Gdy kilkanaście lat temu broniłam swojej rozprawy doktorskiej o panoszących się w polskich szpitalach i opornych na wszystkie antybiotyki enterokokach, na publicznej obronie w Warszawie pojawił się wysłannik z Wrocławia. Taki dodatkowy, poza moimi rodzicami, bo ja też stamtąd. Reprezentował Instytut Immunologii i Terapii Doświadczalnej PAN im. Hirszfelda, a przyjechał, bo kilka dni wcześniej na łamach jednej z wiodących gazet pojawił się mój tekst popularyzatorski o bakteriach opornych na wszystko. Świadomie nie napisałam w nim, że jakimś wyjściem z beznadziejnej sytuacji kryzysu antybiotykoterapii (od tamtego czasu jest w tej sprawie tylko gorzej) mogłaby się okazać fagoterapia. Gość więc chciał mnie wypytać, dlaczego ją pomijam jako rozwiązanie globalnego problemu. Cóż…

Zanim opowiem, o co chodzi i dlaczego świadomie to wtedy pominęłam w doktoracie i artykule, może wyjaśnię najpierw, co to takiego fag.

Otóż bakterie są lepkie i malutkie, jednak istnieje coś tak z dziesięć do stu razy od nich mniejszego i równie lepkiego – wirusy. Każdy chyba żywy organizm na Ziemi ma właściwego sobie wirusa, który jest jego wrogiem – pasożytem. I jak to pasożyt: może wykańczać długo i osłabiać regularnie, może też szybko zabić.

Pożyteczny pasożyt

Wirusy nie są zbudowane z komórek. To w najprostszym przypadku kawałki kwasu nukleinowego – czasem nagie, czasem osłonięte białkowym wielościennym kapsydem (takim płaszczem), czasem jeszcze dodatkowo błoną białkowo-lipidową. Wirusy nie są żywe, bo nie mają własnej przemiany materii. Całe swe „życie”, także tworzenie własnej struktury, zawdzięczają komórce, którą potrafią zaatakować i w której następnie pasożytują. Aby „żyć” – czyli w ich przypadku wytworzyć potomne cząsteczki wirusa – muszą wejść do wnętrza jakiejś komórki i dzięki własnemu materiałowi genetycznemu przeprogramować działanie jej materiału genetycznego. Chodzi im o to, żeby komórka ta zamiast robić co do niej należy (np. jako nabłonek chronić organizm, czy jako mięsień pozwalać mu się poruszać), zaczęła się zajmować wyłącznie produkcją potomnych cząsteczek wirusa. Aż ją to zabije.

A skoro każda komórka na świecie ma swojego wirusa, którego się boi, dlaczegóż nie ma go mieć komórka bakteryjna? Wirusy atakujące bakterie nazywamy właśnie bakteriofagami, czy w skrócie – fagami.

Zasadniczo są one w stanie zrobić dwie rzeczy. Albo włączyć swój materiał genetyczny w DNA bakterii, co może być trwałe i dzieci tej bakterii też będą w sobie niosły taką fagową wstawkę (stan ten nazywamy lizogenią). Albo wejść, przestawić metabolizm bakterii na namnażanie faga, po czym, gdy jego cząsteczki wypełnią szczelnie komórkę bakteryjną, rozwalić ją. Pękając niczym balonik, uwalnia ona potomne cząstki wirusa (to nazywa się liza). Wiele fagów jest zdolnych do zrealizowania w swoim „życiu” każdej z tych opcji. Której – zależy od sytuacji bakterii, jej dobrostanu przez zakażeniem fagowym, jej zdolności obronnych etc.

Bakteria bowiem nie jest wobec własnych wirusów bezbronna, ma kilka systemów „immunologicznych”. W jednym z nim bakteria zapamiętuje w swoim DNA wirusy, które ja uprzednio zaatakowały i które zwalczyła, niczym my po szczepieniu. Zgodnie z maksymą Friedricha Nietzschego: „co cię nie zabije, to cię wzmocni”. Co więcej, gdy jakiś fag wbuduje swój DNA w DNA bakterii, ona też staje się odporna na pojawienie się kolejnego wirusa tego samego typu. I wreszcie, bakteria niczym torba potrafi się naładować fagami różnych typów, z których każdy potencjalnie, w konkretnych warunkach (np. gdy zaczniemy bakterię naświetlać promieniowaniem UV), może ją zabić.

