KATSAUS Mikael Skurnik ja Saija Kiljunen Patogeenisten bakteerien mikrobilääkeresistenssi on lisääntynyt hälyttävästi, ja uusia hoitomuotoja tarvitaan kipeästi. Bakteriofagit, bakteereita infektoivat ja tappavat virukset, ovat maapallon yleisimpiä eliöitä. Luonnossa on jokaiselle bakteerille useita spesifisiä bakteriofageja, jotka rajoittavat bakteerien lukumäärää ja ylläpitävät ekologista tasapainoa. Bakteriofagihoito eli bakteeri-infektioiden hoito bakteriofagien avulla (faagiterapia) tarjoaa vaihtoehtoisen hoitomuodon mikrobilääkkeiden rinnalle. Bakteriofagihoito täydentää hyvin mikrobilääkehoitoja, sillä bakteriofagit infektoivat myös mikrobilääkeresistenttejä bakteereita. Bakteriofagit ovat kapeakirjoisia, ja kukin niistä infektoi vain muutamaa bakteerilajia tai -kantaa. Siksi ne eivät haittaa normaalia bakteeristoa samoin kuin mikrobilääkkeet. Tavoitteenamme on bakteriofagihoitokokeiden aloittaminen Suomessa. M ikrobilääkeresistenssi on 20 30 viime vuoden aikana hälyttävästi lisääntynyt (1,2). Inhimillisten kärsimysten lisäksi tämä aiheuttaa suuria taloudellisia menetyksiä kalliina hoitoina ja lisääntyneinä sairaalavuorokausina. Uusia mikrobilääkkeitä on tuskin lainkaan kehitteillä, vaikka EU ja Yhdysvallat patistavat lääkeyrityksiä kehitystyöhön (3). Siksi vaihtoehtoisille hoitomuodoille kuten bakteriofagihoidolle on aito tarve (4). Bakteriofagit ovat viruksia, jotka infektoivat isäntäbakteereitaan mutta eivät muiden eliöiden soluja. Bakteriofagit ovat maapallon yleisimpiä eliöitä, jotka ylläpitävät mikrobien välistä tasapainoa tällä planeetalla (5). Niitä tavataan kaikkialta, missä niiden isäntäbakteereitakin on. Bakteriofagien lukumäärä vesistöissä on 10 4 10 8 partikkelia/ml ja multamaassa noin 10 9 partikkelia/g. Kokonaisarvion mukaan maapallolla olisi jopa 10 31 bakteriofagipartikkelia, ja niinpä sekvenssipankeissa kuvatut muutama tuhat bakteriofagia edustavat vain murtoosaa tästä määrästä (6). Reilun sadan vuoden aikana bakteriofagit ovat edesauttaneet useiden tieteenalojen, erityisesti molekyylibiologian ja bakteerigenetiikan, kehitystä. Luonnossa ole vien bakteriofagien ehtymätön monimuotoisuus mahdollistaa niiden joustavan käytön bakteeri-infektioiden hoidoissa. Bakteriofagien tyypit ja biologia Kaikille bakteereille, niin grampositiivisille, gramnegatiivisille kuin mykobakteereillekin, on omat spesifiset bakteriofaginsa. Useim pien bakteriofagien elinkierto on joko lyyttinen tai lysogeeninen (6). Bakteriofagihoitoon on mahdollista käyttää lyyttisiä, Caudoviraleslahkoon kuuluvia bakteriofageja. Ne ovat hännällisiä, ja niiden pää on yleensä kapsidiproteiinien muodostama ikosaedri, jonka sisälle bakteriofagin genomi pakkautuu. Bakteriofagin häntä voi olla supistuva tai supistumaton, ja sen ulommassa päässä on häntäkarvoja, joiden avulla se tunnistaa isäntäbakteerinsa ja tarttuu siihen. Bakteriofagi-infektiot alkavat aina bakteriofagien spesifisellä adsorptiolla bakteerin pinnan reseptoreihin, joiden rakenteet voivat eri bakteeri-isäntien välillä vaihdella suurestikin. Tämä spesifisyys pääasiassa määrää bakteriofagien isäntäkirjon. Adsorption jälkeen bakteriofagi ruiskuttaa genominsa solun sisään, Duodecim 2016;132:712 9 712
