Бактериофаги (фаги) (от греч. phagos – «пожирать») – вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки. Чаще всего они начинают размножаться внутри бактерий, вызывая таким образом их разрушение. Одной из областей применения бактериофагов является антибактериальная терапия, альтернативная приему антибиотиков. Например, применяются бактериофаги: стрептококковый, стафилококковый, клебсиеллезный, дизентерийный поливалентный, пиобактериофаг, коли, протейный и колипротейный и др. Бактериофаги используются также в генной инженерии в качестве векторов, переносящих участки ДНК, возможна также естественная передача генов между бактериями посредством некоторых фагов (трансдукция).

История открытия бактериофагов. Бактериофаги были открыты независимо Ф. Твортом совместно с А. Лондом и Ф. д`Эрелем как фильтрующиеся передающиеся агенты разрушения бактериальных клеток. Первоначально полагалось, что они являются ключом к контролю над бактериальными инфекциями, однако ранние исследования оказались в основном несостоятельными. Были выделены бактериофаги, способные инфицировать большинство прокариотических групп организмов; и они легко выделяются из почвы, воды, канализационных стоков и, как и можно того ожидать, из большинства сред, колонизированных бактериями. В 1940–1950 гг. исследовательские работы по изучению структуры и физиологии взаимодействий хозяин – фаг, проведенные Г. Делбрюком, С. Луриа, А. Дерманомм, Р. Херши, И. Лвоффом и другими, заложили основание для развития молекулярной биологии, которая, в свою очередь, стала фундаментом для целого ряда новых ветвей индустрии, основанных на биотехнологии. Бактериофаги, как и другие вирусы, несут свою генетическую информацию в форме ДНК либо РНК. Большинство бактериофагов имеют хвостики, кончики которых прикреплены к конкретным рецепторам, таким как молекулы углеводов, белков и липополисахаридов на поверхности бактерии-хозяина. Бактериофаг впрыскивает свою нуклеиновую кислоту в хозяина, где он использует генетический механизм хозяина, чтобы реплицировать свой генетический материал, и считывает его, чтобы сформировать новый фагокапсульный материал для создания частичек нового фага. Число фагов, произведенных в течение единичного цикла инфекции (размер выхода), варьирует между 50 и 200 новыми фаговыми частицами. Сопротивляемость бактериофагу может развиться за счет потери или изменений в молекулах рецептора на поверхности клетки-хозяина. Бактерии также имеют особые механизмы, защищающие их от вторжения инородной ДНК. ДНК-хозяин модифицируется путем метилирования на определенных точках последовательности ДНК; это создает защиту от разложения хозяин-специфичными рестрикционными эндонуклеазами. Бактериофаги разделяются на 2 группы: вирулентные и умеренные. Вирулентные фаги вызывают литическую инфекцию, приводящую к разрушению клеток-хозяев и производящую чистые пятна (бляшки) на колониях восприимчивых бактерий. Умеренные фаги интегрируют свою ДНК посредством бактериихозяина, вырабатывая лизогеническую инфекцию, и геном фага передается всем дочерним клеткам при клеточном делении.

Развитие бактериофаговой терапии. Бактериофаговая терапия (применение бактериальных вирусов для лечения бактериальных инфекций) была проблемой, весьма интересующей ученых 60 лет назад в их борьбе с бактериальными инфекциями. Открытие пенициллина и других антибиотиков в 1940-х гг. обеспечило более результативный и многосторонний подход к подавлению вирусных заболеваний и спровоцировало к закрытию работ в данной области. В Восточной Европе тем не менее исследования продолжали осуществляться и формировались некоторые способы борьбы против вирусов с использованием бактериофагов. Энтеральные и гнойно-септические заболевания, инициированные условно-патогенными возбудителями, в том числе хирургические инфекции, инфекционные заболевания детей первого года жизни, заболевания уха, горла, носа, легких и плевры; хронические клебсиеллезы верхних дыхательных путей – озена и склерома; урогенитальная патология, гастроэнтероколиты, все труднее поддаются традиционной антибактериальной терапии. Летальный исход при перечисленных инфекциях достигает 30–60 %. Фактором неэффективности терапии является высокая частота устойчивости возбудителей к антибиотикам и химиотерапевтическим препаратам, достигающая 39,9-96,9 %, а также подавление иммунитета как воздействие этих препаратов на организм больного, реакции токсического свойства и аллергического характера с побочными действиями, проявляющиеся в расстройствах кишечника на фоне дисбактериоза, и аналогичное расстройство верхних дыхательных путей при терапии склеромы и озены. В особенности актуальна проблема дисбактериоза кишечника у детей раннего возраста. Отдаленные результаты такого лечения у детей – иммунодепрессия, хронические септические состояния, нарушения питания, недостатки развития. Клинические исследования