“Con la introducción de la nueva revista Bacteriophage a principios de 2011, Alexander Sulakvelidze definió los bacteriófagos como «los organismos más ubicuos de la Tierra, que desempeñan un papel importante en el mantenimiento del equilibrio microbiano en este planeta. De hecho, los bacteriófagos o fagos están en todas partes donde está presente su huésped bacteriano». Se ha constatado que la población de fagos en sistemas acuáticos se sitúa entre 10^4 y 10^8 viriones por ml y alrededor de 10^9 viriones por g en el suelo.” . FEMS Microbiol, con un número total estimado de 10^32 bacteriófagos en el planeta.
Bacteriófagos: una evaluación de su papel en el tratamiento de las infecciones bacterianas. Los fagos, descritos hace casi un siglo por William Twort y descubiertos poco después de forma independiente por Félix d’Herelle (considerado por muchos el fundador de los bacteriófagos y de su importancia terapéutica: la fagoterapia), son pequeños virus con capacidad para matar bacterias. No afectan a las líneas celulares de otros organismos. Debido a la especificidad de los huéspedes celulares diana, desde su introducción se propuso el uso de fagos como terapia para tratar infecciones agudas y crónicas, con éxitos iniciales descritos primero en las disciplinas de dermatología, oftalmología, urología, estomatología, pediatría, ORL y cirugía.
La pasión inicial por la fagoterapia para tratar enfermedades bacterianas en la era previa a la antibioterapia fue, comprensiblemente, enorme. De hecho, la única terapia disponible en las décadas de 1920 y 1930 era la seroterapia para patógenos seleccionados como neumococos y difteria. El uso de bacteriófagos incluso se describió con gran interés cuando el protagonista de la novela Arrowsmith, de Sinclair Lewis, galardonada con el Premio Pulitzer, empleó este tratamiento para combatir un brote de peste bubónica en una isla del Caribe.
Sin embargo, este concepto de uso terapéutico de fagos para tratar infecciones bacterianas fue muy controvertido desde el principio y no fue aceptado de forma general por el público ni por la comunidad médica. Los primeros estudios fueron criticados con frecuencia por la falta de controles adecuados y por resultados inconsistentes. La falta de reproducibilidad y los numerosos resultados contradictorios obtenidos en los distintos estudios publicados llevaron a la conclusión de que la evidencia del valor terapéutico de los filtrados líticos era en gran medida contradictoria y poco convincente, y se recomendó además investigar para confirmar sus supuestos beneficios. La llegada de la era de la quimioterapia antibiótica, con la introducción de las sulfamidas en la década de 1930 y posteriormente de la penicilina en la de 1940, enfrió aún más el entusiasmo por la investigación y la terapia con fagos. No obstante, la fagoterapia siguió siendo un campo activo de investigación y desarrollo en la antigua URSS, en Polonia y, en menor medida, en India. Cabe destacar que, en los últimos diez años, debido a la aparición de bacterias multirresistentes, los investigadores han reconsiderado este enfoque centenario y han contemplado la fagoterapia como una opción de tratamiento “nueva” y potencialmente viable para patógenos bacterianos difíciles de tratar.
En este artículo se analizan los orígenes de la fagoterapia, la biología y el ciclo de vida de los fagos, así como un resumen de los datos experimentales y clínicos que respaldan la fagoterapia en el tratamiento de infecciones bacterianas multirresistentes (MDR) y sepsis. Está por ver si la fagoterapia llegará a desplegar todo su potencial terapéutico en la medicina intensiva moderna, pero ahora se considera seriamente su aplicabilidad práctica como alternativa a los antibióticos para tratar la sepsis humana causada por patógenos que portan múltiples genes de resistencia a antibióticos.
Antecedentes históricos
Ernest Hanbury Hankin, bacteriólogo británico que trabajó como analista químico y bacteriólogo para el gobierno de las Provincias Unidas y de las Provincias Centrales de la India, demostró en 1896 que las aguas de los ríos indios Ganga y Yamuna contenían un principio biológico que destruía cultivos de bacterias causantes del cólera. Esta sustancia podía atravesar filtros Millipore, conocidos por retener microorganismos de mayor tamaño como las bacterias. Publicó su trabajo en francés en los Annales de l’Institut Pasteur. Mientras investigaba en 1915 el crecimiento del virus vaccinia en medios de agar sin células, el microbiólogo británico Frederick Twort observó que las bacterias “puras” podían asociarse con un material filtrante permeable que, posiblemente, hacía que las bacterias de un cultivo se desintegrasen por completo en gránulos. Este “agente filtrable” se detectó en cultivos de micrococos aislados de vaccinia: el material de algunas colonias que no podía subcultivarse era capaz de infectar un nuevo crecimiento de micrococos, y este estado podía transmitirse durante un número casi indefinido de generaciones a cultivos frescos del microorganismo. Este material transparente, del que se constató que no podía crecer sin bacterias, fue descrito por Twort como un fermento secretado por el microorganismo con un propósito que en ese momento no estaba claro.
