ф(л)аг последней надежды
история про антибиотикорезистентность
Посвящается Н. благодаря которой я узнал про мир бактериофагов
#phagelovers
В 2015 году Том Патерсон, профессор, специализирующийся в психиатрии, отправился со своей женой Стефани Стратди, директором Global Public Health Institute в Калифорнийском университете в Сан-Диего, в очередной отпуск в Египет. Во время этого путешествия Паттерсон решил залезть в крошечную погребальную камеру Северной пирамиды в Дахшуре
Охранник некрополя то ли в шутку, то ли всерьез предупреждал Паттерсона о том, что внутри могут быть особенные “проклятые” испарения, несущие смерть всем проникшим в гробницу, но 180-сантиметровый, пышущий здоровьем американец только посмеялся с этого. И пожалел уже примерно через несколько часов.
У Паттерсона проявились странные симптомы, он резко начал выглядеть больным и изможденным. Но виду не подавал, а в беседах с женой Стефани связывал свое плохое самочувствие с египетской жарой. Поэтому пара решила продолжить путешествие и села на круиз по Нилу, чтобы посетить храмы в Луксоре и Карнаке. Такая, возможно странная для нас легкомысленность, была обусловлена еще и тем, что Стефани Страдти считалась международным экспертом по по вирусу ВИЧ, и как эпидемиолог изучала все социальные и поведенческие факторам риска, которые повышали вероятность заражения людей и распространения вируса. То есть к ее мнению можно было прислушиваться.
Шапкозакидательство было обусловлено еще и тем, что вместе пара посещала многие из самых отдаленных и опасных мест в мире. Стратди даже шутила иногда, что ее муж собирает странные инфекции и паразитов, как карточки с покемонами. Но несмотря на это никто из пары в жизни никогда еще серьезно не сталкивался с антибиотикорезистентностью. В качестве “магической защиты” пара всегда брала с собой в путешествие значительное количество цифпрофлоксацина, мощного антибиотика из семейства фторхинолонов II поколения.
Итак, после посещения Дахшура, пара села на круизный лайнер и поплыла по Нилу. Состояние Паттерсона вроде был улучшилось, у него было хорошее настроение и вечером они со Стефани провели отличный романтический ужин на палубе корабля. А уже через пару часов посреди ночи Паттерсон бросился в маленький корабельный туалет в своей каюте и скормил весь свой романтический ужин из морепродуктов корабельному унитазу. Ему было настолько плохо, что он сказал Стеффани, что им нужно прервать поездку, даже несмотря на то, что до конечного пункта путешествия- Долины царей — оставалось еще значительное расстояние. И любимая “палочка-выручалочка” путешественников, ципрофлоксацин в ударных дозах, в случае Паттерсона не оказывал никакого значимого эффект.
При этом состояние Паттерсона все время ухудшалось. У Стефани имелись обширные профессиональные связи, поэтому первым делом она позвонила доктору Роберту Скули (Robert ‘Chip’ Schooley), коллеге по Калифорнийскому университету и другу семьи, который раньше уже неоднократно помогал супругам излечиваться от очередной, привезенной из путешествия заразы, вроде фурункулов возникших после купаний в водоемах индийского Гоа. Доктор посоветовал как можно быстрее обратится к корабельному врачу. Врач появился и несмотря на протесты Паттерсона поставил ему капельницу с введением антибиотика гентамицина. Но лекарство не помогало, сильная рвота у Паттерсона продолжалась, к ней добавились острые боли в спине. У Стефани появились подозрения на то, что это приступ панкреатита. Было решено перевести больного в стационарную больницу. Лайнер не мог пришвартоваться к причалу, поэтому понадобилась помощь восьми человек, чтобы через три корабля переправить Паттерсона на берег, где его уже ждала карета скорой помощи.
Его доставили в единственную доступную городскую больницу (пока еще недостроенную), где начали немедленно колоть морфин для купирования боли вперемешку с цефалоспоринами, антибиотиками пенициллинового ряда. Но пенициллины тоже были бесполезны. Рвота продолжалась, состояние становилось все хуже. Пока Стефани в ужасе звонила в свою страховую компанию и обсуждала вопрос эвакуации из Египта, у ее мужа начались полубессознательные психотические припадки, во время которых он то кричал о том, что врачи проводят над ним эксперименты, то вспоминал о каком-то египетском полковнике, который хочет его убить. По злой же иронии получилось, что главным экспериментатором здесь была его родная жена.
