Po dlhých mesiacoch koronavírusových pandémií slovo vírus nepochybne nerád počuje každý z nás. Vírusy nám však môžu byť aj nápomocné. Tentokrát nebude reč o vírusoch ľudských buniek, ale o vírusoch, ktoré napádajú baktérie.

Áno, možno to znie neuveriteľne, ale aj bunky baktérií, rádovo menšie a oveľa jednoduchšie než tie naše, musia odolávať vírusom. Tieto vírusy sú, samozrejme, iné než tie, čo napádajú ľudské bunky, a súhrne ich označujeme ako „bakteriofágy“ (z gréckeho významu „pojedače baktérií“) alebo tiež iba „fágy“. S vírusmi, ktoré napádajú ľudské bunky, ich spája prakticky len to, čo je spoločné pre všetky vírusy ‒ nevedia sa reprodukovať samy a svoju genetickú informáciu potrebujú prepašovať do hostiteľskej bunky, ktorá následne vyprodukuje množstvo vírusových kópií a nakoniec uhynie. S tým rozdielom, že tá hostiteľská bunka pre fágy nie je ľudská, ale bakteriálna.

Bakteriofágy sú ľuďom známe už viac ako storočie a už od ich prvotného objavu sa hľadali spôsoby, ako ich využiť napríklad na boj s bakteriálnymi infekciami. Keď sa však v tridsiatych rokoch minulého storočia na scéne objavila účinnejšia a ľahšie distribuovateľná alternatíva vo forme antibiotík, výskum klinického použitia bakteriofágov ustúpil do úzadia. Teraz však možno znova nastal jeho čas. Rozprávať sa budeme o štúdii vedenej Eranom Elinavom z izraelského Weizmannovho vedeckého inštitútu, publikovanej minulý mesiac v časopise Cell, v ktorej ukázali cestu k liečeniu zápalových ochorení čriev pomocou fágov cielených na konkrétny druh baktérií.

Skupina Erana Elinava sa dlhodobo venuje štúdiu ľudského mikrobiómu, teda črevnej mikroflóry, a jeho vplyvu na ľudské zdravie. Tak ako v iných oblastiach biológie, aj v tejto bol pokrok v posledných rokoch ovplyvnený dramatickým napredovaním technológie pre sekvenovanie DNA ‒ za posledných 15 rokov klesli náklady na sekvenovanie DNA asi stotisícnásobne. Vďaka tomu sa bežnou metódou výskumu v tomto odbore mohlo stať sekvenovanie vzoriek stolice.

Časť baktérií, ktoré sú prítomné v črevnej mikroflóre, sa prirodzene vylúči spolu s nestrávenými zvyškami potravy. Extrahovanie DNA a jej sekvenovanie následne umožňuje analyzovať, ktoré baktérie a v akom pomere sú zastúpené v črevnej mikroflóre. Skupina Erana Elinava patrí k lídrom v tomto odbore a v posledných rokoch charakterizovala nielen rozdiely v črevnej mikroflóre medzi jednotlivými ľuďmi či v tom istom jedincovi v priebehu času, ale aj závislosť medzi zložením črevnej mikroflóry a optimálnou stravou či fajčením.

V najnovšej štúdii sa zamerala na vplyv baktérií na zápalové ochorenie čriev (IBD). Je to súhrnný názov pre nešpecifické zápalové ochorenia čreva, ktoré sa ďalej klasifikujú na ulcerózne kolitídy a Crohnovu chorobu. Čo spôsobuje tieto ochorenia, nie je úplne známe, čo však majú tieto ochorenia spoločné, je nekontrolovaná reakcia imunitného systému spôsobujúca pretrvávajúce poškodenie tkaniva v čreve. Teraz však pomocou analýzy mikrobiómu 537 jedincov s IBD zo štyroch rôznych krajín a ich porovnaním s mikrobiómom zdravých ľudí boli títo vedci schopní asociovať IBD so zvýšenou prítomnosťou konkrétnych druhov či dokonca kmeňov baktérií, predovšetkým s Klebsiellou pneumonie a istým jej podtypom Kp2.