KUVA 1. Suolistoinfektion bakteriofagihoito. Suun kautta annettu bakteriofagi infektoi patogeenisen bakteerin (oranssi) mutta ei normaalimikrobiston bakteereita (turkoosi). Bakteriofagit lisääntyvät suolistossa ja tappavat patogeenisia bakteereita. Kun patogeenit ovat kuolleet, bakteriofagi-infektio tyrehtyy ja bakteriofagit poistuvat elimistöstä ulosteen mukana. ottaa bakteerin aineenvaihdunnan haltuunsa, monistaa genomiaan ja tuottaa uusien bakteriofagipartikkelien rakentamiseen tarvittavat proteiinit. Nämä partikkelit rakentuvat itseohjautuvasti rakenneproteiineista ja monistetuista genomeista. Lopuksi bakteriofagien lysiinit ja holiinit hajoittavat bakteerisolut ja uusi bakteriofagisukupolvi vapautuu ympäristöön. Bakteriofagihoidossa ei haluta käyttää lysogeenisia eli temperaatteja bakteriofageja. Nämä voivat integraasientsyyminsä avulla liittää genominsa osaksi isäntäbakteerin genomia niin sanottuun profagitilaan, jossa bakterifagigenomi replikoituu isäntägenomin mukana. Vaarana on, että profagissa voi olla isäntäbakteerin elinkykyä ja patogeenisuutta lisääviä mikrobilääkeresistenssi- ja toksiinigeenejä: yksi esimerkki tällaisesta on kurkkumätätoksiinin geeni (6). Bakteriofagihoidon erityispiirteet Yksinkertaisesti esitettynä bakteriofagihoidossa elimistön taudinaiheuttajabakteerit tuhotaan bakteriofagien avulla (KUVA 1). Bakteriofageilla on mikrobilääkkeisiin verrattuna erityispiirteitä, jotka vaikuttavat suuresti niiden terapeuttiseen käyttöön: bakteriofagihoito on kapeakirjoista ja kohdistuu usein vain yhteen bakteerilajiin tai jopa sen yhteen tyyppiin, joten muu bakteeristo ei kärsi hoidossa, kuten tapahtuu mikrobilääkekuurien yhteydessä. Tämä todettiin esimerkiksi kokeessa, jossa vapaaehtoisille koehenkilöille juotettiin yhdeksän T4-sukuisen Escherichia coli bakteriofagin sekoitusta. Koehenkilöiden ulosteiden mikrobikoostumuksissa ei kokeen aikana havaittu merkittäviä muutoksia (7). Prekliinisissä kokeissa eläimet ja vapaaehtoiset ihmiset ovat sietäneet bakteriofageja erinomaisesti (8). Niiden on todettu leviävän systeemisen injektion jälkeen elimistössä laajalle. Ne voivat jopa ohittaa veri-aivoesteen ilman bakteerien apua, mikä mahdollistaa niiden käytön myös keskushermostoinfektioiden hoitoon (9). Myös biofilmit ovat alttiita bakteriofageille (10). Bakteriofagien lisääntyminen on täysin riippuvaista isäntäbakteerista, ja siksi ne lisääntyvät vain infektoituneissa kudoksissa. Bakteriofagit ovat itsestään rajoittuvia ja itseannostelevia eivätkä jää elimistöön, kun niiden spesifinen isäntäbakteeri on hävinnyt. Käytännössä jokainen bakteriofagi-isäntäbakteeripari muodostaa oman erityisen systeeminsä, ja tällaisten parien käyttäytyminen elimistössä voi poiketa toisistaan paljonkin. Bakteriofagivalmisteiden tuotanto on edullista, koska bakteriofageja voidaan eristää nopeasti, hoitotuotteiden kehitystyöhön kuluu vähemmän aikaa ja rahaa kuin mikrobilääkkeiden, ja valmisteiden käyttö on joustavaa (11). Varsinainen bakteriofagihoito voi myös olla edullista mikrobilääkehoitoon verrattuna. Eläinkokeessa hiirille aiheutettiin letaali infektio K1-kapselillisella E. coli kannalla, ja hiiriä hoidettiin sekä bakteriofageilla että eri mikrobilääkkeillä. Näis- 713
KATSAUS sä kokeissa bakteriofagihoidon osoitettiin olevan erilaisiin mikrobilääkehoitoihin verrattuna ylivertainen (12). Yksi spesifisen bakteriofagin annos oli hoitona yhtä tehokas kuin toistuvat streptomysiiniruiskeet ja paljon tehokkaampi kuin toistetut tetrasykliini-, ampisilliini-, kloramfenikoli- tai trimetopriimiruiskeet. Hoidon mahdolliset rajoitukset ja haitat Bakteriofagit eivät ole ihmelääkkeitä, joilla voisi parantaa minkä tahansa infektion. Spesifisessä bakteriofagihoidossa infektion aiheuttajabakteeri täytyy aina eristää bakteriofagityypitystä varten, mikä hidastaa hoidon aloitusta. Siten se ei poikkea mikrobilääkeherkkyyksien määrittämisestä. Bakteriofagihoitolaboratoriossa täytyy olla saatavilla eri bakteerilajeille mahdollisimman laajat bakteriofagikokoelmat, jotta potilaskannoille löydetään nopeasti oi keat hoitobakteriofagit. Toisaalta jos taudinaiheuttajabakteerille ei löydy kokoelmasta sopivaa bakteriofagia, sellainen voidaan