Aatomi ehitus ja keemiline element (0)

FAAGITERAAPIA
Sissejuhatus
Populaarseimad   ravimid  tänapäeval  bakterhaiguste  ravimiseks on antibiootikumid . Kuna neid 
kasutatakse nii laialdaselt, on üha  suuremaks  probleemiks kujunenud patogeensetel bakteritel 
tekkinud antibiootikumide resistentsus. Seetõttu on hakatud otsima  asendusi antibiootikumiravile
ning üheks asenduseks on pakutud välja ka faagiteraapia. See kujutab endast erinevate 
bakteriofaagide või nende produktide kasutamist bakterhaiguste ravimiseks. Kuigi katsed 
faagidega on olnud edukad ning on avastatud palju eeliseid antibiootikumide ees, ei  taheta  
faagiteraapiat tänapäeva meditsiinis veel rakendada. Kardetakse , et faagidest ja nende ohutusest 
ei teata veel piisavalt ning rahvas ei pruugi veel aktsepteerida geneetiliselt modifitseeritud 
viiruseosakeste kasutamist meditsiinis (Nobrega et al., 2015).
Bakteriofaagide avastamise ajalugu ja kasutamine tänapäeval
1896. aastal avastas Briti bakterioloog Ernest Hankin Indias  Gangese  ja Jumna jõgedest 
tundmatu antibakteriaalse ühendi, mis kahandas bakterite  Vibrio  cholerae hulka jõevees ning mis
võis olla  vastutav sealse  koolera  epideemia vähenemise eest. Sarnast fenomeni märkas kaks 
aastat hiljem ka Venemaa bakterioloog Gamaleya, kui ta töötas Bacillus subtilis’ega. Mõlemad 
mehed pidasid  seda lihtsalt looduslikuks nähtuseks. Alles 1915. aastal pakkus bakterioloog 
Frederick  Twort välja erinevaid hüpoteese, mis sellist fenomeni võis põhjustada, sealhulgas 
pakkus ta välja üheks põhjustajaks ka viiruse. Kahjuks jäi finantsiliste probleemide tõttu tema 
edasine uurimine poolikuks. Kaks aastat hiljem avastas „ametlikult“ bakteriofaagid hoopis 
Prantsuse-Kanada  mikrobioloog  Felix d’Herelle. d’Herelle alustas faagide  uurimist  juba  1910 . 
aastal, kui tal tuli ravida  Mehhikos  haigeks jäänud sõdureid. Ta valmistas haigete väljaheidetest 
filtreeritud bakterivabad proovid, segas need patsientidest isoleeritud bakteri Shigella tüvedega 
ning pani segu agari  plaadile kasvama. Mõne aja  möödudes  võis plaadil näha selgeid lüüsilaike. 
Edasisel uurimisel veendus d’Herell, et sellise nähtuse põhjuseks on viirused, mis nakatavad 
baktereid.  Ta hakkas nimetama sellised viiruseid „bakteriofaagideks“, tuletades selle kreeka 
keelsetest sõnadest bakterion ja phagein (Sulakvelidze et al., 2001). Bakterion tähendab väikest 
pulgakest ja phagein sööma või alla neelama (Onions et al., 1966). 
Bakteriofaagide avastamine aitas palju kaasa mitmete teadusvaldkondade arengule, eriti 
mikrobioloogia  ja bakterite  geneetika  arengule. Kuigi oli tõestatud, et faagidel on antimikroobne 
toime, ei muutunud nende kasutamine meditsiinis bakterite põhjustatud haiguste  ravimisel  eriti 
populaarseks. Põhjuseks võib olla see, et sel ajal ei teatud väga palju faagide bioloogiast. Kui 
1940. aastatel avastati antibiootikumid, mis olid üsnagi efektiivsed bakteriaalsete haiguste 
ravimisel, jäi bakteriofaagide edasine uurimine veelgi rohkem tagaplaanile. Tänapäeval on üha 
enam  leviva  antibiootikumide  resistentsuse  tõttu hakatud otsima teisi vahendeid bakteriaalsete 
haiguste ravimiseks. Seepärast on faagide uurimine ja kasutamine meditsiinis jälle päevakorda 
tõusnud. Ida-Euroopa riikides on faagiteraapia olnud edukas. Lääne riikides seevastu ei taheta 
faagiteraapiat meditsiinis rakendada, kuna puuduvad piisavad teadmised ja oskused faagide 
modifitseerimiseks, et faagiteraapia paindlik ja edukas oleks. Samuti ei ole tehtud piisavalt in 
vivo  katseid, et olla kindlad  faagi  produktide ohutuses. Nendel põhjustel ei taha ka suured 
ravimifirmad investeerida oma raha faagiteraapia edendamiseks (Nobrega et al., 2015).
