Das Versprechen der Phagen | Naturbiotechnologie

Unsere heutige Welt hängt von Antibiotika ab, um bakterielle Infektionen zu bekämpfen, aber die Art und Weise, wie wir sie verwenden, hat neue arzneimittelresistente „Superbugs“ hervorgebracht, die sich so entwickelt haben, dass sie gegen die meisten Antibiotika resistent sind. Diese töteten 2019 weltweit mindestens 1,27 Millionen Menschen, nach den US Centers for Disease Control and Prevention.. Außerdem sind Antibiotika nicht spezifisch. Sie zielen auf die Bakterien ab, die die Infektion verursachen, zerstören aber auch die nützlichen Mikroben in unserem Darm, was zu einer verringerten mikrobiellen Vielfalt führt, und es kann Monate oder Jahre dauern, bis nach einer Antibiotikabehandlung ein normaleres Mikrobiom wiederhergestellt ist. Derzeit können wir die meisten dieser resistenten Bakterien noch behandeln, aber das wird nicht immer der Fall sein, daher sind andere Ansätze erforderlich. Eine seit einiger Zeit existierende Alternative sind Phagentherapien.

Obwohl wir seit langem über die Grenzen der derzeitigen Antibiotika Bescheid wissen, wurde wenig unternommen, um neue zu finden oder Alternativen zu untersuchen. Ist gewesen ein Anruf um neue Antibiotika zu entwickeln, aber große Pharmaunternehmen zögern, die frühzeitige Forschung und Entwicklung von Antibiotika zu finanzieren, insbesondere wenn sie nach neuen Wirkstoffklassen suchen, da die Kapitalrendite in diesem Bereich im Allgemeinen niedrig oder sogar negativ ist. Einen neuen Antibiotika-Kandidaten zu finden und auf den Markt zu bringen, kann 8 bis 20 Jahre dauern.

Hier kommen Phagentherapien ins Spiel. Die Phagentherapie, also die Verwendung von Bakteriophagenviren zur Behandlung bakterieller Infektionen, gibt es seit über hundert Jahren. Phagen sind kleine Viren, die bestimmte Bakterienstämme angreifen und töten können, ohne andere Mikrobenarten in unserem Körper zu gefährden. Das Gebiet hat sich kommerziell nur langsam entwickelt, was wahrscheinlich zum großen Teil auf die Wirksamkeit der derzeitigen Antibiotika zurückzuführen ist, aber in letzter Zeit scheint es sich zu entwickeln.

in einem letzten Artikel, Naturbiotechnologie Er sprach über die Biotech-Unternehmen, die in diesen Bereich eintreten. Der Markt für Phagentherapien ist vorausgesagt bis 2030 um 17 % auf etwa 84 Millionen US-Dollar pro Jahr wachsen. Die großen Pharmaunternehmen müssen noch einsteigen, aber das wird sich wahrscheinlich ändern. Warum passiert das jetzt? Wir kennen antibiotikaresistente Bakterien seit Jahrzehnten, und Phagentherapien gibt es schon viel länger. Es scheint eine Kombination aus mehreren Faktoren zu geben.

Erstens und vor allem ist es der wissenschaftlichen Forschung endlich gelungen, etwas Licht auf Phagen zu werfen: wie man sie identifiziert und was sie können. Die Suche nach den richtigen Phagen zur Bekämpfung eines bestimmten Bakteriums kann einige Zeit in Anspruch nehmen. Um einen Phagen zu finden, der ein bestimmtes Bakterium abtöten kann, müssen Sie Phagenbibliotheken testen, um diejenigen mit den stärksten Wechselwirkungen zu finden. Traditionell haben Wissenschaftler mehrere Methoden implementiert, um Phagen mit Bakterien zu paaren: mikrofluidische PCR, PhageFISCHund Versuche wie Stichproben und Agar-Overlay-Assays. Keines davon ist schnell und einfach, obwohl sie sehr genau sind.

