Khodadoust]存在只有一个开放的心脏。 2012年，外科医生用主动脉弓代替了他，并在不经意间植入了细菌。细菌以生物膜的形式形成菌落，并在其胸部钻出了一条隧道，结果出来了。

这是一个危险的接近。对抗老人每天尽责地吞咽的感染的抗生素没有杀死细菌。然后，医生将塑料管插入他的肩膀，然后将抗生素直接注入血液中。但是抗生素却一次又一次地失败了。三年后，来自康涅狄格州纽黑文的眼科医生Hodadust被送往耶鲁-纽黑文医院接受治疗。一只棕褐色的脓从他胸口铅笔大小的洞里渗出。有时，它沾满了鲜亮的血条。细菌可能随时进入血液，引起败血性休克并杀死它。

为了消除令人恶心的细菌，外科医生需要切除受感染的组织，冲洗心腔并再次更换主动脉弓。但是他们害怕对老年患者进行手术，特别是在这种情况下。他们认为手术风险太大，因此推迟了手术。然后德克萨斯州的另一个团体拒绝了他。在苏黎世医院被拒绝之后，霍达杜斯特的最后希望消失了。

当霍达杜斯特（Hodadust）奋斗一生时，就在一英里之外，微生物学家本杰明·陈（Benjamin Chan）在一个实验性的进化实验室里工作。 Chen在耶鲁大学生态与进化生物学教授Paul Turner的实验室中研究了噬菌体。来自希腊噬菌体的噬菌体是吞噬病毒的细菌。噬菌体在细菌繁殖的地方-壮成长-几乎到处都有。地球上没有任何一种生物不像噬菌体那样广泛分布和多样化。我们每次都触摸它们，在海洋中游泳，咀嚼卷心菜沙拉或亲吻。数十亿年的进化使噬菌体成为细菌的理想杀手-安静，分泌，有效。但有趣的是，目前美国没有一家医院可以治疗噬菌体患者。

然后，霍达杜斯特仍然不知道这一点，但是陈将为他做一个例外。


大肠杆菌的噩梦：T4噬菌体（红色）及其蜘蛛网丝用于附着和感染大肠杆菌。

一个下午，我和陈在奥斯本纪念馆实验室的办公室里坐在一起，坐在耶鲁大学科学山的一座大教堂式建筑中（我们只是和他成为朋友）。太阳冲破大窗户。微生物学教科书之间夹着架子上的便携式电炉。坐在他办公桌前的背心，窄领带和从牛津偷窥的浅紫色格子袜子，比起一个热情的微生物学家，陈看起来更像是一个独立乐队成员。

当陈说他计划用实验性病毒感染一名80岁患者的脆弱生物时，我的脸一定很。他向我保证：“噬菌体只能感染细菌。”通常，噬菌体通常攻击单个物种或其几个物种的细菌。噬菌体是复杂结构的关键，适用于细菌细胞壁上的受体的单个锁孔。当噬菌体打开其受害者时，它将其基因组推入内部，并将细菌变成复制噬菌体的机器。结果，细菌破裂，数百个噬菌体克隆出来，留下了细菌的残留。一些噬菌体的行为不那么大胆，将其代码插入细菌DNA中，因此噬菌体也随细菌的每次复制而复制。

这与杀死任何细菌（包括支持我们健康的微社区）的抗生素的工作截然不同。噬菌体是成熟且有保留的美食家。他们穿透生物膜，感染受害者，并小心地消灭细菌，使患者的菌群保持完整。

它们独特的工作方式可以使它们成为对抗超级细菌（例如Mho，C.diff和CRE）的强大武器，例如Khodadust，它们可以逃脱大多数抗生素。在杂货店，火车座位上，医院的新鲜亚麻布上，超级虫子潜入一包鸡中，每年有200万美国人受到感染，其中有20,000人死亡。如果抗生素无能为力并且超级细菌占据了上百万，那么数以百万计的常规程序-器官移植，化学疗法，甚至只是拜访牙医-都将具有潜在的危险。噬菌体可以在这场战争中打开第二条战线。但是，由于许多原因，他们尚未这样做。