nopeimmillaan parin päivän kuluessa eristää erilaisista ympäristönäytteistä (13). Hyvä esimerkki tällaisesta tilanteesta on Saksassa vuonna 2011 riehunut E. colin O104:H4 kanta, jolle löytyi tehokkaita lyyttisiä bakteriofageja sekä Tbilisissä sijaitsevan Eliava-instituutin kokoelmasta että Brysselin sotilassairaalan jätevedestä (14). Kuten mikrobilääkehoidossa, bakteriofagien tappamista isäntäbakteereista irtoaa reaktiivisia rakenteita kuten endotoksiinia ja superantigeeneja, jotka suurina pitoisuuksina voivat aiheuttaa vakavia seurauksia (13). Toisaalta elimistön immuunijärjestelmä tunnistaa varsinkin parenteraalisesti annetut bakteriofagit vieraiksi antigeeneiksi ja muodostaa niitä kohtaan vastaaineita. Tällöin retikuloendoteliaalijärjestelmä poistaa opsonisoituneet bakteriofagit nopeasti verenkierrosta (15). Immuunivasteella voi olla merkitystä, jos bakteriofagihoitoa joudutaan antamaan toistuvasti ja pidemmän ajan kuluessa. Toisenlaisen, ehkä marginaalisen riskin muodostaa se, että bakteriofagipartikkeleihin voi vahingossa sen oman genomin lisäksi pakkautua isäntäbakteerin genomista DNA:ta ja sen mukana haitallisia geenejä. Tällöin transduktiossa bakteriofagiin pakkautunut DNA siirtyy kohteena olevan bakteeriin, ja sen avulla mikrobilääkeresistenssi-, virulenssitekijä- ja toksiinigeenit voivat levitä bakteereista toisiin (16). Koska lyyttiset bakteriofagit eivät yleensä ole transdusoivia, niitä suositellaan käytettäväksi bakteriofagihoidossa. Niidenkin tuottamisen tulisi tapahtua bakteereissa, joissa ei ole resistenssi- tai virulenssigeenejä (11). Kuten mikrobilääkeresistenssi, myös bakteriofagiresistenssi on mahdollisesti haitallinen ilmiö. Bakteerit voivat tulla bakteriofagiresistenteiksi erilaisilla tavoilla: reseptorigeenin mutaation kautta, reseptorin peittymisellä esimerkiksi kapselilla, lysogenian myötä isäntäbakteerin tullessa immuuniksi bakteriofagille, uuden restriktio-modifikaatiojärjestelmän siirtyessä bakteeriin tai CRISPR-Cas-järjestelmän avulla (13). Vaikka laboratorio-oloissa bakteriofagiresistenttejä mutantteja valikoituu helposti, resistenssin esiintyvyys in vivo bakteriofagihoitokokeissa on ollut harvinaista (13). On myös havaittu, että bakteriofagireseptorin mutaatio usein heikentää bakteerin taudinaiheuttamiskykyä, jolloin immuunijärjestelmä pystyy helposti eliminoimaan heikentyneen patogeenin. Sekoittamalla useita bakteriofageja seoksiksi voidaan laajentaa isäntäspesifisyyttä. Jos seokseen lisätään useille bakteerilajeille spesifisiä bakteriofageja, sitä voidaan käyttää taudinkuvan perusteella jo ennen kuin varsinainen taudinaiheuttaja on tunnistettu (11). Bakteriofagiseoksen käyttö voi myös estää resistenttien kantojen rikastumisen. Bakteriofagihoidon vuosisata Bakteriofagit löydettiin jo vuonna 1896, kun Ernest Hanbury Hankin osoitti Intiassa, että jokivedessä oli kolerabakteeria tuhoavaa bakteerisuodattimen läpäisevää aktiivisuutta. Toisistaan riippumattomat tutkijat tekivät vastaavanlaisia löydöksiä 1900-luvun alussa, kunnes Félix d Herelle ehdotti ilmiön johtuvan bakteereissa loisivista viruksista ja otti käyttöön nimityksen bakteriofagi, sanamukaisesti bakteerin syöjä (17). Bakteriofagihoitokokeita eri eläimille aiheutettujen infektioiden hoitamisessa on listattu TAULUKOSSA 1 (18). Hoito- M. Skurnik ja S. Kiljunen 714