Bakteriofaagid vs antibiootikumid
Faagide peamine eelis on kõrge spetsiifilisus. Nad tunnevad ära  kindlaid  bakteritüvesid, samal 
ajal kui antibiootikumid mõjuvad paljudele  bakteritele, nii halbadele kui ka  headele  korraga. 
Faagide kasutamine bakteriaalsete haiguste ravimisel vähendab normaalse mikrofloora 
kahjustusi. Seevastu on faagide kasutamisel vajalik sihtmärk patogeeni  tuvastamine ja efektiivse 
faagi valimine. Seega võib faagiteraapia võtta mõnevõrra kauem aega kui antibiootikumidega 
ravimine (Nobrega et al., 2015). 
Erinevalt antibiootikumidest,  kutsuvad faagid väiksema tõenäosusega esile resistentsust. Seetõttu
on faagiteraapia kasutusele võtt efektiivne lahendus biofilmi tekkele ja bakterite 
multiresitsentsusele. Siiski ei ole faagiresistentsuse tekkimine täielikult välistatud. Bakterid  
võivad muutuda faagiresistentseteks näiteks siis, kui neil tekivad  mutatsioonid vastavates 
retseptorites, millega  faag kinnitub bakteriraku pinnale. Võib ka juhtuda, et need retseptorid 
kaovad mutatsioonide toimel täielikult ära. Faagiresistentsus võib tekkida ka siis, kui  bakter  
omandab restriktsiooni-modifikatsiooni süsteemi või kui bakteris tekib CRISPR järjestuste 
blokeerimisel adaptiivne  immuunsus . Mõlemal juhul omandab bakter võime lagundada sisse 
tunginud faagi DNA-d (Nobrega et al., 2015). Siiski ei ole faagiresistentsus nii ulatuslik kui 
antibiootikumide resistentsus. Faagid üldiselt ei ületa liikide vahelisi piire ning kuna faagid 
mõjuvad spetsiifiliselt üksikutele bakteritüvedele, siis tekib faagiresistentsus vaid üksikul tüvel, 
mitte tervel liigil või sugukonnal (Carlton, 1999). 
Antibiootikum  on ravim , mis peale manustamist järk-järgult laguneb organismis. Seevastu 
bakteriofaagid liiguvad kõigepealt infektsioonisaiti ning hakkavad seal kiirelt replitseeruma. 
Kuna antibiootikume juurde patsiendis ei teki, peab neid regulaarselt manustama iga teatud aja 
tagant. Peale manustamist hakkab antibiootikumide kontsentratsioon patsiendis järk-järgult 
langema ning tõuseb alles peale uue annuse andmist. Selline vahepealne ravimi langus annab 
bakteritele võimaluse aktiveerida resistentsuse  geenid , et paremini vastu pidada järgmisele 
antibiootikumide doosile. Kuid kuna faagide hulk ei lange peale manustamist patsiendis, siis ei 
anta bakteritele ka võimalust aktiveerida vastavaid resistentsuse geene. Lisaks kulub faage palju 
vähem bakterhaiguste ravimiseks kui antibiootikume, seda tänu nende iseseisvale ja kiirele 
replitseerumisele patsiendis (Carlton, 1999). Probleemiks on aga see, et faagide levik sõltub 
peremeesorganismist, nad replitseeruvad ainult infektsioonisaidis ning sihtmärk patogeeni 
puudumisel ei jää nad organismi püsima (Nobrega et al., 2015).
Antibiootikum on kindla koostisega ja muutumatu keemiline ühend ning seetõttu ei suuda ta 
kohaneda  bakterites  toimuvate mutatsioonidega. Kui bakter on muutunud resistentseks mõne 
antibiootikumi suhtes, siis jäävad tekkinud resistentsuse geenid püsima  bakterirakku ning neid 
geene võidakse edasi anda ka teistele nii sama kui võõra liigi bakteritele. Faagid on aga „elusad“ 
organismid, mis on võimelised evolutsioneeruma. Kui mõnes bakteris tekib resistentsus mõne 
kindla faagi suhtes, siis võivad toimuda selles faagis mutatsioonid, mis võimaldavad ületada 
tekkinud resistentsuse barjääre. Näiteks kui tekivad mutatsioonid bakterite endonukleaasides, 
mille tõttu lagundatakse bakterisse sattunud faagi DNA, siis võivad faagis vastukaaluks tekkida 
mutatsioonid DNA-s, mille tõttu ei ole enam bakterite endonukleaasid võimelised degradeerima 
faagi DNA-d (Carlton, 1999).
