W łacinie słowo virus oznacza truciznę i było stosowane jako określenie elementu destrukcyjnego dla ciała, zanim w ogóle odkryto pierwsze obiekty tego typu. Już XIX-wieczne badania sugerowały, iż istnieje jakiś mniejszy od bakterii czynnik chorobotwórczy, lecz dopiero mikroskopy elektronowe pozwoliły odkryć, czym on jest.
Nieoczekiwani sojusznicy
Na dole, w świecie, który jesteśmy w stanie obserwować jedynie przez obiektyw mikroskopu, toczy się ciągła walka. Chorujemy nie tylko my czy zwierzęta - także pierwotniaki, bakterie, grzyby oraz sinice mogą zostać zaatakowane przez wirusy. Owe cząstki organiczne są wyspecjalizowane w konkretnych zadaniach i choć mutują, to nie ma obawy, że te obierające sobie za cel drobnoustroje nagle staną się niebezpieczne dla ludzi.
Medycyna postanowiła to wykorzystać. W myśl zasady "wróg mojego wroga jest moim przyjacielem" zwróciła uwagę na bakteriofagi, czyli wirusy napadające na bakterie. Czym one są i jak mogą nam pomóc w walce ze schorzeniami?
To specjaliści w pełnym tego słowa znaczeniu. Leczenie zakażeń bakteryjnych przy pomocy... wirusów? Choć ten pomysł brzmi jak zamiar zwalczania dżumy cholerą, okazuje się, że bywa skuteczny. Co więcej, w wielu przypadkach może zastąpić coraz mniej efektywne antybiotyki.
Odnajdując komórkę bakteryjną, bakteriofag przyczepia się do niej, po czym wpuszcza do środka swoje DNA lub RNA. Następnie, w przypadku bakteriofagów litycznych (zjadliwych), DNA gospodarza jest rozkładane na części, co powoduje śmierć komórki. Uwolnione przy tym nukleotydy zostają następnie użyte do powielania kwasu nukleinowego wirusa. Tak powstają nowe fagi, które opuszczają martwego mikroba i poszukują kolejnego "gospodarza". Cały proces powtarza się, dopóki w otoczeniu znajdują się drobnoustroje stanowiące cel danego wirusa.
Mechanizm samopowielania sprawia, że do zastosowania w terapii wystarczy niewielka dawka początkowa fagów. Lek, który sam się "rozmnaża"? Takie genialne rozwiązanie mogła wymyślić tylko natura.
Antybiotyki 2.0
Zwykle do zwalczania schorzeń wywoływanych przez bakterie stosuje się antybiotyki - jednak mają one wiele wad. Po pierwsze, są "ślepe": atakują nie tylko drobnoustroje chorobotwórcze,
lecz także te pożyteczne, co wiąże się z negatywnymi skutkami dla całego organizmu. Leki osłonowe pomagają ograniczyć szkody, ale nie chronią całkowicie potrzebnej nam mikroflory jelitowej i po antybiotykoterapii musi się ona odbudowywać przez długi czas. Po drugie, szczepy bakterii szybko mutują, stając się odporne na stosowaną wobec nich substancję. Powszechne używanie antybiotyków w ostatnich dekadach (zarówno przy leczeniu ludzi, jak i w masowej hodowli zwierząt) stworzyło mikrobom doskonały poligon do rozwijania antybiotykoopornych szczepów.
Tymczasem już od stu lat znamy równie efektywną i nieposiadającą tych negatywnych skutków metodę - terapię fagową. Jej ojcem był mikrobiolog Félix d’Hérelle, który zauważył, że bakteriofagi pojawiają się wszędzie tam, gdzie występują określone drobnoustroje, m.in. w stolcu pacjentów chorych na czerwonkę. Ten kanadyjski specjalista zaczął odnosić spore sukcesy w leczeniu z użyciem wirusów, jednak ostatecznie medycyna postawiła na antybiotyki.
Terapię fagową stosowano ciągle jedynie w Związku Radzieckim, pomagając m.in. żołnierzom II wojny światowej, w których rany wdało się zakażenie, oraz pacjentom z czerwonką. Dziś ta metoda powraca jako nadzieja na zastąpienie coraz bardziej zawodnych antybiotyków.
Biologiczne nanoroboty
Wirusów użyto już w leczeniu chorób biegunkowych spowodowanych przez przecinkowce, bakterie E. coli i Shigella czy przeciwko infekcjom skórnym wywołanym przez gronkowce oraz paciorkowce. Według badań mogą być one skuteczne przy zapobieganiu infekcji bakteryjnej podczas przeszczepów skóry.
Efektywność terapii bywa bardzo wysoka, bo w przypadku różnorakich zapaleń (opon mózgowych, kości, szpiku kostnego, układu moczowego albo ucha środkowego) wynosi aż 90%. Wiriony (kompletne cząstki wirusa o złożonej budowie) bezproblemowo przenikają do krwi i narządów wewnętrznych. Podejmowane są również próby leczenia zakażeń wewnątrzkomórkowych przy pomocy niereplikujących się wirusów oraz wyizolowanych z nich enzymów, jak endolizyna czy artylizyna.
Jednak pomysły idą o wiele dalej. Duże nadzieje daje możliwość stosowania bakteriofagów jako swoistych nanorobotów, które mogą dostarczać leki przeciwnowotworowe, a nawet antybiotyki bezpośrednio do komórek. Obecnie przeprowadza się związane z tym testy na komórkach z pozaustrojowych hodowli tkankowych. Terapia fagowa okazuje się skuteczna także w zwalczaniu bakterii chorobotwórczych w surowym jedzeniu. Przeciwdziała również mikrobom pochodzącym z akwakultur czy atakującym rośliny uprawne. Dzięki temu jej rozwój może mieć ogromne znaczenie dla rolnictwa.
Wirusy bioinformatyczne
Niestety, fagoterapia - pomimo wielu zalet - też nie jest pozbawiona wad. Trwa długo, czasem nawet do sześciu tygodni (choć badania wskazują, iż wciąż jest tańsza niż konkurencyjne metody). Innym problemem jest ograniczenie jej skuteczności, do czego przyczynia się tzw. szybki klirens fagów, czyli niszczenie podanych pacjentowi wirusów przez układ siateczkowo-śródbłonkowy wątroby i śledziony. Również bakterie potrafią wypracować odpowiednie mechanizmy obronne oraz uodpornić się na atakujące je wirusy.
Mimo wszystko możliwości tych biologicznych nanorobotów są ogromne. Porównanie to jest zresztą jak najbardziej na miejscu w obliczu doniesień o eksperymencie w zastosowaniu bakteriofaga o nazwie M13 do przyspieszenia pracy... komputera. Być może w przyszłości biologia syntetyczna połączy inżynierię genetyczną, informatykę, fizykę, a nawet matematykę w jedną interdyscyplinę - zaś stworzone w laboratoriach wirusy uwolnią ludzkość od chorób, które dręczą ją od tysiącleci.
Tekst: Tomasz Kilian
Konsultacja naukowa: dr Joanna Anna Walczak