TAULUKKO 1. Esimerkkejä bakteriofagihoidolla tehdyistä merkittävimmistä eläinkokeista (18). Bakteeri Infektiomalli Koe-eläin Bakteriofagihoidon antamismuoto Escherichia coli Ruiskeet lihakseen ja keskushermostoon (aivoihin) E. coli Ripuli suun kautta aiheutetun E. coli infektion seurauksena Tulos Hiiri Lihakseen Hoito tehosi tappavaa bakteeriannosta Vasikka, porsas, karitsa E. coli Sepsis ja meningiitti Kananpoika ja vasikka Beetalaktamaasia tuottava E. coli Laajakirjoista beetalaktamaasia tuottava E. coli E. coli ja Salmonella enterica serovar Typhimurium Vankomysiiniresistentti Enterococcus faecium Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus Vatsaonteloon annettu ruiske, intratekaalisen ruiskeen kaltainen aivokalvotulehdus systeeminen infektio Vatsaonteloon annettu ruiske S. aureus Suun kautta Lihakseen Hoito tehosi, jos se aloitettiin ennen oireiden alkua Kanat pelastuivat tappavasta bakteeriannoksesta, vasikoiden elinaika piteni Hiiri Vatsaonteloon Hoito tappavaa bakteeriannosta tehosi 60 100 %:lla hiiristä riippuen bakteriofagin antamisajankohdasta Rotta Vatsaonteloon, ihon alle Hoito tappavaa bakteeriannosta tehosi 50 100 %:lla rotista riippuen bakteriofagin antamisajankohdasta Hiiri Vatsaonteloon Hoito tehosi tappavaa bakteeriannosta Hiiri Vatsaonteloon Hoito tehosi tappavaa bakteeriannosta Hiiri Vatsaonteloon Hoito tehosi A. baumanniita sekä P. aeruginosaa mutta ei S. aureusta Hiiri Vatsaonteloon Hoito tehosi tappavaa bakteeriannosta S. aureus Haavainfektio Kaniini Ihon alle Paiseiden muodostuminen estyi S. aureus Metisilliiniresistentti S. aureus Monilääkeresistentti Klebsiella pneumoniae Hiiri Vatsaonteloon Hoito tehosi 90 100 %:lla hiiristä tappavaa bakteeriannosta Luuinfektio Rotta Medullaarinen ruiske K. pneumoniae Mahalaukkuinfektion aiheuttamat maksapaiseet ja Bakteriofagin ja mikrobilääkkeen yhteisvaikutus vähensi bakteerimäärää tilastollisesti merkitsevästi verrattuna pelkkään mikrobilääkehoitoon Hiiri Vatsaonteloon Hoito tehosi tappavaa bakteeriannosta Hiiri Mahalaukkuun, vatsaonteloon Hoito tehosi tappavaa bakteeriannosta K. pneumoniae Palohaavainfektio Hiiri Paikallishoito Hiirten kuolleisuus pieneni tilastollisesti merkitsevällä tavalla Imipeneemiresistentit Pseudomonas-lajit Monilääkeresistentti P. aeruginosa Hiiri Vatsaonteloon Hoito tappavaa bakteeriannosta tehosi 20 100 %:lla hiiristä bakteriofagin antamisajankohdan mukaan Hiiri Vatsaonteloon Hoito tappavaa bakteeriannosta tehosi 50 100 %:lla hiiristä bakteriofagin antamisajankohdan mukaan Pseudomonas-lajit Keuhkoinfektio Hiiri Nenän sisään Hoito tappavaa bakteeriannosta tehosi 95 100 %:lla hiiristä bakteriofagin antamisajankohdan mukaan 715
KATSAUS kokeiluissa bakteriofageja on annettu eläimille muun muassa suun kautta tai suoraan vatsaonteloon, paikallisesti, ihon alle, lihakseen, nenän limakalvoille tai peräsuoleen. Joissakin kokeissa bakteriofagihoito on ollut profylaktista. Useimmiten hoito on annettu yhtenä annoksena bakteeri-infektion jälkeen, joissain kokeissa sitä on viivytetty siihen saakka, kunnes koe-eläimet alkoivat oirehtia tai osoittivat selviä vakavan infektion oireita. Useimmissa kokeissa on saavutettu myönteisiä tuloksia, ja joissain tapauksissa bakteriofagihoito on ollut tehokkaampaa kuin mikrobilääkehoito (12). Ensimmäinen raportti bakteriofagien kliinisestä käytöstä ihmisten infektioiden hoidossa julkaistiin vuonna 1921. Siinä belgialaiset Bruynoghe ja Maisin hoitivat stafylokokkispesifisellä bakteriofagilla ihon märkäpesäkkeitä. Heidän mukaansa infektioissa tapahtui 48 tunnin kuluessa selkeää kliinistä tervehtymistä, kun kipu, turvotus ja kuume hävisivät (19). Tämän jälkeen varhaisimmissa julkaisuissa kuvattiin bakteriofagien käyttöä lavantaudin, Shigella- ja salmonellainfektioiden, vatsakalvotulehduksen, ihoinfektioiden, kirurgisten infektioiden, sepsiksen, virtsatieinfektioiden sekä kurkku- ja korvainfektioiden hoidossa (20). Bakteriofagihoito hiipui mikrobilääkkeiden käyttöönoton myötä länsimaissa 1930-luvun lopulla, mutta jatkui aktiivisesti Itä-Euroopassa. Suuri määrä