Aktuální poznatky k fágové terapii u společenských a hospodářských zvířat

Úvod

Bakteriofágy jsou nejvíce rozšířené organismy v biosféře a vyznačují se značnou různorodostí co do velikosti, morfologie i genomu. Jsou charakteristické vysokou specificitou vůči hostiteli; existují fágy s úzkým spektrem hostitelů, ale také fágy s širokým spektrem, které mohou infikovat bakterie různých druhů.

Podle strategie replikace se bakteriofágy rozdělují na lytické, kdy replikace viru končí lýzou hostitelské buňky, a lyzogenní, kdy dochází k integraci genomu viru do genomu hostitelské buňky. Pro fágovou terapii se upřednostňují lytické fágy před lyzogenními z důvodu rizika šíření genů rezistence mezi bakteriemi nebo vývoje patogenních bakterií.

Výhody fágové terapie ve srovnání s ATB:

• Fágy znásobují svůj počet v místě infekce a po eliminaci bakterií vymizí.
• Fágy napadají necílové bakterie včetně komenzální mikroflóry a somatické buňky v minimální míře.
• Fágy cílí velmi specificky na hostitelskou bakterii, což může být i nevýhoda. Překonat ji lze použitím směsi fágů, tzv. koktejlem.

Nevýhody fágové terapie:

• Úzké spektrum účinku.
• Potenciální interference s endemickými fágy.
• Vývoj rezistence bakterií k fágům.

Fágová terapie u společenských zvířat

Psi

Zvýšené používání antimikrobik včetně širokospektrých molekul používaných v humánní medicíně podporuje vznik rezistence zejména u multirezistentních bakterií, jako jsou Pseudomonas aeruginosa, stafylokoky a Enterobacteriaceae.

Pseudomonas aeruginosa je coby oportunní patogen odpovědná za vznik otitis externa, ale také za chronickou hlubokou pyodermii, infekce ran a očí. Kromě jedné případové studie popisující úspěšnou léčbu psa s chronickou bilaterální otitidou topickým podáním bakteriofága, byla publikována prozatím jediná klinická studie s použitím fágového „koktejlu“ u psů s chronickou otitis externa. Výsledek ukázal, že 6 psů z 10 (3 jedinci byli ze studie vyřazeni a 1 na léčbu nereagoval) ani po 18 měsících nevykazovalo příznaky infekce.

Stafylokoky, obzvláště S. pseudintermedius a S. intermedius, vykazují narůstající rezistenci, zejména k methicilinu, a až 98 % z těchto kmenů vykazuje multirezistenci. S. pseudintermedius je oportunní patogen přítomný u otitis externa, infekcí močového a reprodukčního aparátu nebo respiračních infekcí. I když zatím nebyla publikována žádná klinická studie ověřující účinnost fágové terapie u stafylokokových infekcí, data z in vitro studií vypadají slibně.

Vážnou hrozbu pro zdraví zvířat a lidí představuje multirezistentní E. coli, zejména uropatogenní kmeny. Ačkoliv existuje pouze jedna klinická studie na psech zaměřená na fágovou terapii infekce P. aeruginosa, výsledky in vitro studií jsou povzbudivé a ukazují, že existuje možnost využití fágové terapie také při infekcích S. pseudintermedius a E. coli.

Kočky

Na kočkách doposud nebyly provedeny žádné klinické studie zabývající se možnostmi léčby bakteriofágy. Dostupné jsou pouze in vitro studie s uropatogenní E. coli. Vzhledem k tomu, že močové infekce jsou u koček obtížně léčitelné a běžně vyvolávané rezistentními kmeny, však fagoterapie může v jejich léčbě najít uplatnění.

Izraelští odborníci nicméně velmi recentně publikovali formou kazuistického sdělení úspěšný příklad personalizované léčby kombinací fága a antibiotika u siamské kočky, která trpěla infekcí multirezistentní infekcí Pseudomonas aeruginosa po chirurgickém zákroku − artrodéze.