Uute faagisüsteemide arendamine on palju odavam kui uute antibiootikumide välja töötamine 
ning erinevalt antibiootikumidest, ei mõjuta faagid ning nende produktid eukarüootseid rakke. 
Seega kõrvalmõjusid esineb faagiteraapias vähem kui antibiootikumidega ravimisel (Matsuzaki, 
2005).
Bakteriofaagide genoomide  modifitseerimine
Bakteriofaagide antimikroobsete omaduste võimendamiseks on välja töötatud erinevaid 
tehnikaid. Hiljuti loodi uus in vivo tehnika:  bakteriofaagi  elektroporeeritud DNA 
rekombineerimine ehk BRED (bacteriophage recombineering of electroporated DNA). BRED 
töötati välja Mycobacterium’i faagide jaoks, kuid seda saab rakendada ka teiste faagide peal. 
BRED-i puhul viiakse elektroporatsiooni abil faagi DNA bakteriraku sisse ning plasmiidis 
olevad rekombinatsiooni geenid üleekspresseeritakse, et tõsta homoloogilise rekombinatsiooni 
sagedust faagi DNA ja sihtmärk DNA vahel. BRED-i läbiviimiseks kasutatakse enamasti faag λ-
t  või Rac profaagi. Lisaks elektroporatsioonile kasutatakse ka keemilist  transformatsiooni . Selle 
eeliseks  on DNA ülekandel väiksemate pooride teke rakumembraani (Nobrega et al., 2015).
Kõige enam üritatakse geneetiliste modifikatsioonide abil suurendada faagide peremeesringi 
(Nobrega et al., 2015). Näiteks on T7 faagi genoomi disainitud nii, et ta  hakkaks  tootma 
endosialidaase. Endosialidaasid on ensüümid , mis on võimelised K1 kapsleid lagundama ning 
seeläbi on faagid võimelised efektiivsemalt  sisenema  bakterirakku. K1 kapsel  on mõningatel 
E.coli tüvedel esinev polüsahhariidne kapsel, mis tõstab bakterite vastupanuvõimet fagotsütoosi 
ja inaktivatsiooni suhtes. Kui enne oli K1 kapsel barjääriks T7 faagile, siis nüüd on 
modifitseeritud faag võimeline sellistesse rakkudesse sisse tungima (Scholl et al., 2005). 
Bakterite massilisel hävitamisel in vivo on oht, et bakteris olevad  toksiinid  pääsevad rakust välja,
hakkavad kuhjuma organismi ning põhjustavad seal põletikke. Selle vältimiseks on üritatud 
geneetiliselt muuta faage nii, et nad ei hakkaks kiirelt replitseeruma infektsioonisaiti jõudes ning 
ei lüüsiks liiga kiirelt rakke. Selleks on faagi genoomidest välja lõigatud eksportvalke 
kodeerivaid geene või sisestatud restriktaase ja holineid ekspresseerivaid geene (Nobrega et al., 
2015). Holinid on väikesed membraanivalgud, mis  akumuleeruvad rakumembraanis. Nende 
geenidesse on programmeeritud täpne aeg, millal nad muudavad rakumembraani läbitavaks 
endolüsiinidele. Endolüsiinide toimel toimub mureiini lagundamine ning selle tagajärjel  rakk  
lüüsub. Seega holinite abil on võimalik infektsiooni aega pikendada ning vältida bakterirakkude 
massilist lüüsumist ( Wang  et al., 2000).
Faage jaotatakse kahte gruppi, sõltuvalt nende elutsüklitest peale bakterirakku sisenemist. Ühel 
juhul integreeritakse faagi  genoom  bakteri genoomi, kuhu ta jääb püsima ning iga 
rakujagunemisega paljundatakse ka faagi genoomi, ilma et peremeesrakk hävineks. Sellist tsüklit
nimetatakse lüsogeenseks tsükliks. Teisel juhul hakkavad faagid bakteris kiirelt paljunema, 
kasutades ära peremeesraku ressursse, kuni lõpuks bakteri  rakumembraan  lüüsitakse ning 
faagipartiklid pääsevad ekstratsellulaarsesse ruumi (Matsuzaki et al., 2005). Et ka lüsogeensed 
faagid põhjustaksid bakteriraku lüüsumist, on neid geneetiliselt muudetud. Neisse faagidesse on 
viidud geenid, mis  kodeerivad erinevaid antibakteriaalseid ühendeid ning need aktiveeritakse 
pärast peremeesrakku sisenemist. Toodetud produktide mõjul bakter lüüsub. Tänu sellisele 
modifitseerimisele saab kasutada edukalt ka lüsogeenseid faage bakterhaiguste ravimisel 
(Nobrega et al., 2015).