raportteja on julkaistu lähinnä Puolassa ja Georgiassa. Nämä julkaisut ovat olleet huonosti tunnettuja länsimaissa, kunnes niistä on viime vuosina julkaistu useita yhteenvetoja, kun kiinnostus bakteriofagihoitoon on lisääntynyt (20,21,22,23,24). Useimmissa raporteissa kuvataan satunnaistamattomia kontrolloimattomia tutkimuksia, joten niiden tieteellinen arvo on vähäinen. Siitä huolimatta raporteista saadaan arvokasta tietoa siitä, miten bakteriofagituotteita voidaan käyttää infektioiden hoidossa. TAULUKOSSA 2 kuvataan, miten bakteriofagihoitoa on käytännössä annettu (20,23). Eri infektioiden hoidossa optimaalinen annos, hoitoreitti, annosväli ja hoidon kesto täytyy määritellä ennen kuin voidaan edetä laajoihin kliinisiin kokeisiin. Ensimmäinen ensimmäisen vaiheen satunnaistettu kontrolloitu tutkimus julkaistiin vuonna 2009 Yhdysvalloissa (25). Siinä arvioitiin E. coli-, Staphylococcus aureus- ja Pseudomonas aeruginosa spesifisen bakteriofagiseoksen turvallisuutta 42 potilaalla, joilla oli laskimoperäisiä säärihaavoja. Tutkimuksessa ei yritettykään saavuttaa tietoa hoidon tehosta, mutta mitään bakteriofagien käytön vasta-aiheita ei löytynyt. Toinen satunnaistettu tutkimus suoritettiin Britanniassa, ja siinä tutkittiin kuuden bakteriofagin seoksen tehoa kroonista P. aeruginosan aiheuttamaa korvakäytävätulehdusta (26). Bakteriofagiseosta saaneiden potilaiden P. aeruginosa bakteerien määrä pieneni merkittävästi tässä erinomaisesti suoritetussa kaksoissokkotutkimuksessa, jossa hoidettujen potilaiden monet subjektiiviset kliiniset indikaattorit paranivat. Haittavaikutuksia ei raportoitu. TAULUKKO 2. Erityyppisten infektioiden bakteriofagihoitostrategioita (20, 23). Taudinkuva Bakteeri Bakteriofagi 1 Bakteriofagihoidon muoto Tulos Infektoitunut palovamma Sarveiskalvotulehdus Kystinen fibroosi, keuhkotulehdus 2 Krooninen eturauhastulehdus 2 P. aeruginosa Paikallinen, jossa bakteriofagisuspensiolla kostutettu side vaihdettiin kolmesti vuorokaudessa Staphylococcus epidermidis, S. aureus, S. pyogenes P. aeruginosa, S. aureus Enterococcus faecalis Kaupallinen bakteriofagiseos Kaupallinen bakteriofagiseos,, Sb-1 Bakteriofagiseos Antaminen tippoina 4 5 kertaa vuorokaudessa 1 Käytettyjä bakteriofageja ei yksilöity 2 Tapauskuvaus potilaista, joiden hoito mikrobilääkkeillä ei ollut auttanut Inhalaatio 9 kertaa 4 6 viikon välein Peräruiske (n. 10 ml) kahdesti vuorokaudessa Hoidon kesto 5 17 vrk. Infektio parantui 60 %:lla potilaista Paraneminen nopeutui verrokkiryhmän gentamysiinihoitoon verrattuna (9 vs 12 vrk) Ysköksen bakteerimäärä väheni n. 10 000 x ja pysyi pienenä kuukausia Hoidon kesto n. 1 kk. Kaikki 3 potilasta paranivat täysin M. Skurnik ja S. Kiljunen 716
Pienessä ensimmäisen vaiheen tutkimuksessa Belgiassa oli mukana yhdeksän palovammapotilasta. Heitä hoidettiin paikallisesti BFC-1-bakteriofagiseoksella, jossa oli kaksi P. aeruginosa bakteriofagia ja yksi S. aureus bakteriofagi (27). Laaja palanut alue käsiteltiin bakteriofagisumutteella, ja palovammasta jätettiin erillinen alue vertailuksi. Vaikka tehokkuustuloksia ei ole julkaistu, ei hoidolla ollut haittavaikutuksia. Ranskassa, Belgiassa ja Sveitsissä on käynnissä EU:n rahoittama Phagoburn-hanke, jossa tutkitaan palohaavojen hoitoa E. coli ja P. aeruginosa spesifisillä bakteriofagiseoksilla (http://www.phagoburn.eu/). Hankkeessa on mukana neljä kaupallista ja 11 kliinistä toimijaa, ja sen toisen ja kolmannen vaiheen kliiniset kokeet käynnistyivät heinäkuussa 2015 (28). Bakteriofagihoitotuotteet Vaikka standardoituja menetelmiä bakteriofagiseosten tuotannolle on olemassa, virallisia lääkeviranomaisten ohjeistuksia ei vielä ole (27,29). Eri bakteriofagit ja bakteriofagivalmisteet