На помощь египетским коллегам срочно прибыла группа специалистов из Германии. Они ввели новые виды антибиотиков и постарались стабилизировать Паттерсона для того, чтобы он смог перенести шестичасовой перелет на военный аэродром во Франкфурт. Во время осмотров Стеффани заметила, что медицинский персонал очень тщательно, уж слишком тщательно, моет руки и предплечья. И это ее очень обеспокоило. Еще больше сомнений возникло, когда ее мужа поместили в отдельную изолированную палату в отделении интенсивной терапии больницы им. Гете во Франкфурте, а на дверях повесили предупреждение на английском и немецких языках о том, что в палату запрещено входить без защитного халата и перчаток. Врачи сказали, что это сделано для того, чтобы уберечь Паттерсона от внутрибольничных инфекций и вирусов, но Стратди была уверена, что так персонал хочет защититься от того, что они привезли из Египта.
По результатам исследований в больного обнаружили не только острый панкреатит, заболевание поджелудочной железы, но и т.н. псевдокисту, которая сформировалась в брюшной полости, как о ней позднее говорила сама Стратди “она была размером с футбольный мяч”. И как вишенка на торте оказалось что бактерией, которая послужила спусковым крючком для заболевания стала акинетобактерия Баумана (лат. Acinetobacter baumannii) — т.н. “супербактерия”, номер один в ВОЗ-ском списке наиболее опасных и устойчивым к антибиотикам бактерий на планете.
Врачи понятия не имели, когда и как эта бактерия попала в организм Паттерсона. Штамм был устойчив почти ко всем распространенным антибиотикам, исключения составляли меропенем (один из карбопенемов, “антибиотик последней надежды”), таигециклин (один из группы глицилциклинов, дальний родственник тетрациклина) и колистин (или полимиксин Е, известный еще со времен Второй мировой войны своей чудовищной нейротоксичностью). Ничего из этих препаратов к Паттерсону не применяли, а обычные препараты (фторхинолоны и пенициллины) просто помогли уничтожить всех конурентов акинетобактерии Баумана и весь полезный микробиом в кишечнике. Почва была подготовлена.
Здесь стоит отметить, что когда-то A. baumannii считалась относительно безобидной бактерией, которая сосуществовала параллельно с людьми и максимум что могла так это угрожать лицам с ослабленным иммунитетом. Но за прошедшие десятилетия благодаря поглощению генов устойчивости к антибиотикам от других бактерий некоторые штаммы акинетобактерии приобрели устойчивость ко всему, что есть в арсенале современной медицины.
Эту бактерию часто называют «Iraqibacter», после того как тысячи американских солдат, служивших в Ираке во время проведения “Бури в пустыне” привезли это заболевание домой. В 2000х годах даже ходили слухи, что иракские повстанцы добавляли экскременты с A. baumannii во взрывные устройства, способствуя тем самым распространению инфекции среди противника. Хотя это просто слухи, а более вероятно, что смертельные сверхустойчивые к антибиотикам штаммы бактерии появились из-за чрезмерного использования антибиотиков в переполненных военных госпиталях в Ираке. А из Ирака все это переправлялось в медицинские центры в США и Европе.
Стеффани Стратди, которая всю жизнь посвятила эпидемиологии инфекционных заболеваний, позже писала в своих воспоминаниях, что она на своей шкуре ощутила что такое “мировой кризис устойчивости бактерий к антибиотикам”. Вскоре после того, как ее мужа перевели больницу Торнтона Калифорнийского университета, ей сообщили, что штамм внутри ее мужа теперь устойчив к трем выше перечисленным антибиотикам “последнего эшелона”. Стеффани смотрела на капельницы, которые закачивали бесполезные уже антибиотики в кровоток ее мужи и абсолютно не понимала, для чего это все тогда делается. Однажды ей даже ответили, что это все нужно лишь для того, чтобы “врачи чувствовали себя спокойно, с чувством выполненного долга”. Однажды после созвона с коллегами Стеффани услышала как один из них тихо спросил : «Кто-нибудь уже сказал ей, что муж все-таки умрет?»