噬菌体疗法始于20世纪初。微生物学家Felix D'Herrel在巴黎巴斯德研究所（Pasteur Institute）中完成了这项任务，以调查一次世界大战中袭击法国士兵的痢疾流行。 D'Herrel好奇为什么有些人生病致死，而另一些人则相对容易生病，D'Herrel培养了从实验室士兵粪便中获得的细菌。结果发现，在培养皿中有细菌的某些菌落（生物学家亲切地称其为“细菌性草坪”）是多斑点的。在这些地方，看不见的东西杀死了细菌。在恢复士兵的细菌菌落中，这些点增加了。他建议这些无形的“免疫细菌”可以帮助患者康复。



为了检验他的理论，德赫雷尔收集了这些微生物-他和他的妻子称它们为噬菌体-并将它们种植在一名12岁的痢疾患者中。病人很快康复了。受此启发，D'Herrel在巴黎开设了噬菌体实验室。就像调香师在不同场合混合气味一样，他混合并出售了可预防腹泻，皮肤病和感冒的噬菌体。这项活动超出了法国范围-D'Herrel前往佐治亚州并帮助建立了Eliava研究所，该研究所于1923年进行了噬菌体治疗。1940年代，礼来在美国销售了各种噬菌体药物。

这是有前途的治疗的良好开端。但是另一个科学发现抑制了对噬菌体的兴趣。 1928年，亚历山大·弗莱明（Alexander Fleming）由于在他的实验室盛行的疾病，意外地在霉菌中发现了青霉素。青霉素变成了一种神奇的药物：它不需要像噬菌体一样制成，可以稳定地工作，可以大量生产，并且可以保存数月。他还及时出现了：第二次世界大战。噬菌体似乎是细菌的一种看不见的反复无常的副产物，有时可以治疗感染，但通常不起作用。在DNA和分子生物学时代之前，甚至还不清楚它们是什么。到1940年代，抗生素已经在美国和欧洲商业化生产。噬菌体在医疗流浪者中一个多尘的柜子里。

但是抗生素到处都没有达到同样的热情。在苏联，它们很昂贵。在西欧，对噬菌体的研究消退了，但在以利亚瓦研究所的领导下，在苏联实验室网络中继续进行。到1980年代，格鲁吉亚实验室每周交付两吨带有噬菌体的喷雾剂，粉末和灰泥。大多数产品都用于军事。但是研究以俄语和波兰语出版，并没有渗透到美国。

但是在西方分子生物学实验室中，对噬菌体进行了详细的研究。他们发现，像“经典”生物一样，噬菌体的遗传信息是通过DNA传递的。生物学家已经提取了现代实验室中使用的许多酶的噬菌体。 1976年，第一个解密的基因组是噬菌体基因。基于保护细菌免受噬菌体侵害，发明了一种有效且有争议的CRISPR-Cas基因编辑技术。结果，特别是由于美国和俄罗斯科学家之间的科学交流的开始，人们开始对噬菌体产生兴趣。

Chen开始在OmniLytics（一家向农民出售噬菌体的公司）中寻找噬菌体。 Chen在那儿寻找噬菌体来保护牲畜免受O157：H7大肠杆菌的侵害，并使番茄种植园免受植物病害的侵害。根据Chen的说法，我们一直在食用含噬菌体的食物。香肠和肉用Listex处理，Listex是FDA在2006年批准的一种多噬菌体鸡尾酒，可预防李斯特菌。竞争对手Intralytix提供SalmoFresh，这是一种沙门氏菌的攻击，感染鸟类，水果和蔬菜。噬菌体与食品添加剂不同，不必在包装上注明-因此，买方很难确定自己是否食用病毒喷雾剂。噬菌体喷雾剂是有机的，Omnilytics广告宣传噬菌体是农药的一种美味而天然的替代品。