kestävät eri tavalla erilaisia oloja, mikä tulee ottaa huomioon stabiilien bakteriofagivalmisteiden valmistuksessa. Koska bakteriofagihoitotuote räätälöidään aina tartuttavan bakteerikannan mukaan, seosten sisältö vaihtelee paljon. Tämä aiheuttaa vaikeuksia valmisteiden validointiin (23). Lääkeviranomaiset eivät ole vielä määritelleet tarkasti bakteriofagien asemaa, joten nykyiset farmakologiset säännökset, määritelmät ja standardit eivät tunnista bakteriofagivalmisteita. Siksi eurooppalaiset tutkijat ovat perustaneet kansainvälisen voittoa tavoittelemattoman P.H.A.G.E.-järjestön (Phages for Human Application Group Europe, www.p-h-a-g-e. org), jonka tavoitteena on muun muassa luoda bakteriofagihoidolle EU:n laajuiset säännökset. Bakteriofagihoidon näkymät Suomessa Ydinasiat 88 Hälyttävästi lisääntynyt mikrobilääkeresistenssi uhkaa viedä tehon bakteeriinfektioiden hoidosta. 88 Bakteriofageja voidaan hyödyntää mikrobilääkeresistenttien bakteereiden aiheuttamien infektioiden hoidossa. 88 Hoidon etuina ovat bakteriofagien monimuotoisuus, sen myötä helppous löytää sopiva bakteriofagi kullekin taudinaiheut tajalle sekä olematon haitta elimistön muulle bakteeristolle. 88 Suomen ja Euroopan lääkeviranomaiset tarvitsevat kriteerit, joita soveltamalla bakteriofagihoidon kliiniset lääketutkimukset voidaan aloittaa. Suomessa ei ole vielä tehty kliinistä bakteriofagihoitotutkimusta. Vuonna 2013 saimme ensimmäisen yliopistotasoisen terveyden tutkimuksen määrärahan (EVO), jonka avulla aloitimme tutkimukset tavoitteena bakteriofagihoitolaboratorion perustaminen. Ensi vaiheessa olemme perustaneet bakteriofagikokoelman (mikrobilääkeresistenttejä) taudinaiheuttajia eristämällä eri puolilta Suomea kerätyistä jätevesi- ja ympäristönäytteistä noin sata bakteriofagia, jotka olemme karakterisoineet muun muassa elektronimikroskopialla ja geno mien sekvensoinnilla. Nämä bakteriofagit pystyivät infektoimaan noin 40 % potilaista eristetyistä 350 bakteerikannasta (30). Kokoelma kaksinkertaistuu, kun siihen lisätään Matti Jalasvuoren Jyväskylän yliopistossa johtamassa tutkimuksessa eristetyt bakteriofagit (31). Tavoitteenamme on kokoelma, joka kattaisi 60 70 % Suomessa eristettävistä kliinisistä bakteerikannoista. Vuosina 2014 ja 2015 meille myönnettiin EVO-jatkohankkeet, joiden avulla yhteistyössä HUS-apteekin kanssa kehitämme hyvän valmistustavan (GMP, good manufacturing practice) mukaista bakteriofagituotteen tuotantoprosessia. Lähiaikojen tavoitteenamme on päästä tekemään satunnaistettuja kliinisiä kaksoissokkokokeita, jotta bakteriofagihoidon tehosta saataisiin kontrolloitua tietoa. Kun oletetaan, että bakteriofagihoidosta on todella hyötyä vaikeiden bakteeri-infektioiden hoidossa, on KUVAAN 2 luonnosteltu, miten hoito voisi tulevaisuudessa toimia. Luontevim- 717
KATSAUS Infektiolääkäri Potilas Infektoitunut haava, bakteeriviljelynäyte Taudinaiheuttajan tunnistaminen Bakteriofagihoitolaboratorio Bakteriofagiherkkyyden määrittäminen Bakteriofagikokoelma GMP-tuotantoprosessi Bakteriofagihoitotuote Hoitotuotteen valmistus omalla GMP-linjalla Bakteriofagilysaatin tuotto Hoitobakteriofagien valinta Kaupallinen GMPvalmistaja KUVA 2. Bakteriofagihoidon toiminta. Infektiolääkärillä on hoidossa huonosti mikrobilääkehoitoon vastaava infektio, ja hän haluaa kokeilla bakteriofagihoitoa. Infektiopesäkkeestä otetaan bakteeriviljelynäyte, josta kliinisen mikrobiologian laboratoriossa tunnistetaan patogeeni. Patogeenin bakteriofagiherkkyys määritetään tyypittämällä bakteeri bakteriofagikokoelman bakteriofagien suhteen ja valitaan jatkoon bakteriofagit, joille patogeeni on herkin. Jos kyseisiä bakteriofageja on saatavilla kaupallisilta toimijoilta, voi