فاج‌ها: سلاح جدیدِ مقابله با باکتری‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک‌ها؟

فاج‌ها و امیدِ درمانِ عفونت‌های باکتریایی

ویروس‌هایی که باکتری‌ها رو آلوده می‌کنن و از بین می‌برن، یعنی فاج‌ها، دارن به عنوان یه راه درمانیِ نویدبخش برای عفونت‌های خطرناک، مخصوصا اون دسته از عفونت‌ها که به آنتی‌بیوتیک‌ها مقاوم شدن، مطرح میشن. اما دانشمندانِ ویروس‌شناس هنوز اطلاعات زیادی درباره‌ی اینکه فاج‌ها چطور توی جمعیت‌های باکتریایی (که آلوده‌شون می‌کنن) دووم میارن، ندارن. اینم خودش یه مانع برای پیشرفت درمان‌های فاجیه.

یه تحقیق که ۱۳ دسامبر توی مجله‌ی Science منتشر شد، اولین شواهد رو ارائه میده که یه نوع باکتری خاص (که میزبان فاج‌هاست) می‌تونه یه جامعه‌ی متنوع از فاج‌های رقیب رو حفظ کنه. این تحقیق (که توسط محققان دانشگاه NYU گروسمن، دانشگاه آکسفورد و دانشگاه ییل انجام شده) نشون داد که چندین نوع فاج به طور پایدار توی جمعیتِ یه نژادِ یکسان از باکتری E. coli که توی روده‌ی انسان ساکن میشه، و شامل نسخه‌های بیماری‌زا هم هست، همزیستی دارن.

محققان فهمیدن با وجود رقابت بین ویروس‌ها، انواع مختلف فاج‌ها تمایل دارن که توی سلول‌های باکتریایی (که به صورت تصادفی توی جمعیت ظاهر میشن) با سرعت‌های متفاوتی رشد کنن. به این ترتیب، هر نوع فاج تونسته یه جا برای خودش پیدا کنه و توی همون میزبان، یه همزیستی پایدار به وجود بیاره. به عنوان مثال، کمبود مواد مغذی (گرسنگی) ممکنه باعث بشه رشد بعضی از سلول‌ها کُند بشه تا از منابعِ کمیاب محافظت بشه.

توی این مطالعه، دو نوع فاج با اسم‌های N و S با هم همزیستی داشتن. چون فاج N توی سلول‌های باکتریایی‌ای که سریع‌تر رشد می‌کنن، بهتر دووم میاره و فاج S توی سلول‌های باکتریایی که کُندتر رشد می‌کنن عملکرد بهتری داره. کسایی که دارن روی درمان‌های فاجی کار می‌کنن امیدوارن که جلوی یه مشکل بزرگ که توی درمان با آنتی‌بیوتیک‌ها وجود داره رو بگیرن. اون مشکل اینه که یه دارو باکتری‌ها رو از بین میبره، اما یه بخشی از باکتری‌ها که به طور تصادفی مقاوم‌ترین‌ها هستن، زنده می‌مونن. این بازمانده‌ها خیلی نگران‌کننده هستن، چون به درمان‌های فعلی مقاوم شدن.

نورا پاینسون، نویسنده‌ی اول این مطالعه و پژوهشگرِ ارشد توی آزمایشگاه یوناس شلوتر، گفت: “دونستن اینکه چطور بیش از یه نوع فاج می‌تونه توی طولانی‌مدت روی یه باکتری زنده بمونه، می‌تونه به طراحیِ کوکتل‌های فاجیِ نسل بعدی کمک کنه.” اون اضافه کرد: “مثلا، هر نوع فاج ممکنه توی بخش‌های مختلفِ چرخه‌یِ زندگی باکتری بهش حمله کنه و این باعث میشه کل جمعیت (قبل از اینکه مقاومت به درمان پیش بیاد) از بین بره.”

دکتر پاینسون ادامه داد: “هنوز هیچ درمان فاجی‌ای به عنوان یه درمانِ استاندارد برای عفونت‌های باکتریایی شناخته نشده؛ یا چون توی تلاش‌های قبلی یه فاج نتونسته تموم باکتری‌های هدف رو از بین ببره، یا چون باکتری‌ها مقاوم شدن، دقیقا مثل مقاوم شدن به آنتی‌بیوتیک‌ها.”

آزمایشگاه‌ها در حال حاضر دارن درمان‌های فاجی رو به عنوان جایگزینی برای آنتی‌بیوتیک‌ها آزمایش می‌کنن. پل ترنر، که یکی از نویسنده‌های این مقاله و محقق دانشگاه ییل هست، مثلا داره یه آزمایش بالینی رو رهبری می‌کنه که از فاج‌ها علیه نوع Pseudomonas aeruginosa استفاده می‌کنه، که می‌تونه باعث التهابِ شدید توی ریه‌های بیماران مبتلا به فیبروز کیستیک بشه. آزمایشگاه دکتر شلوتر داره نقش فاج‌ها رو توی اکوسیستمِ روده انسان‌ها و موش‌ها بررسی می‌کنه. این بررسی می‌تونه راه رو برای درمان‌های آینده برای عفونت‌هایی مثل سالمونلا هموار کنه.