Паттерсон же на протяжении месяце оставался в полукоматозном состоянии, которое перемежалось вспышками бреда. Однажды он даже созвал семейное собрание, чтобы обсудить возможность своей эвтаназии. Однажды из-за повреждения отводного дренажа инфицированная жидкость из кисты попала в брюшную полость и вызвала септический шок. Паттерсона пришлось поместить на ИВЛ и погрузить в медикаментозную кому. Теперь A. baumannii можно было найти повсюду в теле Паттерсона, от крови до мокроты.
У Стефани не осталось ничего, кроме надежды на себя. Она начала собирать информацию об этой супербактерии и с удивлением обнаружила, что информация практически отсутствует, не говоря уж о протоколах лечения. Все, на что она натолкнулась — это одна обзорная работа 2013 года, где были указано небольшое количество экспериментальных вариантов: «терапия ионным хелатированием», «антимикробные пептиды», «терапия оксидом азота», «фотодинамическая терапия», «вакцинация» и «терапия фагами».
«Терапия ионным хелатированием» и «антимикробные пептиды» были опробованы только на бактериях в лабораторных условиях и были далеки от использования на людях. Следующие «терапия оксидом азота» и «фотодинамическая терапия» — могли применяться только при заболеваниях кожи. Наконец «вакцинация» — было уже попросту поздно делать. Оставалась только «терапия фагами» — что-то такое, о чем Стефани слышала лишь в далекие времена своего обучения в колледже.
Еще больше ее удивило, что современная литература о фагах как антибактериальных средствах практически отсутствовала. Были лишь кое-какие препараты одобренные FDA для уничтожения бактерий в пище. Зато существовал огромный пласт статей о фагах, датируемый 1930-ми и 40-ми годами прошлого столетия. И описания десятков применения в Грузии, России и Польше. Она нашла статьи о пациентах, которые отчаявшись бросали все и летели в небольшую странную клинику в Тбилиси. Обрывки информации, туманные слухи и больше ничего в целом мире. Стефани ухватилась за эту надежду, пусть и не понимала с чего ей начать.
Состояние ее мужа было критическим, поэтому речь о перелете в Тбилиси даже не могла идти. Стефани начала искать того, кто бы знал, как можно провести терапию бактериофагами. Но кроме пары-тройки странных натуропатических клиник никто в США не мог с этим помочь, данный вид терапии в США не использовался с 1940х годов, полностью уступив место антибиотиками. Антибиотики были более простым, предсказуемым и коммерчески выгодным объектом. Продвинувшись в поиске информации Стефани узнала, что существуют фаги, способные убивать A. baumannii в морских свинках и крысах. Она нашла доктора Мерабишвили, исследователя из грузинского Института Элиавы, который теперь работал в Брюсселе и специализировался на поиске таких фагов. Все что нужно было Стеффани, это сделать так, чтобы FDA разрешил применить эту экспериментальную терапию. «Мы надеялись, что FDA решит, что он все равно умирает», — написала Стратди в своей биографической книге «Идеальный хищник» где описывала все мучения, которые она прошла в битве за жизнь мужа.
Ей нужно было не просто найти фаг или несколько фагов, которые могли бы убить штамм A. baumannii Паттерсона, но и заполнить десятки бюрократических документов, чтобы сделать процедуру законной. И конечно же придется проработать такие вещи, как дозировка и механизмы введения фагов.
Так начался поиск исследователей фагов в поисках варианта вируса, который мог бы убить штамм A. baumannii Паттерсона . В отличие от других фагов, которые способны работать с широким спектром штаммов и даже с похожими видами, фаги, которые заражают A. baumannii, в основном являются «типоспецифичными» — то есть они не заражают старый штамм — и поэтому нужно было бы найти тот вариант, который был бы специфичен только для изолята из тела Паттерсона.
Все образцы были отправлены Раю Янгу (Ry Young), профессору Техасского университета.
Стефани ранее читала его статью в журнале, Янг сказал что “найти фаг для заражения любой конкретной бактерии относительно легко”. Но когда женщина связалась с Янгом, то оказалось, что в случае A. baumannii за многие годы исследований удалось найти всего лишь несколько фагов. А еще Янг предупредил о том, что для лечения мужа Стефани могут понадобиться несколько разных фагов, поскольку бактерии могут очень быстро стать устойчивыми к одному типу.
Постепенно разбираясь с темой, женщина обнаружила, что на самом деле в США больше лабораторий занимающихся бактериофагами, чем могло показаться на первый взгляд. Просто многие из них не спешили заявлять о своей работе публично.