Dos años después de este informe, Félix d’Herelle describió de forma independiente un hallazgo experimental similar mientras estudiaba a pacientes que padecían disentería bacilar o se recuperaban de ella. Aisló de las heces de pacientes con shigelosis una denominada “microbia anti-Shiga”, filtrando heces incubadas durante 18 horas. Este filtrado activo, al añadirse a un cultivo o a una emulsión de bacilos Shiga, podía provocar la detención del cultivo, la muerte y, finalmente, la lisis de los bacilos. D’Herelle describió su descubrimiento como un microbio que era un microbio “verdadero” de la inmunidad y un bacteriófago obligado. También demostró la actividad de esta microbia anti-Shiga inoculando animales de laboratorio para tratar la shigelosis y pareció confirmar la relevancia clínica de su hallazgo al satisfacer, al menos, algunos de los postulados de Koch.
Al margen de la discusión sobre el propio origen de d’Herelle (algunos indican que nació en París, mientras que otros afirman que nació en Montreal), la controversia inicial fue liderada principalmente por Bordet y su colega Gartia en el Instituto Pasteur de Bruselas. Estos autores plantearon afirmaciones contrapuestas sobre la naturaleza exacta y el significado del descubrimiento fundamental. Mientras Twort no continuó sus investigaciones en el mismo campo por falta de financiación y por su pertenencia al Royal Army Medical Corps, d’Herelle impulsó el uso de bacteriófagos en la medicina clínica y publicó numerosos estudios no aleatorizados de todo el mundo. También llevó a cabo tratamientos con fagos por vía intravenosa para infecciones invasivas, y en 1931 resumió todos estos hallazgos y observaciones. Sin embargo, el primer artículo publicado sobre el uso clínico de fagos se publicó en Bélgica por Bruynoghe y Maisin, quienes utilizaron bacteriófagos para tratar forúnculos y carbuncos cutáneos mediante la inyección, cerca de la base de los forúnculos, de fagos específicos frente a estafilococos. Describieron evidencias claras de mejoría clínica en 48 horas, con disminución del dolor, la inflamación y la fiebre en los pacientes tratados.
En aquella época, la naturaleza exacta del fago aún no se conocía y seguía siendo objeto de un debate activo y vivo. La falta de conocimiento sobre la naturaleza esencial del ADN y el ARN como esencia genética de la vida impidió una comprensión más completa de la biología de los fagos a principios del siglo XX. En 1938, John Northrop concluyó, a partir de su propio trabajo, que los bacteriófagos eran producidos por huéspedes vivos mediante la generación de una proteína inerte que se convertía en el fago activo mediante una reacción autocatalítica.
Sin embargo, varias contribuciones de otros investigadores respaldaron la idea de d’Herelle de que los fagos eran partículas vivas o virus cuando se replicaban en sus células huésped. En 1928, Wollman asimiló las propiedades de los fagos a las de los genes. En 1925, Bordet y Bail confirmaron la idea de que la capacidad de reproducción de los fagos en bacterias requiere la inserción de material codificado por el fago en las unidades hereditarias del microbio huésped. Frank Macfarlane, científico australiano que recibió el Premio Nobel en 1960 por sus trabajos sobre inmunidad, también trabajó en la lisogenia y confirmó la naturaleza viral de los fagos, así como el tipo de sus interacciones con huéspedes bacterianos. También demostró que existen diferentes tipos de fagos.
Por último, la invención del microscopio electrónico (ME) permitió al médico alemán Helmut Ruska describir primero partículas redondas, así como partículas “con forma de espermatozoide”, a partir de una suspensión de fagos adherida a una membrana bacteriana. Dos años después, resumió en su tesis sus principales investigaciones sobre la naturaleza y la biología de los bacteriófagos. Un año después de la primera descripción de fagos con ME, Luria y Anderson, en Camden (Nueva Jersey), presentaron distintos tipos de fagos y describieron su estructura común: una cabeza redonda no homogénea con una cola mucho más fina, que confiere el peculiar aspecto similar al de un espermatozoide. También describieron las distintas fases de la lisis bacteriana: adsorción creciente con el tiempo, daño bacteriano extenso y aparición de un gran número de bacteriófagos recién formados.