olla helpointa ostaa bakteriofagihoitotuote sieltä. Ellei näin ole, voidaan omalla hyvän valmistustavan (GMP) mukaisella linjalla valmistaa tuote infektiolääkärin käyttöön. min bakteriofagihoitolaboratorion toiminta tapahtuisi HUS:n ja HUSLAB:n bakteriolo gian osaston yhteydessä, josta se pystyisi palvelemaan Suomen infektiolääkäreitä. Koska sopivan hoitobakteriofagin löytäminen on keskeistä, on tärkeää, että sen helpottamiseksi luodaan järjestelmä. Yhteistyössä muiden Euroopan bakteriofagitutkijoiden kanssa suunnittelemme ja ehdotammekin järjestelmää, jossa bakteriofagitutkijat antaisivat muiden laboratorioiden käyttöön kokoelmissaan olevia bakteriofageja. Euroopassa voisi olla yksi tai useampia keskuksia, jotka ylläpitävät bakteriofagikokoelmia. Niistä toimitettaisiin eri maiden laboratorioihin eri bakteerilajeille spesifisiä tyypitysbakteriofageja, joiden joukosta voitaisiin löytää hoitobakteriofagit, ellei niitä ole omassa kokoelmassa. Näin maksimoitaisiin mahdollisuudet löytää sopivia bakteriofageja kaikille tuleville potilaskannoille. Lopuksi Bakteriofagit ovat mahdollinen vaihtoehto bakteeri-infektioiden hoitoon, ja niillä voidaan tuhota myös mikrobilääkkeille moniresistenttejä bakteereita. Bakteriofagihoidolla on mikrobilääkehoitoihin verrattuna useita etuja, ja vain vähän vasta-aiheita on raportoitu. Vaaditaan kuitenkin hyvin kontrolloituja kaksoissokkotutkimuksia, jotta bakteriofagien päivittäisen käytön edut ja haitat saadaan luotettavasti määritetyiksi. MIKAEL SKURNIK, FT, bakteriologian professori SAIJA KILJUNEN, FT Bakteriologian ja immunologian osasto, Medicum, tutkimusohjelmayksikkö, immunobiologian tutkimusohjelma Kliininen mikrobiologia, Helsingin yliopistollinen keskussairaala, HUSLAB SIDONNAISUUDET Kirjoittajilla ei ole sidonnaisuuksia M. Skurnik ja S. Kiljunen 718
KIRJALLISUUTTA 1. Arias CA, Murray BE. Antibiotic-resistant bugs in the 21st century a clinical super-challenge. N Engl J Med 2009; 360:439 43. 2. Pendleton JN, Gorman SP, Gilmore BF. Clinical relevance of the ESKAPE pathogens. Expert Rev Anti Infect Ther 2013;11:297 308. 3. Freire-Moran L, Aronsson B, Manz C, ym. Critical shortage of new antibiotics in development against multidrug-resistant bacteria time to react is now. Drug Resist Updat 2011;14:118 24. 4. Huovinen P. Bakteriofagihoito. Duodecim 2003;119:581 3. 5. Clokie MR, Millard AD, Letarov AV, Heaphy S. Phages in nature. Bacteriophage 2011; 1:31 45. 6. Weinbauer MG. Ecology of prokaryotic viruses. FEMS Microbiol Rev 2004;28:127 81. 7. Sarker SA, McCallin S, Barretto C, ym. Oral T4-like phage cocktail application to healthy adult volunteers from Bangladesh. Virology 2012;434:222 32. 8. Bruttin A, Brüssow H. Human volunteers receiving Escherichia coli phage T4 orally: a safety test of phage therapy. Antimicrob Agents Chemother 2005;49:2874 8. 9. Pouillot F, Chomton M, Blois H, ym. Efficacy of bacteriophage therapy in experimental sepsis and meningitis caused by a clone O25b:H4-ST131 Escherichia coli strain producing CTX-M-15. Antimicrob Agents Chemother 2012; 56:3568 75. 10. Azeredo J, Sutherland IW. The use of phages for the removal of infectious biofilms. Curr Pharm Biotechnol 2008; 9:261 6. 11. Chan BK, Abedon ST, Loc-Carrillo C. Phage cocktails and the future of phage therapy. Future Microbiol 2013;8:769 83. 12. Smith HW, Huggins MB. Successful treatment of experimental Escherichia coli infections in mice using phage: its general superiority over antibiotics. J Gen Microbiol 1982;128:307 18. 13. Drulis-Kawa Z, Majkowska-Skrobek G, Maciejewska B, Delattre AS, Lavigne R. Learning from bacteriophages advantages and limitations of phage and phage-encoded protein applications. Curr Protein Pept Sci 2012;13:699 722. 