Co jest w tym wszystkim najważniejsze? Że potencjalnie wirusy, jako zdolne do ewolucji, czyli zmian genetycznych, teoretycznie znacznie lepiej od jakichkolwiek antybiotyków mogą zwalczać bakterie.

Bo gdy bakteria – na drodze mutacji w DNA lub nabycia „w spadku” całego, gotowego już genu warunkującego oporność na antybiotyk – zacznie sobie kpić z jego obecności, to antybiotyk nie jest w stanie nic na to począć. Po prostu przestaje działać. A gdy bakteria uodporni się na działanie wirusa – ta jedna, konkretna, bo nastąpiła w niej jakaś mutacja – to owszem, ona przekaże tę mutację swojemu potomstwu. Ale jej koleżanka wyhoduje obok milion cząsteczek faga, a wśród nich potencjalnie mutanta, który będzie zdolny poradzić sobie z bakterią uodpornioną na faga sprzed mutacji.

Co to oznacza? Że lek ewoluuje wraz z selekcją, którą powoduje choroba zakaźna. I że leku w trakcie terapii przybywa w postępie geometrycznym. Bo z jednej cząsteczki wirusa atakującej komórkę bakteryjną skutecznie, powstają tysiące cząsteczek potomnych. Nie ma innych tego typu leków, nie tylko przeciwbakteryjnych. Żadnych.

Pożeracz jako terapia zindywidualizowana

Samo odkrycie fagów zawdzięczamy właśnie temu, że potrafią zabić bakterie. Ich wielkość bowiem wyklucza zobaczenie ich pod mikroskopem świetlnym. Niezbędny jest elektronowy. Félix d’Hérelle, Kanadyjczyk pracujący w Instytucie Pasteura w Paryżu, 3 września 1917 roku odkrył „niewidzialnego mikroba antagonistycznego do pałeczki dyzenterii”[1]. „Wirusa pasożytującego na bakteriach”, a dokładnie rozszyfrowując nazwę: „zjadającego bakterię” (z gr. phagein – pożreć), znamy zatem od ponad wieku, choć wtedy ani jeszcze długo później nie dało się go zobaczyć. Co więcej, to właśnie ów uczony z Quebecu wprowadził fagi do terapii ludzi cierpiących na wojenną dyzenterię. Wprowadził z wielkim sukcesem.

Hodował on fagi w kolbie pożywki tak pełnej bakterii, że aż mętnej, do chwili, gdy się przejaśni i zgęstnieje – czyli gdy fagi zlizują bakterie – po czym filtrował i podawał uzyskaną materię chorym. Trudno to nazwać lekiem o zdefiniowanym składzie, czyż nie? I niestety do dziś to jest największy problem fagoterapii. Owa metoda leczenia oparta o prostą konstatację, że wróg mojego wroga jest moim przyjacielem, wymaga od nas akceptacji „crude and dirty”, czyli „surowego i brudnego”. A my przywykliśmy, już od ponad 100 lat, że leki muszą być czyste, że musimy wiedzieć, co tam jest i ile tego jest, i że pod daną nazwą musi być zawsze idealnie to samo[2].

Są przy tym dwie konsekwencje tego, jak działają fagi, jak się bakterie przed nimi bronią i że ta walka odbywa się bezpośrednio w ludzkim organizmie, który cierpi na poważne zakażenie. Pierwsza jest pozytywna: to jest, jakże dziś upragniona, terapia zindywidualizowana. Bo żeby wyleczyć chorego, trzeba tę trapiącą go bakterię od niego pobrać i właśnie na niej przetestować kilka/-naście/-dziesiąt/-set fagów, sprawdzając, który zabija ją najskuteczniej. Potem, z zachowaniem jak najwyższej staranności i sterylności, trzeba z tego miksu bakteria-fag uzyskać preparat bakteriofaga w ampułce, schłodzony i gotowy do podania. Na ogół doustnego, bo fagi przenikają z przewodu pokarmowego do krwi i narządów wewnętrznych nawet, gdy podane są w dość niewielkich dawkach. Przecież – jeśli spotkają na swej drodze bakterie wrażliwe, to się w nich namnożą w postępie geometrycznym.