Aunque la investigación sobre fagos nunca se abandonó en la antigua URSS, con el desarrollo del Instituto Eliava en Tiflis (Georgia), y en algunos otros países como Polonia (y el conocido Instituto Hirszfeld en Breslavia), la literatura en inglés redescubrió la fagoterapia en animales en la década de 1980 y los ensayos en humanos comenzaron en la década de 2000, con el primer estudio aleatorizado de fase I publicado en 2009 en EE. UU.
En agosto de 2004 tuvo lugar en Key Biscayne (Florida) la denominada cumbre de fagos. Más de 350 asistentes participaron en este primer gran encuentro internacional en décadas dedicado a la biología de los fagos. En conjunto, la literatura sobre fagos se ha convertido en uno de los temas más extensos, lo que hace de los bacteriófagos uno de los microbios mejor estudiados por la ciencia. En 1958 y 1967, Raettig publicó dos bibliografías con unas 11.358 referencias. En 2012, Ackerman analizó 30.000 publicaciones sobre fagos publicadas entre 1965 y 2010. Los nombres de los primeros autores representan 40 ámbitos lingüísticos o áreas geográficas y al menos 70 idiomas, lo que lleva a la conclusión de que las partículas de fagos se estudian en todo el mundo (aunque predominan el inglés y el alemán).
Tipos de fagos y biología de los fagos
Se han descubierto y descrito morfológicamente más de 6000 bacteriófagos diferentes, incluidos 6196 virus bacterianos y 88 virus arqueales. La gran mayoría de estos virus son atenuados, mientras que una pequeña parte es poliédrica, filamentosa o pleomórfica. Pueden clasificarse según su morfología, su contenido genético (ADN frente a ARN), su huésped específico (por ejemplo, la familia de fagos de estafilococos, la familia de fagos de Pseudomonas, etc.), el lugar donde viven (virus marinos frente a otros hábitats) y su ciclo de vida (véase más abajo). Con el tiempo se han propuesto nuevos formatos de clasificación, y Fauquet y Pringle propusieron abreviaturas para estos virus en el año 2000.
Como parásitos intracelulares obligados de una célula bacteriana, los fagos presentan distintos ciclos de vida dentro del huésped bacteriano: lítico, lisogénico, pseudolisogénico e infección crónica.
En la fagoterapia, el principal interés se ha centrado en los fagos líticos, representados principalmente en tres familias del orden Caudovirales: Myoviridae, Siphoviridae y Podoviridae. También existen algunos informes sobre aplicaciones de fagos cúbicos y fagos filamentosos. La descripción general de estos fagos puede resumirse del siguiente modo: el material genético está contenido en una envoltura proteica o cápside con forma de icosaedro; esta cabeza está unida a la cola mediante un collar, que puede ser contráctil o no, y cuyo extremo distal está en contacto con fibras caudales, cuyas puntas reconocen sitios de unión en receptores de la superficie celular bacteriana.
Independientemente del tipo de ciclo de vida de un fago, el primer paso consiste en unirse a receptores de la pared celular bacteriana antes de que los fagos puedan penetrar en las bacterias. Este proceso específico influye en el espectro de posibles interacciones entre fagos y bacterias. Por ejemplo, el bacteriófago λ solo interactúa con el receptor LamB de E. coli. La dinámica espacio-temporal ha mostrado que este evento es de gran importancia para una invasión bacteriana exitosa. Algunos fagos también son capaces de sintetizar enzimas específicas (como hidrolasas o polisacaridasas y liasas de polisacáridos) que pueden degradar cápsulas de estructura exopolisacárida antes de poder interactuar con su receptor específico.
Este es el caso de algunos fagos que interactúan con cepas de E. coli, V. cholerae, P. aeruginosa, E. agglomerans y P. putida. Estas enzimas son de interés potencial por sus implicaciones terapéuticas y actualmente se encuentran en desarrollo preclínico.
Al unirse a su receptor específico, los fagos inducen un poro en la pared celular bacteriana e inyectan su ADN en la célula, mientras que la cápside viral permanece fuera de la bacteria. A continuación se expresa un conjunto de genes tempranos del fago que, en el caso de los fagos líticos, redirigen la maquinaria de síntesis bacteriana hacia la reproducción de ácidos nucleicos y proteínas virales. Después se observa el ensamblaje y empaquetamiento de los fagos, antes de que se produzca la lisis de las células bacterianas y la liberación de la descendencia del fago. Las enzimas tardías del fago, como lisinas, holinas e inhibidores de la síntesis de mureína, se emplean entonces para la liberación de viriones en el entorno extracelular. El número de partículas virales liberadas o el tamaño de la liberación varía ampliamente en función del fago, del estado del huésped bacteriano y de otros factores ambientales, como los componentes nutritivos que rodean al huésped.