تاثیر درمان‌های باکتری‌خوار و طراحی درمان‌های جهانی

یکی از اهداف اصلی اینه که بتونیم تاثیر تجویز باکتری‌خوارها رو پیش‌بینی کنیم و درمان‌های باکتری‌خواری طراحی کنیم که برعکسِ نسخه‌های فعلی (که باید برای هر بیمار به طور خاص تنظیم بشن)، برای خیلی از بیماران در سراسر دنیا جواب بده.

اهمیت اکولوژی باکتری‌خوارها

درکِ تنوع گونه‌ها یه سوال اساسی توی اکولوژی و زیست‌شناسیِ تکاملی هست. یکی از عوامل اصلی که باعث تنوع می‌شه (از پرنده‌ها و گیاه‌ها گرفته تا باکتری‌ها) اینه که گونه‌ها راه‌هایی برای همزیستی پیدا می‌کنن، در حالی که هنوز هم دارن برای منابع با هم رقابت می‌کنن. اما ویروس‌ها به طور سنتی توی این زمینه “اجتماعی” در نظر گرفته نمی‌شدن. تیم تحقیقاتی فعلی، به صورت تجربی، یه فرضیه‌ای که مدتها مورد قبول بود رو امتحان کردن، که تنوع ژنتیکیِ باکتری‌ها، تنوع گونه‌های ویروسی رو محدود می‌کنه. این باعث شده بود که انتظار داشته باشیم یه نوع باکتری‌خوار بر بقیه غلبه کنه و تنها بازمانده باشه.

اما دقیقا مثل موجوداتِ چندسلولی که میزبان یه مجموعه‌ی وسیعی از گونه‌های باکتریایی توی میکروبیوم خودشون هستن، نتایج جدید نشون میده که یه نژاد باکتری می‌تونه خودش میزبان یه جامعه‌ی متنوع از گونه‌های باکتری‌خوار باشه. دکتر پاینسون اضافه می‌کنه: “مطالعه‌ی ما به زمینه‌ای که داره در مورد زندگی اجتماعیِ ویروس‌ها بررسی می‌شه، کمک می‌کنه. ما اغلب ویروس‌ها رو فقط از نظر تاثیرشون روی میزبان در نظر می‌گیریم، اما اونا توی زمینه با گونه‌های ویروسی دیگه هم وجود دارن. این جوامعِ باکتری‌خوار نشون میدن که چطور تنوع، حتی توی ساده‌ترین اجزای زیست‌شناسی به وجود میاد.”

جالبه که وجود یه جمعیت متنوع از باکتری‌ها توی روده انسان نشونه‌ی سلامتیه، چون یه مجموعه‌ی متنوع از گونه‌ها (میکروبیوم) بهتر می‌تونه در برابر حمله‌های هر گونه مهاجمِ بیماری‌زا مقاومت کنه. به همین ترتیب، جمعیت ویروس‌هایی که باکتری‌های ساکن روده رو اشغال می‌کنن، هم به عنوان یه تنظیم‌کننده‌ی مهمِ سلامت داره مطرح می‌شه و ترکیب‌های غیرطبیعیِ باکتری‌خوارها به شرایطی مثل سپسیس کمک می‌کنن.

دکتر شلوتر، استاد بخش میکروبیولوژی توی NYU Langone، گفت: “این کار یه تغییر توی درک ما از اکولوژی باکتری‌خوارها رو نشون میده. به لطف کار نورا، که این تحقیق رو توی یه بیماری همه‌گیر و توی چهار آزمایشگاه انجام داد، الان می‌تونیم شروع کنیم به درکِ تکامل باکتری‌خوارها وقتی که اونا توی یه جامعه با گونه‌های ویروسیِ متنوع قرار دارن و اینکه چطور این موضوع نقش اونا رو توی سلامت و بیماری شکل میده.”

به همراه دکترهای پاینسون و شلوتر در NYU Langone و دکتر ترنر در ییل، نویسندگان این مطالعه شامل آشر لیکس و اودرا نویکه از بخش اکولوژی و زیست‌شناسیِ تکاملی دانشگاه ییل؛ جاشوا گلدفورد از بخش علوم زمین‌شناسی و سیارات توی مؤسسه فناوری کالیفرنیا در پاسادنا؛ کوین فاستر از بخش زیست‌شناسی دانشگاه آکسفورد؛ و آلوارو سانچز از مؤسسه زیست‌شناسی کاربردی و ژنومیک، CSIC و دانشگاه سالامانکا توی اسپانیا بودن. دکترهای فاستر و سانچز به عنوان نویسندگان همکار در کنار دکتر پاینسون بودن.

تامینِ مالیِ بخشی از این کار از طریق بنیاد تحقیقات علوم زیستی و بنیاد سیمونز به دکتر پاینسون و از طریق جایزه‌ی نوآور جدید به دکتر شلوتر (DP2AI164318) از طرف موسسه ملی بیماری‌های خودایمنی و عفونی، که بخشی از موسسات ملی بهداشت هست، انجام شد.