当Chen在2013年搬到纽黑文时，他想研究噬菌体作为人类药物的潜力。他写信给耶鲁-纽黑文医院院长说，他正在寻找噬菌体，需要一个病人。陈很快就遇到了霍达杜斯特博士，迪帕克·纳拉扬（Deepak Narayan），获得了他的奖品（冷冻脓液的试管），并熟悉了他的细菌靶标。他在肉汤和琼脂的混合物中播种。 Hodadusta细菌铜绿假单胞菌剧烈而迅速地生长。 “它闻起来很香，就像葡萄一样，”陈告诉我。他在冰箱中装满了细菌的试管，并在其中测试了各种抗生素。细菌显示出其耐力，然后陈开始寻找可以杀死她的噬菌体。

噬菌体的多样性与地球上其余生命的多样性重叠。无论科学家在哪里寻找，无论在何处-在土壤，洞穴，海洋深处-他们都能找到数百万个新的噬菌体。它们的大小不超过100海里，总共约有10 ³²居住在地球上。如果噬菌体只有一粒沙的大小，它们可以填满1000个这样的行星，例如地球。对于噬菌体猎人，没有地图显示病毒宝藏的位置。 Chen想要的噬菌体可以是假单胞菌生活的任何地方-在人，医院，自然界中。

Chen到处搜寻，毫不犹豫地要求朋友和同事分享自己的粪便样本。该研究所的其他生物学家帮助了陈。研究淡水鳟鱼的环保主义者说：“顶层的鱼类科学家”与陈分享了新英格兰河流的样本。陈从湖泊，水坑，下水道，堆肥和土壤中收集了数十种样品。在每个细管中，都有许多细菌和噬菌体。

在实验室中，陈将每个样品与几滴假单胞菌细菌混合。只有合适的噬菌体才能感染其细胞并繁殖。就像酿酒师从酒中过滤出葡萄皮，种子和叶子一样，Chen使混合物通过的过滤器比人发粗细100倍。剩下的全部被纯化为“花蜜”-一组噬菌体。

为了测试花蜜杀死假单胞菌的能力，而不仅仅是在花蜜中传播，他将来自霍达杜斯特的假单胞菌与纯化的噬菌体混合，放置在皮氏培养皿和栽培农作物中。如果噬菌体成功侵入细菌细胞，则在细菌性草坪上会形成一个特征性斑点。



几个月后的一个深夜，陈发现了必要的噬菌体。他独自站在他高高的哥特式实验室里，难以置信地看着培养皿，戴在手套手中。清晰可见的圆圈在杯子的翠绿色背景下显得突出，就像黑暗天空中不同颜色的行星一样。他拿着一个细菌墓地。在制作了数百个假单胞菌杯并添加了精心制作的样本后，他发现了一个噬菌体钥匙，可以解锁霍达杜斯的细菌，闯入并引起混乱。

他看着培养皿上的标记。池塘闪避。感谢“来自上方的鱼类科学家”。康涅狄格州一个牧养池塘的水比最强的抗生素具有更强的杀细菌能力。 Chen很快就确信，他的噬菌体杀手也可以穿透由霍达杜斯特人工主动脉上的假单胞菌细菌竖起的保护性生物膜。

现在是进行最困难测试的时候了-假单胞菌会进化并抵抗噬菌体吗？没有进化疗法。反对噬菌体的主要论据之一是，这种疗法将像抗生素一样失败。细菌可以对噬菌体产生抗性。因此，噬菌体通常以混合物形式使用。理想情况下，如果细菌对其中一种产生抗性，则其他细菌将发挥作用。正如预期的那样，细菌在一夜之间产生了免疫力。但是抵抗噬菌体的细菌是否有弱点？陈播下了一种新的耐药细菌，并加入了头孢他啶抗生素。第二天早晨，这个地方形成了一个美丽的死亡地点。

假单胞菌通过消除池塘中噬菌体穿透的受体而产生了抗药性。但是没有它们，细菌就会变得脆弱。这些受体起着另一个重要的作用-它们从细胞中泵出抗生素。当陈添加抗生素时，以前无效的药物很容易穿透细胞壁。由于无法将它们抽出，假单胞菌从内部被毒死。池塘中的噬菌体和头孢他啶的结合使垫子得以进化。