У американских военных также были специальные подразделения, которые проводили исследования фаговой терапии на солдатах возвращавшихся из Ирака. Военные сразу наотрез отказались принимать участие в лечении гражданского, но позднее представители ВМС пошли на небольшие уступки и согласились проверить свою огромную коллекцию бактериофагов (собранную, кстати, из сточных вод кораблей) на совместимость с образцом заболевания Паттерсона. Начальник отдела бактериофагологии ВМС США Бисваджит Бисвас (Biswajit Biswas), ученик известного пионера американской фаговой терапии, Карла Меррила, предложил использовать автоматический комплекс, который определял активность бактериофага против конкретного штамма бактерий.
Таким образом поиск подходящего вариант занимал часы, а не дни. Во время своих поисков Стефани услышала о том, что группа исследователей Йельского университета использовала фаги выделенные из воды озера Додж-Понд, чтобы спасти пожилого офтальмолога от антибиотикорезистентной инфекции, поразившей его сердце после операции шунтирования. Т.е. они сделали то же, что сейчас пыталась делать она.
Тем временем состояние Паттерсона стало критическим. В феврале 2016 года у него начали отказывать почки. К этому времени вокруг Стефани собралась неплохая команда. Это и Янг, который посвятил свою карьеру изучению лизиса фагов, способа, которым они уничтожают бактерии. Приближаясь к выходу на пенсию он больше всего мечтал увидеть как годы его исследований приносят реальную пользу. Это и Мерабишвили из Бельгии с опытом фаговой терапии из Грузии и фагами A. baumannii . И Бисвас, который работал над фаговой терапией с 1990-х годов. Все эти исследователи проводили эксперименты по фаговой терапии на животных, но не представляли как она сработает на людях.
Янг и Мерабишвили имели в своем арсенале всего несколько фагов против A. baumannii , но вот у Бисваса (и ВМС США) были сотни и сотни вариантов, выделенных в самых грязных и отвратительных местах мира военным бактериофагологами. И вот теперь все команды начали работать сверхурочно, чтобы проверить все имеющиеся у них фаги на активность против штамма Паттерсона.
Наконец в одну из мартовских ночей на почту Стеффани пришло письмо от Рая Янга. Он нашел три новых фага, способных уничтожить штамм A. baumannii ее мужа. Два из вирусов были выделены с грязных полов свинарников и коровников недалеко от техасской лаборатории Янга, а один пришел из стартапа по фагам, базирующегося в Сан-Диего. Позднее пришли хорошие новости и от ВМС США, Бисвас нашел в коллекции целых десять фагов, которые работали со штаммом Паттерсона, и выбрал четыре самых агрессивных.
После культивирования и концентрации триллионы фагов были сконцентрированы в лизат и в холодильнике со льдом отправлены из Техаса и военно-морской базы США в Форт-Детрике к постели мужа Стеффани в Сан-Диего. Правда возникла еще одна проблема. Та же самая, которая уже помешала внедрению фаговой терапии в Европе. Это слишком высокие уровни бактериальных токсинов. Фаги выделялись из триллионов лопнувших бактериальных клеток, а значит итоговый раствор содержал фрагменты этих клеток и мог вызвать смертельный иммунный ответ. Лизат надо было очистить и как можно более срочно.
Стеффани решила не отправлять смеси обратно в пославшие их лаборатории, а привлекла двух специалистов — Фореста Роуэра и Джереми Барра — из близлежащего университета штата Сан-Диего. Исследователям пришлось экстерном становится экспертами в очистке фагов. Задача была настолько вызывающей и необычной, что Роуэр и Барр отложили все свои другие проекты, чтобы спасти Паттерсона. Времени оставалось совсем мало.
У Паттерсона начала проявлятся симптомы полиорганной недостаточности. Он и так уже напоминал скорее машину, а не человека. Компрессоры и ИВЛ поддерживали работу его сердца и легких, медикаментозная кома защищала мозг, аппараты диализа заменяли отказавшие почки.
