Bakteriofagi w akcji. Terapia sprzed 100 lat pomoże w walce z superbakteriami

Bakteriofagi (lub po prostu fagi) to dosłownie pożeracze bakterii. W rzeczywistości jednak mechanizm działania tych wirusów jest nieco inny. Infekują one bakterie, przyczepiając się do powierzchni ich komórek niczym platforma wiertnicza i wstrzykując do nich swój genom. Bakteria traci zdolność do prawidłowego funkcjonowania i namnażania. Zamiast tego reprodukują się kolejne fagi. Te rozmnażają się in vivo - wewnątrz komórek żywego organizmu. Jest ich w przyrodzie bardzo wiele i często są bardzo selektywne, atakując tylko wybrane szczepy bakterii.

O możliwości atakowania bakterii przez nieznaną siłę spekulowano jeszcze w XIX wieku. Angielski bakteriolog Ernest Hanbury Hankin zauważył w 1896 roku, że coś w rzekach Ganges i Jamuna w Indiach działa antybakteryjnie przeciwko bakteriom wywołującym cholerę oraz jednocześnie przechodzi przez filtr Chamberlanda.

Odkrycie bakteriofagów w roku 1915 przez brytyjskiego bakteriologa Fredericka Tworta i następnie niezależnie w 1917 roku przez francuskiego mikrobiologa Félixa d'Hérelle'a pozwoliło wyjaśnić ten fenomen i niedługo później, w latach 20. XX wieku, zacząć go wykorzystywać w leczeniu infekcji bakteryjnych.

Terapia fagowa była rozwijana przez kolejne dekady, a w latach 40. XX w. doczekała się komercjalizacji. Jednak już wtedy rosła popularność antybiotyków. Przełomem było odkrycie penicyliny G przez szkockiego bakteriologa i lekarza Alexandra Fleminga w 1928 roku, a następnie jej oczyszczenie w 1942 i wykorzystanie do leczenia żołnierzy walczących w II wojnie światowej, chorych m.in. na czerwonkę i gangrenę. Był to pierwszy odkryty antybiotyk.

Antybiotyki wypierały stopniowo terapię fagową, jednak wskutek ewolucji bakterii i rosnącej antybiotykooporności zainteresowanie tą metodą powróciło w 2. połowie XX wieku i trwa do tej pory. Za odkrycia związane z bakteriofagami dwukrotnie zostały przyznane nagrody Nobla - w 1969 r. za odkrycie replikacji wirusów i ich struktury genetycznej oraz w 2018 r. za zastosowanie metody prezentacji fagowej do peptydów i przeciwciał. Dziś fagoterapia okazuje się niezwykle obiecująca w walce z nowym zagrożeniem - superbakteriami, czyli szczepami bakterii odpornymi na wiele rodzajów antybiotyków.

Antybiotykooporność bakterii staje się dużym problemem, ponieważ coraz trudniej zwalczać je lekami. Skuteczna okazuje się natomiast terapia fagowa - w tym także wymierzona w superbakterie. Te jednak się bronią. Międzynarodowy zespół mikrobiologów i chemików opublikował na ten temat artykuł naukowy w "Cell Reports", w którym opisuje odkrycie nowego mechanizmu w działaniu bakterii, takich jak Bacillus subtilis, oraz tego, jak wirusy sobie z nim (nie) radzą.

Ważną rolę odgrywa w nim zawarte w wielu bakteriach białko YjbH. Ma ono ograniczać szkody wywołane przez wstrzyknięcie genomu przez wirusa, odgradzając zainfekowany obszar, do którego przyczepiony jest bakteriofag, a następnie dzieląc komórkę, by ten obszar wydalić i przetrwać. To jak amputacja zakażonej kończyny. Naukowcy po raz pierwszy zaobserwowali ten mechanizm. Wcześniej sądzono, że są do tego zdolne jedynie bardziej złożone, wielokomórkowe organizmy.

Kryzys antybiotykowy, ewolucja superbakterii i mechanizm odcinania zainfekowanych przez DNA faga części komórki przez bakterie to nie jedyne problemy. Z wirusami pożerającymi bakterie walczą nie tylko one same, ale często także organizmy ludzi. Jak wykazali naukowcy pod koniec 2024 r., skuteczność terapii fagowej jest ograniczona przez to, że układ odpornościowy człowieka postrzega bakteriofagi jako zagrożenie i stara się je usunąć.

Superbakterie to wyjątkowo odporne na leczenie szczepy bakteryjne. Wyewoluowały one m.in. wskutek nadużywania antybiotyków przez ostatnie stulecie. Łatwo się one przenoszą i atakują nawet w szpitalach. W walce z nimi mogą okazać się skuteczne nowe rodzaje antybiotyków i właśnie terapia fagowa.

"Mamy nadzieję, że dzięki reaktywacji terapii fagowej możemy przyczynić się do [rozwoju] nieantybiotykowego leczenia infekcji" - przekonuje współodkrywca mechanizmu wykorzystującego YjbH, Debnath Ghosal z University of Melbourne. "Biorąc pod uwagę pojawianie się tak wielu antybiotykoopornych infekcji, po 100 latach przyszedł czas na zrewidowanie korzyści z terapii fagowej".

Źródła:

• Fiyaksel OP, Dalvi SP, Zhou B, Ravins M, Shraiteh B, Bhattacharya S, Kirillov S, Kaur P, Rosenshine I, Ghosal D, Ben-Yehuda S. A bacterial host factor confines phage localization for excluding the infected compartment through cell division. Cell Rep. 2025 Jul 22;44(7):115994. doi: 10.1016/j.celrep.2025.115994. Epub 2025 Jul 9. PMID: 40644298.
• Eun Chae Moon et al., Physiological cost of antibiotic resistance: Insights from a ribosome variant in bacteria. Sci. Adv. 10, eadq5249 (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adq5249
• David Nield, Century-Old Viral Therapy Could Help Us Out of an Impending Superbug Crisis, Science Alert (2025).