Potem zaś, jak już zabiją wszystkie wrażliwe bakterie, fagi zostaną z naszego organizmu wydalone, bo w praktyce nie są w stanie wniknąć do komórek eukariotycznych, czyli naszych, zwierzęcych lub roślinnych. Zabijają zaś maksymalnie selektywnie – co do zasady zatem, w przeciwieństwie do antybiotykoterapii, fagoterapia nie będzie dewastować nam mikrobiomu, którego rola dla naszego zdrowia jest przemożna. Według doświadczeń Ośrodka Terapii Fagowej Instytutu Hirszfelda we Wrocławiu, fagoterapia jest skuteczna na poziomie 90 proc. w przypadku zakażeń bakteryjnych ośrodkowego układu nerwowego, kości i szpiku, układu moczowego i ucha środkowego, a nieźle radzi sobie także z przewlekłymi zakażeniami skóry. Zatem i ze schorzeniami o przebiegu piorunującym i nawracającym. Za każdym razem terapia ta wymaga jednak od nowa intensywnej pracy naukowców dla jednego konkretnego pacjenta.

Wrocławski eksperyment

Drugą konsekwencją jest ta, że jest to nadal – i będzie jeszcze długo – terapia eksperymentalna. Skoro zatem wymieniłam wszystkie „plusy dodatnie”, teraz czas na ujemne. Po pierwsze – bakteriofagi wyizolowane z naturalnych źródeł są woreczkami wypchanymi pewnymi genami, porwanymi z jednych bakterii i rozprzestrzenianymi w innych. Wśród owych genów znajdują się i takie, które kodują bakteryjne toksyny i geny oporności na antybiotyki. Ergo, jeśli zastosujemy je takimi, jakimi są, narażamy pacjenta na to, że zakażająca go bakteria, zamiast polec w boju z fagiem, jeszcze się uzjadliwi lub uodporni na jakiś kolejny antybiotyk, jakby mało było tych, na które jest już oporna. No i to nie jest tak, że ten konkretny fag działa tylko na tę jedną bakterię. Jej bliskie kuzynki z naszych jelit mogą się nagle, za pomocą kontaktu z owym fagiem, stać zjadliwymi i opornymi na leki potworami.

Po drugie, fagi potrafią działać na bakterie dość piorunująco. Wyobraźmy sobie, że mamy jakieś zakażenie bakterią posiadającą gen tzw. endotoksyny. Czyli jakiegoś białka/peptydu, który jest dla nas groźny, o ile wydostanie się z komórki bakteryjnej. I teraz powiedzmy mamy tych bakterii 1000 na mililitr płynów ustrojowych. Podajemy faga i on je wszystkie dość gwałtownie rozwala. I ta endotoksyna się uwalnia niestety. Dramat i zapaść może nastąpić.

Okazuje się zatem, że fagoterapia (jeszcze bardziej niż antybiotykoterapia, gdzie w tzw. pierwszym rzucie niestety walczymy na ogół w zasadzie bez diagnostyki mikrobiologicznej, podając ten lek, który statystycznie działa) wymaga dogłębnego poznania tej konkretnej bakterii, z którą mamy do czynienia w zakażeniu. Gdy nie ma na to czasu, metod etc., pozostaje koktajl z fagów. Różnych, a może któryś się wstrzeli. Trochę to jest tak, jak podać choremu garść pigułek, z nadzieją, że żadna mu nie zaszkodzi, a któraś pomoże. Współczesna medycyna, poza sytuacjami krańcowymi, raczej nie idzie na takie eksperymenty [3]. Co więcej, terapia może wymagać zastosowania inżynierii genetycznej wobec konkretnego faga terapeutycznego, która powycina te toksyny i oporności, aby spełnić podstawowy hipokratejski postulat i po pierwsze – nie szkodzić.

