Что такое бактериофаги?

Бактериофаги (или просто фаги) — это вирусы, которые избирательно поражают и уничтожают бактерии. Они являются наиболее распространенными и часто встречающимися в природе организмами, играющими решающую роль в регулировании бактериальных популяций и влиянии на микробные экосистемы.

Существуют тысячи разновидностей фагов, каждая из которых может инфицировать только один или несколько типов бактерий или архей.

Фаги подразделяются на ряд семейств вирусов: к ним относятся, например, Inoviridae, Microviridae, Rudiviridae и Tectiviridae.

Бактериофаги были открыты независимо друг от друга бактериологами Фредериком В. Твортом в Великобритании в 1915 году и Феликсом д’Эрель во Франции в 1917 году. Д’Эрель ввел термин «бактериофаг», что означает «пожиратель бактерий», для описания бактерицидной способности этого агента. Бактериофаги также инфицируют одноклеточные прокариотические организмы, известные как археи.

Изучение бактериофагов сыграло важную роль в развитии молекулярной биологии и генетики. В 1943 году биологи Сальвадор Лурия и Макс Дельбрюк, изучая бактериофаг Т1, доказали, что устойчивость бактерий к фагам возникает в результате случайных мутаций.

Позже, в 1952 году, Альфред Дэй Херши и Марта Чейз с помощью бактериофага Т2 провели эксперимент, который подтвердил, что именно ДНК является носителем наследственной информации.

В 1969 году ученые Макс Дельбрюк, Альфред Дэй Херши и Сальвадор Лурия получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине «за открытия, касающиеся механизма репликации и генетической структуры вирусов».

В 1977 году Фредерик Сангер и его коллеги впервые полностью расшифровали последовательность ДНК одного из бактериофагов. В 1980-х годах американский биохимик Джордж П. Смит разработал технологию фагового дисплея, позволяющую находить и отбирать белки и антитела с нужными свойствами. Позже британский биохимик Грегори П. Винтер усовершенствовал этот метод, благодаря чему стало возможным получение полностью человеческих антител, применяемых в медицине. За открытия, связанные с фаговым дисплеем, Смит и Винтер были удостоены Нобелевской премии по химии в 2018 году «за фаговое отображение пептидов и антител».

Основная структура большинства фагов состоит из головки (нуклеокапсида) и сложной структуры хвоста. Фаги, используемые в терапии, являются литическими, то есть они инфицируют и уничтожают бактериальные клетки, эффективно предотвращая дальнейшее распространение инфекции. Литический жизненный цикл бактериофага включает пять стадий.

Бактериофаги могут быть потенциально полезными в следующих областях:

ВОЗ уточняет, что в некоторых исследованиях фаги показали успешные результаты при лечении инфекций, вызванных такими бактериями, как метициллин-резистентный золотистый стафилококк и псевдомонадная инфекция.

Фаготерапия в целом считается безопасной для человека, поскольку фаги не нацелены на клетки человека, но все же воздействуют на них. Определенные риски существуют: подобно антибиотикам, фаги могут вызывать высвобождение токсичных веществ из клеточных стенок бактерий, что приводит к воспалительным реакциям, особенно при масштабных инфекциях.

ВОЗ уточняет, что для широкого применения фагов в терапевтических целях у человека необходимы дополнительные данные клинических исследований и мониторинга.

В обзоре последних данных о проблемах, возникающих при фаготерапии инфекций желудочно-кишечного тракта, 2025 года уточняется, что фаготерапия представляет собой многообещающую альтернативу традиционным противомикробным препаратам для лечения инфекций желудочно-кишечного тракта. Однако до ее широкого клинического применения необходимо решить ряд важных проблем. К ним относятся трудности, связанные с идентификацией и выделением фагов, устойчивостью бактерий-хозяев к фагам, несоответствием в фармакокинетике и фармакодинамике фаговых препаратов. И все же в практике, как уточняют ученые, уже есть многочисленные успешные клинические случаи, которые подтверждают оптимистичный прогноз лечения инфекций с повышенной устойчивостью к противомикробным препаратам с помощью комбинации существующих методов фаготерапии.

По данным 2022 года, еще одним ограничением использования фагов является их быстрое выведение из организма. Это связано с тем, что фаги обладают гораздо более высокой иммуногенностью по сравнению с обычными антибиотиками, из-за чего ретикулярно-эндотелиальная система человека стремительно выводит их из крови. Кроме того, из-за своего крупного размера (относительно молекул антибиотиков) использование фагов, скорее всего, ограничится только местным применением, то есть мазями и каплями.

ВОЗ уточняет, что фаги нельзя использовать для лечения всех бактериальных инфекций, поскольку может оказаться невозможным идентифицировать соответствующие фаги и размножить их для всех видов бактериальных инфекций. Хотя подобные фаги и могут быть обнаружены, но они могут не обладать необходимыми свойствами для лечения инфекции.

Бактерии могут вырабатывать устойчивость к фагам, и для лечения сложных смешанных инфекций может потребоваться комбинация нескольких их видов.

Что касается антибиотиков, то фаги, по мнению ВОЗ, могут стать альтернативой традиционным антибиотикам или использоваться в сочетании с ними для повышения эффективности лечения. Однако важно уточнить, что, прежде чем фаги смогут широко применяться в рутинной терапии у людей, нужно больше контролируемых клинических исследований.