Koně

Na koňských klinikách dramaticky roste incidence nozokomiálních infekcí a infekcí chirurgických ran vyvolaných multirezistentními patogeny, jako jsou Staphylococcus aureus a Klebsiella pneumoniae.

U koní byla provedena pouze jedna klinická studie zaměřená na povrchovou bakteriální pyodermii vyvolanou Staphylococcus aureus. Ukázalo se však, že bakteriofág specifického původce sice zneškodní, ale umožní to růst dalších komenzálů či jiných koků, což nevede ke zlepšení klinického obrazu. Vhodné by v tomto případě bylo použití fágového koktejlu a hledání dalších příčin, které se mohou podílet na vzniku pyodermie.

Fágová terapie u hospodářských zvířat

Přežvýkavci

Rezervoárem zoonotických patogenů mohou být rovněž přežvýkavci. Výzkum bakteriofágů je proto zaměřen na jejich použití u infekcí Staphylococcus aureus, Escherichia coli a Listeria monocytogenes.

Hrozbou pro chovy mléčného skotu je mastitida. První klinickou studií zabývající se léčbou mastitidy vyvolané rezistentním Staphylococcus aureus sice nebyla prokázána úspěšnost terapie, ale byly objasněny zásadní limitace léčby, jako je inaktivace či degradace fága imunitním systémem a některými složkami mléka. Jako slibné se ukazuje spojení fágového „koktejlu“ s probiotikem Lactobacillus plantarum; prozatím byla tato možnost testována pouze in vitro.

U telat byly testovány čípky obsahující Lactobacillus spp. a „koktejl“ 3 fágů proti infekci E. coli. Výsledky jsou velmi slibné, prokázána byla terapeutická i preventivní účinnost čípků proti průjmu.

Nejen telata trpící průjmem ale také zdravá telata a ovce mohou být zdroji infekce E. coli produkující shiga toxin (STEC), tedy významného patogenu se zoonotickým potenciálem přenášeného prostřednictvím potravin. Klinické studie ukázaly, že použití fágového „koktejlu“ je ve srovnání s jednotlivými kmeny efektivnější, ale i přesto není účinnost vždy dostačující. Perorální podání vyžaduje úpravu tak, aby byly fágy chráněné vůči kyselému pH a proteolytickým enzymům, a to například enkapsulací.

Listeria monocytogenes je podobně jako E. coli zoonotická bakterie kontaminující potraviny a také se vyznačuje rezistenci vůči ATB. Jako účinné se ukázalo spojení fága s nanočásticemi stříbra; zvýšila se účinnost vůči bakterii i stabilita fágového preparátu.

Prasata

Prasata jsou vnímavá k mnoha bakteriálním infekcím, mezi něž patří mimo jiné neonatální průjem vyvolaný enterotoxigenními kmeny E. coli (ETEC). Výsledky prvních výzkumů byly povzbudivé, průjem se zmírnil, nicméně v průběhu léčby se vyvinuly baterie rezistentní vůči fágům.

Prasata jako potravinová zvířata mohou být rezervoárem zoonotických patogenů, jako je Salmonella spp., Staphylococcus aureus a Streptococcus suis. Aby se zabránilo vstupu salmonel do potravního řetězce, byly odstávčatům perorálně podány fágy izolované z trusu prasat ve výkrmu. Výsledkem bylo snížení bakteriální nálože ve střevě.

Streptococcus suis je významný patogen přenosný na člověka. Proti tvorbě biofilmu produkovaného S. suis byla testována kombinace lyzinu produkovaného bakteriofágem, ATB a fága a výsledkem byla 80% redukce biofilmu. Samotný fág či ATB přitom dokázaly snížit množství biofilmu pouze o 20 %.

Aby bylo možné zlepšit možnosti aplikace fágové terapie u prasat, je potřeba dále zkoumat interakce mezi fágy a hostitelskými buňkami, jejich virulenci a vhodnou formulaci i dávkování preparátů obsahujících bakteriofágy pro terénní využití.

Drůbež

Po výskytu rezistentních bakterií a reziduí ATB v potravinách byla fágová terapie použita u zoonotických infekcí, jako je Salmonella spp., Campylobacter jejuni a Escherichia coli.