14. Merabishvili M, De Vos D, Verbeken G, ym. Selection and characterization of a candidate therapeutic bacteriophage that lyses the Escherichia coli O104:H4 strain from the 2011 outbreak in Germany. PLoS One 2012;7:e52709. 15. Goodridge LD. Designing phage therapeutics. Curr Pharm Biotechnol 2010; 11:15 27. 16. Brabban AD, Hite E, Callaway TR. Evolution of foodborne pathogens via temperate bacteriophage-mediated gene transfer. Foodborne Pathog Dis 2005;2:287 303. 17. Summers WC. Felix d Herelle and the origins of molecular biology. New Haven: Yale University Press 1999. 18. Wittebole X, De Roock S, Opal SM. A historical overview of bacteriophage therapy as an alternative to antibiotics for the treatment of bacterial pathogens. Virulence 2014;5:226 35. 19. Bruynoghe R, Maisin J. Essais de thérapeutique au moyen du bacteriophage. C R Soc Biol 1921;85:1120 1. 20. Abedon ST, Kuhl SJ, Blasdel BG, Kutter EM. Phage treatment of human infections. Bacteriophage 2011;1:66 85. 21. Sulakvelidze A, Kutter E. Bacteriophage therapy in humans. Kirjassa: Kutter E, Sulakvelidze A, toim. Bacteriophages: biology and applications. Boca Raton: CRC Press 2005, s. 381 436. 22. Chanishvili N, Chanishvili T, Tediashvili M, Parrow PA. Phages and their applications against drug resistant bacteria. J Chem Technol Biotechnol 2001;76:689 99. 23. Miedzybrodzki R, Borysowski J, Weber- Dabrowska B, ym. Clinical aspects of phage therapy. Adv Virus Res 2012;83:73 121. 24. Hanlon GW. Bacteriophages: an appraisal of their role in the treatment of bacterial infections. Int J Antimicrob Agents 2007;30:118 28. 25. Rhoads DD, Wolcott RD, Kuskowski MA, Wolcott BM, Ward LS, Sulakvelidze A. Bacteriophage therapy of venous leg ulcers in humans: results of a phase I safety trial. J Wound Care 2009;18:237 8. 26. Wright A, Hawkins CH, Anggård EE, Harper DR. A controlled clinical trial of a therapeutic bacteriophage preparation in chronic otitis due to antibiotic-resistant Pseudomonas aeruginosa; a preliminary report of efficacy. Clin Otolaryngol 2009; 34:349 57. 27. Merabishvili M, Pirnay JP, Verbeken G, ym. Quality-controlled small-scale production of a well-defined bacteriophage cocktail for use in human clinical trials. PLoS One 2009;4:e4944. 28. Sansom C. Phage therapy for severe infections tested in the first multicentre trial. Lancet Infect Dis 2015;15:1384 5. 29. Pirnay JP, Blasdel BG, Bretaudeau L, ym. Quality and safety requirements for sustainable phage therapy products. Pharm Res 2015;32:2173 9. 30. Wicklund A. Kliinisille ESKAPEE-bakteerikannoille spesifisten bakteriofagien eristäminen ja karakterisointi faagiterapiaa varten. Pro Gradu -tutkielma. Helsingin yliopisto 2014. 31. Mattila S, Ruotsalainen P, Jalasvuori M. On-demand isolation of bacteriophages against drug-resistant bacteria for personalized phage therapy. Front Microbiol 2015;6:1271. SUMMARY Possibilities of bacteriophage therapy Antibiotic resistance of bacterial pathogens has increased, and new therapies are urgently needed. Bacteriophages (phages), viruses infecting and killing bacteria, are the most abundant organisms on earth. In nature there are several specific phages for every bacterium, controlling bacterial numbers and maintaining ecological balance. Phage therapy, i.e., treating bacterial infections with phages, offers an alternative complementary to antibiotics as phages infect and kill also multi-resistant bacteria. Phages possess narrow host specificity, each phage infecting only a few bacterial species or strains. Thereby phages do not harm the normal microbiota as antibiotics do. We aim to begin clinical trials of phage therapy in Finland. 719