在美国，噬菌体再次浮出水面，面临着其在医学中使用的新障碍，其中至少有FDA批准。美国国立卫生研究院首席科学官兰德尔·金凯德（Randall Kincaid）说：“噬菌体似乎正在发挥作用。” -但是，对于准确的科学研究，我们没有很好的统计数据，可以说是导致恢复的噬菌体。我们需要从医生的角度来考虑。当患者被细菌感染去看医生时，习惯上要用抗生素治疗他。为了接受噬菌体，我们需要明确的证据来证明噬菌体的好处。”

已经进行了几次成功的临床试验。 AmpliPhi Biosciences Corporation进行的试验的第一阶段和第二阶段发现，单剂量的噬菌体鸡尾酒在抵抗抗生素耐药的铜绿假单胞菌耳部感染方面做得很好。另一项I期试验发现，设计用于治疗下肢溃疡的噬菌体鸡尾酒是安全的，但不能显着加快患者的康复速度（I期，检查药物的安全性，II期，检查有效性）。

但到目前为止，尚未进行任何III期试验-最终阶段证实了药物的有效性，这至少需要1000名患者。由于噬菌体工作原理与抗生素根本不同，因此尚不清楚如何评估其有效性。波士顿大学法学院法学教授，CARB-X加速器执行董事凯文·奥特森说，他打算向抗击超级细菌的新产品注资3.5亿美元，他说：“对于抗生素，很明显，动物实验需要什么证据，以及在人类中进行什么样的研究。噬菌体实验的模样是一个非常开放的问题。”

噬菌体的某些优势给监管者和批评者带来了麻烦。主要的一项是使它们成为精确工具的专业化方法，但同时意味着临床试验必须确认每种细菌的安全性和有效性。通常开处方宽泛的抗生素而没有明确诊断，用噬菌体治疗需要准确确定细菌的类型。这可能会改变检查程序的过程。噬菌体的剂量问题也很复杂。抗生素通过体内并以可预测的方式代谢。噬菌体不是死物质。如果发现细菌，它们将开始繁殖。这意味着有时候单剂量的噬菌体就足够了，但这也意味着它们的活性难以预测。患者应给予多少个噬菌体？细菌多快产生抗药性？即使噬菌体在体外表现出色，也很难预测它们在复杂而难以驾驭的人体环境中如何在体内起作用。

另一个不愉快的问题：谁来支付临床测试费用？他们经常花费数亿美元。金凯德说，与抗癌药物相比，“用于治疗传染病的投资收益不多”。现在，很难将噬菌体的想法卖给想要保证成功的投资者。从污水和堆肥中收集的噬菌体是天然产物，不能申请专利。公司可以通过为鸡尾酒申请专利或在实验室中创建噬菌体来解决这一问题。金凯德说：“先例在这里起着举足轻重的作用。”在美国国立卫生研究院工作之前，已经管理了一家生物技术公司多年的金凯德说。 “投资者不喜欢我们所不知道的事情多变。”他认为政府需要介入以加速和资助噬菌体研究。

迄今为止，最大的噬菌体疗法测试是PhagoBurn，欧盟委员会为此花费了380万欧元，并且遇到了一些问题。最初，来自法国，比利时和瑞士的11家不同医院的220名烧伤和感染伤口的人希望吸引他。与常规抗生素磺胺嘧啶银相比，计划从噬菌体中测试两种不同鸡尾酒的有效性。在科学家们难以证明鸡尾酒中噬菌体的稳定性之后，他们在寻找患者时遇到了困难。测试要求感染了大肠杆菌或铜绿假单胞菌的人，但不能同时感染。但是烧伤受害者经常被许多病原体感染。仅发现15名患者在研究铜绿假单胞菌。并且必须完全拒绝带有大肠杆菌的变体。较小版本的测试仍在继续，其结果将在明年春季-开始4年后公布。

有些人拒绝噬菌体疗法。研究与发展高级副总裁，生物技术公司MedImmune的传染病和疫苗部门负责人Steve Projan（曾在诺华和惠氏工作）在2004年的一篇文章中写道：“来自前者的个人和轶事故事出于有趣的原因，有趣的病人和悲伤的病人同时出现，我们将不会从那些无法治愈感染的病人那里听到任何消息。” Proyan写道，与其试图克服所有吞噬疗法的障碍，不如花更多的钱-例如，开发包括抗生素在内的“小分子疗法”。他拒绝接受采访。

