فاژ به عنوان ابزاری برای مقابله با مقاومت آنتی بیوتیکی

نام من جسیکا فورسایت است، من یک تکنسین تحقیق در تکامل باکتری ها در دانشگاه منچستر، انگلستان هستم. این کار در زمان من به عنوان کارشناسی ارشد توسط دانشجوی پژوهشی در دانشگاه اکستر، انگلستان و تحت نظارت پروفسور بن ریموند و پروفسور استینکه ون هوت انجام شد. استینکه یک زیست شناس فاژ است در حالی که بن یک زیست شناس تکاملی با تمرکز بر مشکلات کاربردی از جمله مقاومت آنتی بیوتیکی است. این کار با علاقه به توسعه ابزارهای جدید برای کاهش شیوع باکتری های مقاوم به آنتی بیوتیک انجام شد. رویکرد اصلی در بسیاری از کشورها کاهش سطح تجویز آنتی‌بیوتیک و سپس فرض این است که باکتری‌های حساس به آنتی‌بیوتیک شانس بهتری برای رقابت و جایگزینی ژنوتیپ‌های مقاوم خواهند داشت. با این حال، دلایل زیادی وجود دارد که چرا یک رویکرد مستقیم تر، که هدف آن حذف فعال باکتری های مقاوم به دارو از افراد است، می تواند مفید باشد. دکلونیزاسیون فعال می تواند خطر عفونت پیچیده پس از تجویز آنتی بیوتیک را کاهش دهد، اما از گذشته برای پاکسازی باکتری های خطرناک قبل از عمل هایی مانند جراحی روده استفاده می شده است.

ما به ویژه به استعمار زدایی هدفمند مضرترین انواع باکتری ها، یعنی سویه های مقاوم به چند دارو (MDR) علاقه مند بودیم. تمرکز تحقیق من بررسی استفاده از باکتریوفاژهای خاص دودمان در کلون زدایی هدفمند E بود. coli نوع توالی (ST) 131.

بیماریزای خارج روده ای E. coli (ExPEC) در بحران آنتی بیوتیکی اهمیت غیرقابل انکاری دارند. اگرچه ExPEC قادر است بدون علامت دستگاه گوارش را برای دوره های زمانی طولانی کلونیزه کند، اما می تواند با دسترسی به حفره های خارج از روده، مانند دستگاه ادراری یا جریان خون، عفونت ایجاد کند. عفونت های ناشی از ExPEC به دلیل ظهور مقاومت به آنتی بیوتیک های خط اول و آخرین راه حل مانند فلوروکینولون ها و سفالوسپورین های نسل سوم، به طور فزاینده ای برای درمان چالش برانگیز می شوند. سویه‌های ExPEC عامل اصلی عفونت‌های خارج روده‌ای انسان در سطح جهان هستند، اما تنها زیرمجموعه کوچکی از دودمان ExPEC، مانند ST131، مقصر اکثریت قریب به اتفاق عفونت‌ها هستند. حذف هدفمند چنین سویه هایی ممکن است فرصتی را برای ما فراهم کند تا به کاهش قابل توجهی در شیوع عفونت های MDR ExPEC در سراسر جهان دست یابیم. ما علاقه مند بودیم که چگونه می توان بدون استفاده از آنتی بیوتیک های بیشتر به این امر دست یافت.

تحقیق ما بر آن شد تا بررسی کند که آیا کاربرد همزمان فاژ و پروبیوتیک ممکن است یک استراتژی مداخله ای قدرتمند و جدید برای ریشه کنی MDR E ارائه دهد. coli از دستگاه گوارشی که مشخص است باقی می ماند. باکتریوفاژها (فاژها) ویروس هایی هستند که به طور طبیعی وجود دارند که باکتری ها را آلوده کرده و از بین می برند. برخلاف آنتی‌بیوتیک‌ها، فاژها باکتری‌ها را بی‌مورد از بین نمی‌برند و فقط سویه مورد نظر را هدف قرار می‌دهند، به این معنی که اختلال در میکروبیوتای روده بسیار کم است. پروبیوتیک‌ها به عنوان باکتری‌های زنده‌ای تعریف می‌شوند که وقتی به مقدار کافی تجویز شوند، برای میزبان مفید هستند. یکی از سویه های پروبیوتیکی که بیشتر مورد مطالعه قرار گرفته است E است. coli Nissle 1917 که با نام تجاری “Mutaflor” نیز شناخته می شود.