Пока Роуэр и Барр ждали в своей лаборатории образцы фагов, которые им необходимо было очистить, врачи в больнице где находился Паттерсон разбирались с тем, как вводить пациенту фаги. Какие нужны дозы, когда их вводить, куда вводить. Врачи до этого никогда не слышали про фаготерапию, не было никакой медицинской литературы и готовых протоколов. Никто не знал идеальной дозы, которая бы могла точно сработать на враждебную бактерию и при этом минимизировала риск анафилактического шока. К врачам подключились все доступные мировые эксперты, начался анализ всех доступных экспериментов (в т.ч. с участием мышей, крыс и морских свинок).
Одновременно пришло письмо из лаборатории где очищали фаги. Ученым удалось сжать процедуры очистки, которые у них занимали недели до нескольких часов. Первоначальный концентрат содержал около 60000 единиц эндотоксинов на миллилитр, хотя допускалось не более 1000. Роуэр и Барр смогли добится очистки в 667 единиц. Методику ученых использовали и военные бактериофагологи ВМС США, и создали очищенный вариант, который снова был отправлен в больницу к Паттерсену.
Теперь, когда имелись чистые концентрированные фаги оставалось только правильно решить куда нанести удар. Бактериофагов из лаборатории Рай Янга решили вводить в инфицированную брюшную полость. Если не будет отрицательной реакции, тогда в кровоток будут введены самые мощные бактериофаги от военных.
Теперь когда все культуры были в наличии, их должны были приготовить к введению больничные фармацевты. Необходимый последний шаг, чтобы убедиться, что каждый из фагов правильно маркирован, разбавлен и отрегулирован до нужного pH. Стеффани посоветовали идти домой, а не смотреть все время на часы.
Ночью фаги наконец были готовы. Больничные нефрологи к этому времени отложив процедуру диализа мрачно наблюдали за тем, как фаги подействуют на состояние Паттерсона. Они надеялись, что фаготерапия улучшит состояние больного и позволит ему избежать полной почечной недостаточности. Паттерсон мог умереть буквально в любой момент.
Поздно ночью в палате собрался десяток врачей разных специальностей, чтобы стать свидетелями этого необычного эксперимента. В палату зашел фармацевт с коробкой помеченной знаком “Биологическая опасность”, препарат молча разлили по шприцам и сфотографировались на память. После введения препарата ничего не произошло. Не произошло ничего и в последующие дни.
Только примерно пару дней образцы тканей Паттерсона смогли подтвердить то, насколько эффективно сработали бактериофаги против постоянно мутирующего штамма бактерии. На третий день Паттерсон смог на небольшой промежуток времени выйти из комы, поцеловал руку дочери и опять погрузился в изнуряющий сон.
Выздоровление шло очень тяжело. По мере того, как фаги уничтожали бактерии организм Паттерсона реагировал на огромное количество бактериального мусора “эндотоксинов” лавинообразным ростом количества лейкоцитов. Пациент страдал от внутренних кровотечений, которые снова начали угрожать его жизни. Вдобавок появился сепсис, который был вызван другой бактерией, но уже к счастью чувствительной к антибиотикам. После того как Паттерсон пришел в себя и был отключен от аппарата ИВЛ вдруг совершенно внезапно возникло устойчивость A. baumannii к бактериофагам из лаборатории ВМС США.
Военным бактериофагологам пришлось за считанные часы подобрать и очистить новый штамм, который помог бы добить инфекцию. Притом новый фаг округлой формы, был совершенно не похож на хвостатые фаги, которые применялись в начале эксперимента. Он нацеливался на совершенно другие участки болезнетворной бактерии и даже, предположительно, усиливал активность других фагов и даже делал работу антибиотиков более эффективной. Прошло еще несколько недель и Паттерсон наконец полностью выздоровел.
Финал этой истории был наполнен не только ликованием Стеффани и ее мужа.
Ликовала вся научная общественность мира. Ликовали Меррил, Янг, Бисвас, Мерабишвили и десятки бактериофагологов по всему миру. Событие было значимым для США, потому что в истории современной американской медицины еще не было таких прецедентов использования бактериофагов. Результаты лечения Паттерсона и невероятные, достойные экранизации, усилия команды Стеффани Стратди стали отправной точкой для разработки методов проведения фаговой терапии в США.
История взбудоражила весь мир. Военный бактериофаголог Бисвас позднее выступил с докладом в Институте Пастера с описанием этого случая. Среди зрителей, которые устроили громкую овацию докладу, был доктор Юбер Мазур, правнук Феликса д’Эрелля, человека открывшего бактериофаги миру.