Velký zdravotní problém představují Salmonella enterica sérovar Enteritidis a Typhimirium, které jsou nejčastěji izolovanými původci salmonelózy u lidí. Terapeutické perorální podání fágů snížilo počet bakterií jen přechodně a na krátkou dobu nebo došlo k rozvoji bakterií rezistentních k fágům. Naproti tomu preventivní podání − buď opakované, nebo jednorázové − mělo vyšší účinnost v redukci počtu patogenních bakterií.

Nedávná studie se věnovala vertikálnímu přenosu salmonelózy u drůbeže. Sice zatím není úplně objasněn mechanismus, jakým patogeny prostupují střevní bariérou do reprodukčního aparátu, přesto perorální podání bakteriofága snížilo bakteriální nálož v pohlavím ústrojí, ve vejcích a na vaječní skořápce.

Za účelem snížení bakteriální nálože Campylobacter jejuni při porážce byla testována účinnost podání lytického fága izolovaného z terénu specifického vůči rezistentnímu kmenu. Účinnost byla prokázána a také bylo zjištěno, že pro úspěch léčby a zabránění vývoje rezistentních bakterií je důležité načasování podání bakteriofágů.

Kolibacilóza je pro chovy drůbeže ekonomickou výzvou a navíc patogenní E. coli rezistentní vůči ATB mohou být přenášeny přímo či nepřímo na další zvířata a člověka.

Intramuskulární podání lytického fága kuřatům mělo efekt preventivní i terapeutický při septikémii a meningitidě vyvolané E. coli. Tato studie také potvrdila, že pokud jsou bakterie přítomné v krvi i mozku, bakteriofág může prostupovat přes hematoencefalickou bariéru.

V případě zánětu vzdušných vaků byla testována perorální i intramuskulární cesta podání a také aplikace formou aerosolu nebo inokulace do vzdušných vaků. Jako nejúčinnější se ukázalo intramuskulární podání a inokulace vzdušných vaků. Kombinace fágů s enrofloxacinem ve srovnání s podáním samotného fága pak byla efektivnější.

Nedávno vyvinutou strategií proti aviární patogenní E. coli je podání fágů in ovo. Výzkum prokázal, že inokulace vajec může chránit před vznikem kolibacilózy. Negativním poznatkem bylo, že většina přeživších bakterií ve střevech kuřat byla k fágům rezistentní.

Závěr

Aby mohly být bakteriofágy účinně používány, musejí být k dispozici kompletní a detailní poznatky zejména na základě studií a v souladu s aktuálními regulatorními požadavky.

Progres v poslední době zaznamenaly kontrolované randomizované klinické studie, ale i když se u bakteriofágů prokáže virulence a vysoká účinnost v in vitro studiích, nemusejí být tak účinné in vivo. Tato diskrepance může být vysvětlena imunitní odpovědi pacienta po injekci fágů, částečnou inaktivací fágů v prostředí žaludku po perorálním podání a také rozvojem bakterií rezistentní vůči fágům.

Bakteriofágy jsou v poslední době považovány za zásadní metodu ochrany životů lidí a zvířat, je však důležité mít na paměti hlavní riziko fágové terapie, a to vznik a rozšíření bakterií rezistentních vůči fágům.

(zaru)

Zdroje:
1. Squires R. A. Bacteriophage therapy for challenging bacterial infections: achievements, limitations and prospects for future clinical use by veterinary dermatologists. Vet Dermatol 2021; 32 (6): 587−e158, doi: 10.1111/vde.12958.
2. Choi Y., Lee W., Kwon J. G. et al. The current state of phage therapy in livestock and companion animals. J Anim Sci Technol 2024; 66 (1): 57−78, doi: 10.5187/jast.2024.e5.
3. Bianchessi L., De Bernardi G., Vigorelli M. et al. Bacteriophage therapy in companion and farm animals. Antibiotics (Basel) 2024; 13 (4): 294, doi: 10.3390/antibiotics13040294.