其他人则比较乐观。东欧的几个国家通常使用噬菌体疗法。研究所以名字命名波兰华沙的路德维希·希茨菲尔德（Ludwig Hirtsfeld）将噬菌体作为最后的手段，用于没有抗生素帮助的患者。自1980年以来，已经有1,500多例感染了耐药细菌的患者在此接受治疗，该机构报告说“大多数人已经治愈”。在佐治亚州，噬菌体的使用更加广泛。医生治疗约20％的噬菌体传入患者。第比利斯的噬菌体治疗中心吸引了世界各地患有无法治愈的尿路感染，痤疮，囊性纤维化和肠道感染的患者。该中心声称治疗成功率达95％。但是许多西方科学家对此表示怀疑，因为它们没有得到FDA或欧洲医学机构的检查。

然后是霍达杜斯特和陈。

Chen在实验室获得成功的几个月后，是时候尝试对Hodadust进行治疗了。他被带到耶鲁-纽黑文医院的治疗室，两名医生推着装有复苏设备的推车。陈说，然后一阵恐慌笼罩了他。在一小部分外科医生和学生面前，放射科医生将少量盐水，噬菌体和抗生素的混合物引入了霍达杜斯特的胸腔。陈不停地看着器械的曲折，注意到病人的心跳。每个锯齿状信号表明，将病毒直接传递到患者的心脏并没有杀死他。一天后，霍达杜斯特出院了。没有观察到他的病情有明显变化。

陈不知道他是否沮丧或平静下来。 “我担心自己会杀人。要么噬菌体疗法行之有效-要么-一切都会变得很糟-极其糟糕。”

几个星期以来，陈没有收到任何消息。一个月后，纳拉扬告诉陈说，霍达杜斯特已经乘飞机去国外探亲。他旅行感觉是否很好，还是决定去世前去看望家人？

然后，手术后六个月，霍达杜斯特没有任何警告就来到了纳拉亚纳诊所。他的胸部完全愈合了，没有一个洞，而是一个平坦的表面。通常沉默的纳拉扬告诉陈，他的病人看上去“一百万美元”。三年来，他第一次没有服用抗生素。没有副作用的报道。

Narayan无法确定Hodadust的恢复是由于噬菌体治疗所致。在理想的世界中，他将在手术后对其进行研究，监视腔的状况，测试从那里渗出的一切假单胞菌。但是他确信道奇池塘的噬菌体会帮助他的病人。他了解到，治疗五周后，一群外科医生采取了霍达杜斯特手术，以切除部分持有他的新主动脉的移植物。他们测试了移植物，但其中不包含假单胞菌。他三年来第一次停止服用抗生素，感染再也没有回来。距他家仅60公里的池塘中的病毒给他带来了新的机会-以及“本地药物”一词的新含义。

Chen，Narayan和Turner注意到了这个案例，并投入撰写科学论文。他们希望计划对道奇池塘​​中含有头孢他啶的噬菌体混合物进行临床试验。但是在人类试验之前，需要在大鼠上测试噬菌体。该团队使用NIH临床前服务进行体内动物测试。

同时，陈正在组装一个噬菌体文库。如果您住在纽黑文，或最近在该处使用过的厕所，则可以成为非自愿捐助者。他每周都会访问纽黑文（New Haven）水处理厂，从整个城市的厕所中抽取物质的样本，从中过滤出噬菌体，并在各种含有潜在超级细菌的培养皿中检查它们。狩猎已经带来了成功。Chen分离出对抗生素耐药的肺炎克雷伯菌，粪肠球菌和泌尿道感染的噬菌体。在最后一次前往海地的噬菌体之旅中，陈发现了一条噬菌体攻击霍乱细菌霍乱弧菌。

有时，从一个人的排泄物中，您可以制作另一个人的噬菌体鸡尾酒。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN400097/