Nawet najdoskonalsza technologia selekcji, filtracji itp. nie pozwoli jednak usunąć immanentnej „skazy” fagoterapii. Bo to, co jest w niej najważniejsze i najgenialniejsze – czyli właśnie fakt, że wirusy będą ewoluować z bakteriami, do których zabicia je wynajęto – sprawia również, że skład takiego preparatu NIGDY nie jest precyzyjnie zdefiniowany. Bo będą w nim wymieszane cząsteczki fagów o potencjalnie nieco różnych już na starcie sekwencjach DNA.

Jak możemy przeczytać na stronie internetowej wspomnianego wrocławskiego ośrodka: „Ponieważ dotychczas nie są dostępne wyniki standardowych badań klinicznych preparatów fagowych[4], ta forma terapii dostępna jest obecnie wyłącznie w ramach terapii eksperymentalnej, której idea wynika z Deklaracji Helsińskiej, a szczegółowe zasady regulowane są m.in. przez ustawę o zawodzie lekarza i lekarza dentysty z dnia 05.12.1996”.[5]

Dlatego dziś terapia ta stosowana jest właściwie wyłącznie w sytuacji nawracających infekcji bakteriami opornymi na wiele antybiotyków, takimi jak miticilinooporne gronkowce złociste (MRSA), stanowiące obecnie gigantyczny problem terapeutyczny. Jest w Polsce odpłatna i prowadzi się ją w warunkach ambulatoryjnych. Za jej funkcjonowanie w naszym kraju odpowiada prof. dr hab. med. Andrzej Górski i jego zespół z Wrocławia.

Fagoterapia – polska specjalność

Stało się więc jasne, dlaczego to właśnie z Wrocławia przybył 18 lat temu niespodziewany uczestnik publicznej obrony mojej pracy doktorskiej. Fagoterapię zastosowano po raz pierwszy i z dobrym skutkiem we Francji podczas Wielkiej Wojny. 20 lat później wybuchła jeszcze większa wojna i znowu – żołnierze w okopach narażeni na dyzenterię byli wobec niej właściwie bezbronni. Wrócono zatem do fagów – na rany, dla uniknięcia zakażenia, sypano jednak wynalezione właśnie sulfonamidy, stosowane jako środki bakteriostatyczne i odkażające. Wreszcie – wyizolowanie przez sir Alexandra Fleminga i jego współpracowników, Howarda Waltera Florey’a oraz Ernsta Borisa, penicyliny jako substancji czystej produkowanej przez grzyb pleśniowy w roku 1938 (sama aktywność została odkryta 10 lat wcześniej) sprawiło, że o fagach zapomniano.

Penicylina była przecież dobra na wszystko. Pito ją, posypywano się nią i smarowano bez żadnych recept. Wstrzykiwano ją. Była cudowna, a zaraz po niej pojawiły się równie lub bardziej cudowne streptomycyna, chloramfenikol, tetracyklina itd. Tak się bawiliśmy, jak małpa brzytwą, aż do „pięknej katastrofy” antybiotykooporności bakterii, z którą borykamy się dziś. A Flaming przewidział – i w swoim przemówieniu podczas wręczania Nobla w roku 1945 powiedział – że bakterie na jego szalkach w laboratorium potrafią sobie radzić z antybiotykami. Że mutują. I jak nie będziemy uważać, to największe osiągnięcie nowożytnej medycyny – antybiotyki – przestaną skutecznie działać.