Lisaks on faage kujundatud ka nii, et nad tõhustaksid antibiootikumide antibakteriaalset toimet. 
Selleks on faagides üleekspresseeritud geenid, mis kodeerivad metsiktüüpi ja 
antibiootikumiresistentsete bakteritüvede kaitsebarjääre nõrgestavaid valke (Nobrega et al., 
2015). 
Katsetused  inimeste peal
Poolas on faagiteraapiat katsetatud inimeste peal alates 1980. aastate keskpaigast, kuid katseid on
tehtud väga väikeses ulatuses. Eestvedajateks on olnud professor S. Slopek ja tema kolleegid. 
Katsealusteks  on olnud patsiendid , kellel enamasti on kroonilised bakteriaalsed infektsioonid 
ning muud ravimid ei ole suutnud nende  olukordi  leevendada. Siiani on olnud katsealuseid 
umbes 1300 ning tänu faagiteraapiale on suudetud terveks ravida ligi 86% katsealustest. Terveks 
peeti neid, kellel oli näha märgatavat mädaerituse taandumist infektsioonisaidis või  haavade  
kinni kasvamist. Faage manustati patsientidele suukaudselt. Enne faagide organismi  viimist  anti 
katsealustele maohappesuse regulaatoreid, et tõsta pH-d maos. See oli vajalik selleks, et faage 
kaitsta liigse happesuse eest ning kindlustada nende jõudmine infektsioonisaiti (Carlton, 1999). 
Kuigi katsed olid edukad, heideti professor Slopek’ile ja tema kolleegidele ette platseebo 
kontrollide tegemata jätmist. Platseebo kontrollid kujutavad endast nö „valeravimi“ manustamist 
patsientidele, ilma et nad ise teadlikud sellest oleksid. „Valeravimil“ endal ei ole mingit mõju 
uuritava haiguse ravimisel, kuid kui see peaks töötama sama efektiivselt kui uuritav ravim, siis 
see näitab, et oletatav ravim ei anna oodatud efekti. Samuti kujunes probleemiks see, et kõiki 
katseid ei kirjeldatud piisavalt detailselt ning aeg-ajalt kasutati paralleelselt faagidele ka 
antibiootikume (Abedon et al., 2011).
Venemaal on tehtud faagiteraapia edendamiseks palju katseid inimeste peal. Näiteks Nõukogude 
Liidus oli 1970. aastatel peamine prioriteet düsenteeria ravimine. Üheks meetodiks selle 
ravimiseks oli faagiteraapia. Faage sai manustada vedelikuna, tablettidena, kreemidena, 
aerosoolidena, süstimisega ja isegi tampoonidega. Faage toodeti suurtes kogustes, kuid kuna seda
tehti saladuskatte all, siis puuduvad kindlad tõendid faagiteraapia efektiivsuse kinnitamiseks 
(Abedon et al., 2011).
Kasutatud kirjandus
Abedon, S. T., Kuhl, S. J., Blasdel, B. G., Kutter , E. M. 2011. Phage treatment of human 
infections. J. Bacteriophage. 1(2): 66–85.
Carlton, M. R. 1999. Phage  therapy : past history and future prospects. Archivum Immunologiae 
et Therapiae Experimentalis 47: 267-274.
Matsuzaki, S., Rashel, M., Uchiyama, J., Sakurai, S., Uijhara, T., Kurado, M., Ikeuchi, M., Tani, 
T., Fujieda, M., Wakiguchi, H., Imai , S. 2005. Bacteriophage therapy: revitalized therapy against 
bacterial infectious diseases. J. Infect Chemother 11: 211- 219.
Nobrega, F. L., Costa, A. R., Kluskens, L. D., Azeredo, J. R. 2015. Revisiting phage therapy: 
new applications for old resources. Trends in Microbiology TIMI- 1165  (article in press).
Onions, C. T., Friedrichsen, G. W. S., Burchfield, R. W. 1966. The  Oxford Dictionary of English  
Etymology.
Scholl, D., Adhya, S., Merril, C. 2005. Escherichia coli K1's Capsule Is a Barrier to 
Bacteriophage T7. Appl Environ Microbiol. 71(8): 4872–4874.
Sulakvelidze, A., Alavidze, Z.,  Morris , J. G. 2001. Bacteriophage Therapy. Antimicrob Agents 
Chemother 45(3): 649-659.
Wang, I. N., Smith, D. L., Young, R. 2000. Holins: the  protein clocks of bacteriophage 
infections.  Annu Rev Microbiol. 54:799-825.