показали, что использование бактериофагов для обработки поверхностей помещений и отдельных объектов, например туалетов, предупреждает передачу инфекций, вызываемых Escherichia coli, у детей и взрослых. В ветеринарии доказано, что эшерихиоз у телят можно предупредить, если сбрызгивать помет в телячьих загонах водными суспензиями бактериофагов. В то время как на фазе ранних исследований был показан довольно существенный успех, фаготерапии не получилось стать общеустановленной практикой. Это было объяснено неспособностью селектировать высоковирулентные фаги, а также выбором фагов с чрезмерно узкой штамм-специфичностью. Прочие моменты содержали в себе появление фагорезистентных штаммов, нейтрализацию или вывод фагов защитными функциями иммунной системы и отслоение эндотоксинов вследствие обширного массивного бактериального разрушения клеток. Потенциальная возможность фагоопосредованной горизонтальной трансляции токсинных генов также является причиной, которая может ограничивать их использование для лечения отдельных конкретных инфекций. По предоставленным данным М. Слопеса (1983 и 1984 гг.), использование препаратов бактериофагов при инфекционных болезнях пищеварительной системы, воспалительно– гнойных изменениях кожных покровов, кровеносной системы, дыхательной системы, опорно-двигательного аппарата, мочеполовой системы (более 180 нозологических единиц заболеваний, вызванных бактериями Klebsiella, Escherichiae, Proteus, Pseudomonas, Staphylococcus, Streptococcus, Serratia, Enterobacter) показало, что препараты бактериофагов оказывают должный эффект в 78,3-93,6 % случаев и часто являются единственным эффективным лечебным средством. В течение 2 последних десятилетий проходили некоторые экспериментальные изучения для того, чтобы подвергнуть переоценке использование терапевтических методик, основанных на использовании бактериофагов, для лечения инфекционных болезней людей и животных. Недавно результаты этих исследований были пересмотрены. Д. Смит и соратники опубликовали результаты серии опытов по лечению системных инфекций E. Coli у грызунов и расстройства кишечника в виде диареи у телят. Доказано, что как профилактика, так и лечение, возможны, если использовать фаговые титры намного более низкие, чем число целевых организмов, что является индикацией размножения бактериофагов in vivo. Они показали, что введение внутримышечно 106 единиц E. Coli приводило к смерти 10 опытных мышей, тогда как одновременная инъекция в другую лапку 104 фагов, выбранных против К1 капсул-антигена, давала полную защиту. Бактериофаговая терапия по соотнесению с антибиотикотерапией обладает рядом преимуществ. Например, она эффективна против лекарственно-устойчивых организмов и может использоваться в качестве альтернативной терапии пациентов, имеющих аллергии к антибиотикам. Она может использоваться профилактически с целью борьбы с распространением инфекционного заболевания там, где источник идентифицирован на ранней стадии, или там, где вспышки случаются внутри сравнительно закрытых организаций, таких как школы или дома престарелых. Бактериофаги обладают высокой специфичностью по отношению к целевым организмам и никак не влияют на организмы, не являющиеся объектами атаки. Они являются самокопирующимися и самолимитирующимися; когда организм-мишень наличествует, они самовоспроизводятся до тех пор, пока все бактерии-цели не будут заражены и уничтожены. Бактериофаги мутируют естественным образом, чтобы бороться с резистентными мутациями хозяина; кроме того, их можно подвергнуть преднамеренной мутации в лаборатории. В России и странах СНГ препараты бактериофагов применяются для лечения гнойно-септических и энтеральных заболеваний разнообразной локализации, возбужденных условно-патогенными бактериями родов Escherichia, Proteus, Pseudomonas, Enterobacter, Staphylococcus, Streptococcus, служат заменителями антибиотиков. Они не уступают и даже превосходят последние по эффективности, не вызывая побочных токсических и аллергических реакций и не имея противопоказаний к применению. Препараты бактериофагов эффективны при лечении болезней, вызванных антибиотикоустойчивыми штаммами микроорганизмов, в частности при лечении паратонзиллярных гнойников, воспалений пазух носа, а также гнойно-септических инфекций, реанимационных больных, хирургических заболеваний, циститов, пиелонефритов, холециститов, гастроэнтероколитов, парапроктитов, дисбактериоза кишечника, воспалительных заболеваний и сепсиса новорожденных. При обширно распространенном формировании стабильности к антибиотикам у патогенных бактерий, необходимость в новых антибиотиках и альтернативных технологиях контроля за микробными инфекциями завоевывает все большую значимость. Бактериофагам, вероятно, еще предстоит исполнить свою роль в лечении инфекционных заболеваний как при их независимом применении, так и в сочетании с антибиотикотерапией.