Бактериофаги E. coli смягчают воспаление кишечника у мышей

Адгезивно-инвазивные штаммы Escherichia coli (AIEC) провоцируют воспаление и участвуют в патогенезе болезни Крона (БК) и язвенного колита. Во время обострений пациентам часто назначают антибиотики, однако они могут усугублять дисбиоз и повышать риск инфекции Clostridioides difficile. Альтернатива антибиотикотерапии — это лечение бактериофагами, заражающими патогенные бактерии. Авторы статьи в Science Translational Medicine показали на мышиной модели, что бактериофаг, заражающий AIEC, снижает ее вирулентность и смягчает симптомы колита.

Ученые колонизировали мышей, лишенных микробиоты, модельными бактериальными сообществами, которые содержали один из трех штаммов AEIC: C0004, LF82 или NRG857c (первый изолят был получен из мочи, два других — от пациентов с БК). Через три недели они оценивали, как каждый из штаммов повлияет на развитие воспаления при остром повреждении кишечника, вызванном 2%-ным декстрансульфатом натрия (DSS). У мышей, в микробиоте которых имелась E. coli, развивался более тяжелый колит, чем в отсутствие кишечной палочки. Но тяжесть зависела от конкретного штамма — у мышей с NRG857c клинические признаки колита, включая жидкий стул и скрытую кровь в кале, возникали на двое суток раньше, чем у мышей с другими изолятами E. coli. 

Затем авторы провели скрининг фагов, способных заражать NRG857c, LF82 и C0004. По его результатам они отобрали литические фаги HER259 и HER262, инфицировавшие оба изолята от пациентов с БК, и показали, что in vitro эти фаги сдерживали бактериальную нагрузку и снижали формирование биопленок. 

Терапевтический эффект фага HER259 оценили на мышах, колонизированных NRG857c. В течение 14 дней животным перорально вводили фагов либо контрольный буфер — ежедневно или трижды в неделю. До и после лечения авторы проводили секвенирование генов 16S рРНК в образцах кала мышей и не обнаружили значительных изменений в составе кишечной микробиоты. Однако терапия фагами смягчала симптомы колита, вызванного затем DSS (причем от частоты приема фагов эффект не зависел). 

Ассоциированные с воспалением штаммы E. coli, включая NRG857c, склонны к образованию биопленок in vivo. В их формировании участвует адгезивный белок FimH. Ученые выделили колонии NRG857c из образцов кала мышей до и после терапии фагами. Способность к образованию биопленок значительно снижалась после 14-дневного лечения фагами. Однако снижение вирулентности не зависело напрямую от FimH и даже не требовало его экспрессии. 

Еще один важный элемент, регулирующий адгезию E. coli — это генетический переключатель fimS, который отвечает за экспрессию белков пилей 1 типа, то есть адгезионных структур. Ученые получили модель колита при активации fimS (высоком соотношении «включенной» формы к «выключенной») и показали, что терапия фагами снижает степень активации. Она также смягчала симптомы колита у модельных мышей.

Однако авторы также установили, что для поддержания терапевтического эффекта требуется хронический режим лечения — через 16 недель после того, как мыши перестали получать фагов, вирулентность NRG857c в их кишечнике восстанавливалась до исходной. При хроническом же лечении HER259 препятствовал повторному возникновению колита. 

Наконец, исследователи показали, что бактериофаг HER259 усиливал действие будесонида — противовоспалительного синтетического стероида, который нередко назначают пациентам с колитом легкой и средней тяжести. Эффект не был связан с микробным метаболизмом самого препарата. 

Работа демонстрирует, что бактериофаг HER259, способный заражать связанные с патогенезом БК штаммы кишечной палочки, облегчил симптомы колита в мышиных моделях. Это было связано с тем, что фаг снижал вирулентность штамма, переключая регулятор fimS в «выключенное» положение. Авторы рассчитывают, что таргетная терапия бактериофагами станет ценным дополнением к существущим методам лечения воспалительных заболеваний кишечника.

Фаговая терапия временно помогла при энтерококковой бактериемии