Asociácia (či korelácia) samozrejme však ešte neznamená príčinnú súvislosť. Na jej overenie vedci použili metódu, ktorá sa v tomto odbore pokladá za zlatý štandard ‒ baktérie, o ktorých sa predpokladá, že spôsobujú určitý jav, sa ústnou cestou podajú tzv. sterilným myšiam, teda takým, ktoré vo svojom čreve nemajú vôbec žiadne baktérie, a pozoruje sa, aké zmeny u myší nastanú. Zo vzoriek stolice pacientov s IBD teda vedci izolovali 598 konkrétnych kmeňov, ktoré klasifikovali na podtypy, a 19 reprezentatívnych kmeňov orálne podali sterilným myšiam. U tých následne pozorovali typické zápalové prejavy IBD, čo indikuje príčinnú súvislosť medzi týmito kmeňmi K. pneumonie a IBD.

Logicky sa preto núkala hypotéza, že nájdenie spôsobu, ako znížiť množstvo týchto konkrétnych kmeňov baktérií, by mohlo viesť k metóde pre liečenie IBD. Jedným zo spôsobov znižovania množstva baktérií je napríklad aj podávanie antibiotík, čo je oblasť aktívneho výskumu liečby IBD. Takáto liečba však zrejme pre svoju nedostatočnú špecifickosť voči konkrétnym baktériám prináša vedľajšie účinky a často vedie k zhoršeniu tzv. rezistencie na antibiotiká ‒ medzi baktériami v čreve sa rozmnožia tie, ktoré dokážu rásť aj v prítomnosti antibiotík.

Preto sa skupina Erana Elinava rozhodla vyskúšať iný prístup ‒ nájsť takého fága alebo fágy, ktoré by dokázali dlhodobo účinkovať proti týmto konkrétnym kmeňom K. pneumonie izolovaným z pacientov. Aby to dosiahli, použili klasickú mikrobiologickú metódu ‒ na Petriho misky s rastúcimi baktériami K. pneumonie naniesli environmentálne vzorky, v tomto prípade z nemocničných odpadových vôd, a z tých miest Petriho misky, kde baktérie uhynuli, odobrali vzorky ‒ každá z nich obsahovala fága, ktorého ďalej namnožili a charakterizovali. Takto sa im podarilo izolovať 41 prirodzene sa vyskytujúcich fágov napádajúcich kmene K. pneumonie, ktoré sa vyskytujú u pacientov s IBD. Z nich potom vybrali a namiešali zmes fágov tak, aby zabíjali klinické vzorky K. pneumonie čo najefektívnejšie.

Ešte stále bolo možné, že zápal v čreve síce K. pneumonie vyvolávajú, resp. spoluvyvolávajú, ale v momente, keď zápal beží, ich prítomnosť už nie je potrebná, a teda ich odstránenie zápalové prejavy nepotlačí. Aby túto možnosť vylúčili, vedci sa znova obrátili k experimentom na sterilných myšiach, ktorým, tak ako predtým, najprv vyvolali zápal čreva aplikáciou klinických izolátov K. pneumonie. Následne im podali získanú kombináciu fágov a pozorovali, že zápal v čreve boli schopné úspešne potlačiť.

Na záver ešte treba dodať, že súčasťou publikovanej štúdie boli aj prvé klinické testy, ktoré síce zatiaľ neskúmali účinnosť u pacientov s IBD, ale potvrdili absenciu zásadných vedľajších účinkov pri podaní tejto fágovej terapie ľuďom, ako aj schopnosť fágov prežiť orálne podanie a dostať sa do čreva v potrebnom množstve. Fágová terapia zápalových ochorení čriev teda vyzerá viac než sľubne.

Autor je výskumník v oblasti systémovej biológie.