To wszystko były jednak problemy bogatego, nowoczesnego „pierwszego obszaru płatniczego”. Bo „drugi obszar płatniczy”, od Rostocku do Władywostoku, nie miał po prostu dostępu do tej całej antybiotykowej rewolucji. Brakowało mu tzw. wsadu dewizowego. Trzeba sobie było jakoś radzić. I dlatego właśnie w naszej części Europy (głównie w Gruzińskiej Republice Radzieckiej i Polsce) fagoterapia przetrwała. W Polsce właśnie we Wrocławiu, gdzie jest dostępna od ponad pół wieku. Dziś także w filiach Ośrodka Terapii Fagowej w Częstochowie i Krakowie. Oczywiście jakiekolwiek osiągnięcia w tym zakresie, jeśli nawet były publikowane, to jedynie po polsku, gruzińsku czy rosyjsku. A zatem – są niedostępne badaczom z Zachodu.

Gdy wsad dewizowy się pojawił podczas „dekady dobrobytu”, fagoterapię znowu zepchnięto do kąta. Problem oporności na antybiotyki nie pojawił się zaś w Polsce na poważnie, póki nie upadł komunizm, więc nie było wielkiej presji, by ją z niego wyciągać. Wtedy zaś ideą fixe w Polsce – także w mikrobiologii klinicznej – stała się niezbędna standaryzacja procedur, środków, materiałów medycznych i stosowanych leków. Dołączenie w tym zakresie do Zachodu, aby istotnie dało się „połączyć nasz krwioobieg z Europą” i zacząć myśleć o wstąpieniu do UE.

A dla Zachodu, zwłaszcza USA i Niemiec, fagoterapia nie różniła się niczym od jakichś czarów-marów, czy innego szamaństwa nad kolbą. Nie dało się jej zaakceptować w ramach tak ścisłego systemu, jak ten, który kontroluje leki i preparaty medyczne „w świecie cywilizowanym”. Zachodni naukowcy pukali się w czoło, gdy zapoznawali się z tą metodą w ramach jakichś opowieści na konferencjach naukowych, na które polscy naukowcy wreszcie zaczęli jeździć.

Ja też byłam z laboratorium, którego jedną z ról było wprowadzanie tych nowych standardów, tej czystości, tej kontroli jakości i naukowych ścisłych podstaw dla każdej decyzji terapeutycznej w mikrobiologii klinicznej. Nie w tym rzecz zatem, że nie wierzyliśmy w fagoterapię – każdy mikrobiolog wie, że w pewnym zakresie to będzie doskonale działać, bo miał wirusologię na studiach. My, ja, po prostu nie wierzyliśmy, że da się w kwestii fagoterapii wyjść z zaklętego kręgu „crude and dirty”. Nigdy zatem nie będzie ona na Zachodzie zaakceptowana, więc nie ma co jej tu rozwijać.

Jak przekonuje się Zachód

Potem jednak, kiedy już byłam w USA na stypendium podoktoranckim, a kryzys antybiotykoterapii szalał i po moich ukochanych enterokokach opornych na wankomycynę (VRE), pojawiły się z kolei pałeczki oporne na wszystkie antybiotyki (New Delhi) i w Ameryce znikąd nagle wyrosły, jak grzyby po deszczu, start-upy naukowe próbujące skorzystać z fagów. Były to próby pogodzenia tego, co w fagach fantastyczne, z tym, co akceptowalne dla amerykańskiego Urzędu ds. Żywności i Leków (wszechpotężnego FDA). Próbowano wykorzystać fagowe białka zdolne zabijać i niszczyć bakterie. Jako kolejne antybiotyki. Ale to chyba ślepa uliczka. Podobnie jak próby wykorzystania produkowanych przez owady peptydów antybakteryjnych. Uzyskiwanie tych substancji drogą syntezy chemicznej jest drogie, oczyszczanie ich z organizmów producenckich też. To peptydy, trudniej je przechować (muszą być chłodzone), trudniej podać, będą uczulać i w ogóle wywoływać reakcje immunologiczne, często poważne. No i nie będą ewoluować z bakterią, która będzie się jednak na nie uodparniać.