فاژها و پروبیوتیک‌ها به تنهایی عوامل درمانی امیدوارکننده‌ای هستند، اما هر دو دارای معایبی هستند، از جمله ایجاد مقاومت به فاژ. استراتژی منحصر به فرد ما با هدف ترکیب فشار انتخاب تحمیل شده توسط شکار فاژ با فشار رقابت اکولوژیکی ناشی از معرفی یک پروبیوتیک (E. coli Nissle) برای کاهش فرکانس سویه های MDR در روده. مزایای این رویکرد دو لایه از طریق فعل و انفعالات مثبتی که بین فاژ و پروبیوتیک وجود دارد به دست می آید. اگرچه تکامل مقاومت به فاژ تقریباً اجتناب‌ناپذیر است، اما احتمالاً منجر به معاوضه‌های تناسب اندام پلیوتروپیک می‌شود که ممکن است تأثیر منفی بر کلونیزاسیون باکتری‌ها، رشد، تداوم، حدت و تشخیص توسط سیستم ایمنی میزبان داشته باشد. چنین مبادلاتی ظرفیت سویه پروبیوتیک را برای پیشی گرفتن موثر از آن و بهبود کارایی این استراتژی افزایش می دهد. استراتژی‌ای که بر تکامل مقاومت در مقابل بی‌حرکت شدن توسط آن سرمایه‌گذاری می‌کند، بدون شک جذاب است، اما اجرای بالینی آن به شدت به تأیید تجربی این هزینه‌های تناسب اندام و تعاملات وابسته به فرکانس در بدن متکی است.

ما نشان دادیم که افزودن فاژ قادر به شکستن مزیت وابسته به فرکانس یک ایزوله ST131 عددی غالب است. علاوه بر این، اضافه شدن E رقیب. coli Nissle می‌تواند توانایی فاژ برای سرکوب ST131 را با دو مرتبه قدر بهبود بخشد. مقاومت فاژی کم هزینه به آسانی در این آزمایشات تکامل یافت و با حضور یک رقیب پروبیوتیک مهار نشد. با این وجود، ترکیب فاژ و پروبیوتیک باعث سرکوب طولانی مدت ST131 در انتقالات متعدد و تحت شرایط رشد هوازی و بی هوازی شد. بنابراین ترکیب فاژ و پروبیوتیک پتانسیل واقعی برای تسریع حذف اهداف همسانی مقاوم به دارو دارند. با توجه به اینکه افزایش جهانی عفونت های MDR به E نسبت داده می شود. coli ST131 بطور جدایی ناپذیری با اپیدمی کلونیزاسیون روده ای نامرئی و خاموش ST131 در جامعه مرتبط است، توسعه استراتژی های مداخله ای مانند استراتژی ما که برای هدف قرار دادن مخزن روده کلون های MDR طراحی شده است بسیار زیاد است. اهمیت. حذف این اهداف مشترک نه تنها فرصت ایجاد عفونت های بالادستی و مهم بالینی مانند UTI و باکتریمی را کاهش می دهد، بلکه ممکن است گسترش محیطی و نرخ انتقال فرد به فرد را در جوامع و همچنین پتانسیل کاهش دهد. برای انتقال افقی ژن های مقاومت به اعضای غیر بیماری زا جامعه روده. 

داده های ارائه شده در این مقاله توسط من، لوسی اسکات و ناتالی ال بارون جمع آوری شده است. تمام آزمایش ها با استفاده از فاژهای مشابهی که از فاضلاب و مدفوع خوک جدا شده بودند انجام شد. با این حال، در دوره کارشناسی ارشد من، ما تصمیم گرفتیم مجموعه فاژهای خود را که قادر به آلوده کردن E. coli ST131 هستند، گسترش دهیم. برای انجام این کار، چندین مکان از جمله فاضلاب بالینی، زباله های کشاورزی، فاضلاب جامعه و لجن فعال را نمونه برداری کردم. ما تجزیه و تحلیلی را روی این پانل فاژ انجام دادیم تا ببینیم آیا می‌توانیم عواملی را شناسایی کنیم که در جداسازی آنهایی که دارای دامنه میزبان وسیع‌تری هستند، یعنی می‌توانند طیف وسیع‌تری از جدایه‌هایی را که به آنها آلوده می‌کنند، آلوده کنند. ما همچنین زیر مجموعه ای از این فاژهای جدا شده را از طریق توالی یابی کل ژنوم مشخص کرده ایم. هدف از این کار کمک به توسعه یک چارچوب نمونه برداری است که توانایی به دست آوردن فاژ دارای بیشترین پتانسیل درمانی از محیط را بهبود می بخشد و ما امیدواریم که این کار مرتبط در آینده نزدیک منتشر شود.