Computergestützte Verfahren können Wechselwirkungen identifizieren. Dazu gehören referenzbasierte Methoden, die auf bestehenden Datenbanken viraler Sequenzen basieren. Diese haben jedoch eine geringe Empfindlichkeit und können falsch positive Ergebnisse identifizieren, da viele virale Sequenzen Ähnlichkeiten mit bakteriellen Sequenzen aufweisen. Neue referenzlose Methoden verwenden maschinelle Lernalgorithmen, um diesen Prozess zu erleichtern. Dieser Ansatz ist jetzt nur dank großer Datensätze möglich, mit denen maschinelle Lernalgorithmen trainiert und getestet und letztendlich Phagen- und Bakterienübereinstimmungen identifiziert werden können. Natürlich müssen rechnerische Vorhersagen immer noch validiert werden, und es werden mehr Daten benötigt, um voranzukommen, aber diese Methoden können bereits helfen, indem sie die Suche eingrenzen.

Auch Wissenschaftler arbeiten hart daran gentechnisch veränderte Phagen um spezifische Bakterien durch Modifizierung von Phagenrezeptor-bindenden Proteinen (RBPs) anzugreifen, wodurch die zeitaufwändige Suche nach natürlichen Phagen vermieden wird, die an Bakterien binden. Diversifikation von High-Yield-RBP Strategien wurden entwickelt, um Mutanten mit erweiterten Wirtsbereichen nachzuweisen. Ansätze der synthetischen Biologie können auch verwendet werden, um das Abtöten von Bakterien durch die Verwendung eines gentechnisch veränderten Phagen zu verbessern, der ein antimikrobielles Gen oder Protein enthält. Dies ist ein weiterer Bereich, in dem Fortschritte beim maschinellen Lernen zu einem effizienteren Phagendesign führen werden.

Auch die Herstellung von Phagen muss überprüft werden, um sicherzustellen, dass diese Therapien der Öffentlichkeit zugänglich sind. Im Moment ist die Phagentherapie noch experimentell, wobei jeder Fall eine Zulassung der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) in einer Einweg-Prüfungsanwendung für neue Arzneimittel erfordert. Um Phagentherapien einsetzen zu können, müssen die Fälle lebensbedrohlich sein und durch multiresistente Infektionen verursacht werden. Es gibt etablierte Zentren wie IPATH an der University of California, San Diego, die dabei helfen, diese Phagenbehandlungen den Patienten zugänglich zu machen, und mehrere klinische Studien sind im Gange.

Schließlich hat die COVID-19-Pandemie wahrscheinlich eine Rolle gespielt. In Eins lernen In den Krankenhäusern in den Niederlanden waren bakterielle Sekundärinfektionen selten (1,2 %), aber mehr als 60 % der Patienten erhielten Antibiotika. Der Öffentlichkeit wird immer deutlicher, dass Alternativen erforderlich sind, um die Ausbreitung von Bakterien zu verhindern, die gegen diese Antibiotika resistent sind, die durch übermäßigen Gebrauch entstehen.

Die Herausforderungen bleiben. Die Herstellung und Verbreitung der Phagentherapie in größerem Maßstab ist derzeit nicht möglich. Phagen können sich vermehren, daher muss die Behandlungsdosis für jede klinische Studie sorgfältig abgewogen werden. Es ist wichtig zu beachten, dass die Aufgabe von Bakterien darin besteht, sich weiterzuentwickeln; Sie tun es seit Äonen, und nicht nur als Reaktion auf Antibiotika. Phagenresistenz kann auftreten, obwohl wir auch sehen, dass dies vermieden werden kann, indem Phagenkombinationen verwendet werden, um ein Bakterium anzugreifen, da es unwahrscheinlich ist, dass sich ein Stamm so entwickelt, dass er gegen alle Phagen in einem Cocktail resistent wird. Schließlich sind Phagen nicht nur in den Vereinigten Staaten, sondern auch im Vereinigten Königreich und in der Europäischen Union nicht zugelassene Medikamente. Die FDA stimmt anscheinend zu, aber es gibt keine Richtlinien, um diese Phagen in die Klinik zu bringen.

Phagentherapien werden den allgemeinen Einsatz von Antibiotika wahrscheinlich nicht ersetzen, aber sobald sie sich als weitgehend sicher und klinisch nützlich erwiesen haben, werden sie hoffentlich eine dringend benötigte Ergänzung des Antibiotika-Armamentariums sein.