Co zatem wydarzyło się na Zachodzie, że w połowie maja 2019 opisano fagoterapię na łamach „Nature medicine”? Isabelle Carnell, 15-letnia pacjentka londyńskiego Great Ormond Street Hospital cierpiąca na genetyczną chorobę zwaną mukowiscydozą, będąca pod opieką dr Helen Spencer, miała przeszczep płuc. Wcześniej borykała się często, jak to bywa u chorych na mukowiscydozę, z rozlicznymi infekcjami dróg oddechowych, w tym wywoływanymi przez Mycobacterium abscessus, bakterię będącą kuzynem prątka gruźlicy. Rana pooperacyjna po przeszczepie wskazywała na ponowne zakażenie bakterią. Dziecko, prosto rzekłszy, choć przeszczep zdawał się przyjmować, umierało na wielooporne zakażenie. Wtedy dr Spencer zgłosiła się do prof. Grahama Hatfulla z Uniwersytetu w Pittsburgu (Pensylwania, USA), który zarządza jedną z największych na świecie kolekcji fagów – ma w zamrażarkach 150 tys. rozmaitych ich „gatunków”.

Przez trzy miesiące, gdy życie Isabelle wisiało na włosku, w Pittsburgu szukano wirusów zdolnych zabić jej prątka. Znaleziono takie trzy. Jednak słabi z nich byli zabójcy, dlatego dwa trzeba było dodatkowo poddać inżynierii genetycznej i nieco poprawić. Takie, wymieszane razem, podano Isabelle w czerwcu ubiegłego roku. Nie minęły trzy doby, a jej rana pooperacyjna przestała ciec. Po sześciu tygodniach terapii dożylnej, zakażenie można było uznać za byłe. Wciąż jednak dostawała fagi – bezpośrednio na blizny – dwa razy dziennie. Ale już poza szpitalem. Normalnie żyjąc i chodząc do szkoły, czy robiąc prawo jazdy.

To jest przypadek, tzw. case study, a nie restrykcyjne badanie kliniczne. Jednak… uratowano życie, które już gasło i dla którego nie było żadnej innej szansy. A poza tym w bardzo interesujący genetycznie sposób pobawiono się tymi fagami w laboratorium w USA, no i opisano to po angielsku, a nie polsku czy gruzińsku. Może dlatego udało się zrobić z tego „wsad” do „Nature Medicine”?

Nie jest bowiem tak, że zaraz da się te fagi zastosować w terapii np. wieloopornej na antybiotyki gruźlicy. Choćby dlatego, że wewnątrzkomórkowe bakterie, a taki jest prątek gruźlicy, są dobrze osłonięte przez błony naszych własnych komórek przed przystępem fagów. Medycy na zachodzie pozostają sceptyczni, ale… chcą dalszych badań klinicznych. Jakieś tabu się powoli przełamuje.

Świadczy to tyleż dobrze o fagoterapii jako takiej, co o desperacji, w jakiej znaleźliśmy się wszyscy z powodu globalnego kryzysu antybiotykoterapii. Dobrym poligonem dla testowania skuteczności fagów staje się rolnictwo, przetwórstwo rolno-spożywcze i weterynaria[6]. Okazać się może, że 18 lat temu bardzo się myliłam w ocenie potencjału fagoterapii, jeśli chodzi o jej wejście na medyczną agorę. Dobrze, że się myliłam, jeśli się myliłam. Niestety, w kwestii pikującej w dół skuteczności antybiotyków, nie myliłam się ani na jotę.

– Magdalena Kawalec-Segond,
doktor nauk medycznych, biolog molekularny, mikrobiolog, współautorka „Słownika bakterii”

TYGODNIK TVP, ul. Woronicza 17, 00-999 Warszawa. Redakcja i autorzy

Przypisy:

1. Już w 1896 roku Ernest Hanbury Hankin znalazł w wodach Gangesu coś, co dawało się przesączyć przez bardzo drobny porcelanowy filtr (zatrzymujący bakterie), zatem był to byt niewielkich rozmiarów, zdolny unicestwiać przecinkowca cholery. 20 lat później Brytyjczyk Frederick Tworth odkrył istnienie niewielkich cząsteczek zdolnych do zabijania bakterii, ale nie wiedział, czym one w istocie są – jeszcze mniejszymi bakteriami, enzymem czy wirusami. Trwała Wielka Wojna, zatem badań nie kontynuowano.