En el ciclo lisogénico, los denominados fagos templados insertan su contenido genético (el profago) en los cromosomas de las bacterias, donde permanecen silenciosos durante largos periodos y se replican como parte del cromosoma bacteriano. Por tanto, no hay autorreplicación. Este ADN del profago se transmite verticalmente junto con todo el genoma bacteriano a su descendencia, hasta que se induce el ciclo lítico.
Durante la inducción, el fago lisogénico puede transferir ocasionalmente material genético del huésped adyacente a su sitio de inserción en el cromosoma de una bacteria a otra, un fenómeno denominado transducción. De hecho, desde hace años se sabe que los fagos son de gran importancia para la evolución del genoma bacteriano, y Brussow incluso describió los bacteriófagos como un medio de transferencia génica lateral.
Este proceso puede favorecer la transferencia de genes que confieren una ventaja selectiva al huésped bacteriano, incluidos genes de resistencia a antibióticos; sin embargo, el mismo proceso podría aprovecharse terapéuticamente utilizando fagos para transferir genes que hagan a las bacterias más susceptibles a algunos antibióticos. De hecho, Lu y Collins demostraron in vitro una mayor sensibilidad de E. coli a antibióticos al dirigirse a mecanismos de reparación del ADN mediante la inyección de un gen específico que condujo a la sobreexpresión de una proteína que inhibe este sistema. La inserción génica se logró mediante un bacteriófago M13 específico y modificado. De forma interesante, también utilizaron la misma técnica en ratones infectados intraperitonealmente con E. coli. La supervivencia aumentó en los ratones tratados simultáneamente con antibióticos y fagos modificados. Otros autores han considerado que este enfoque es similar al enfoque general de la fagoterapia, que conduce a la eliminación directa de bacterias.
Otro enfoque consiste en revertir la resistencia de los patógenos inyectando genes específicos para una cassette de sensibilización que confiere susceptibilidad de forma dominante. Esto fue demostrado recientemente por Edgar y colaboradores, que lograron hacer susceptibles bacterias resistentes a estreptomicina y ácido nalidíxico.
Por último, la infección crónica se produce cuando la bacteria es infectada por fagos lisogénicos que posteriormente mutan y pierden la capacidad de desencadenar un ciclo de replicación lítico. El ADN del fago pasa a formar parte del cromosoma bacteriano y se convierte en una secuencia de profago a largo plazo.
¿Por qué necesitamos la fagoterapia?
En las últimas dos o tres décadas, la aparición y propagación generalizadas de bacterias resistentes a antibióticos en todo el mundo se ha convertido en un gran reto terapéutico.
Por ejemplo, en EE. UU. se notificaron infecciones por MRSA con una incidencia de aproximadamente 100.000 infecciones graves en 2005, que provocaron 20.000 muertes.
Las opciones terapéuticas limitadas para tratar las principales bacterias multirresistentes (MDR), conocidas bajo el acrónimo patógenos ESKAPE (por Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa y Enterobacter spp.), se han convertido ya en muchas UCI de todo el mundo en una crisis sanitaria inminente.
El tratamiento de pacientes con patógenos MDR, según Morales et al., incrementa el coste total de la atención y prolonga la duración de la estancia hospitalaria.
En todas las profesiones sanitarias existe una necesidad ética de hacer todo lo que esté en nuestra mano para preservar la eficacia de los antibióticos y reconocer que este valioso recurso se desperdicia por el uso a menudo innecesario e inadecuado de antibióticos, lo que favorece la adquisición y la propagación de genes de resistencia a antibióticos. La resistencia a los antibióticos se considera actualmente una emergencia sanitaria y muchos reclaman el desarrollo de nuevos medios para combatirla. Sin embargo, los antibióticos no se desarrollan en función del beneficio directo para el público, sino según criterios de libre mercado. A pesar de la demanda de desarrollar nuevos antibióticos en la Unión Europea (UE) y en Estados Unidos (EE. UU.),
Declaración de la World Medical Association sobre la resistencia a los antimicrobianos www.wma.net/e/policy/a19htm: faltan nuevos antibióticos en la cartera de desarrollo.
Sin duda se necesita un enfoque completamente nuevo, no antibiótico, para tratar patógenos bacterianos. La reintroducción de la fagoterapia podría ser una alternativa bienvenida a la quimioterapia antimicrobiana en esta fase de propagación progresiva de patógenos bacterianos MDR, junto con la falta de nuevos antibióticos para combatirlos.
Además, la necesidad de aplicaciones de fagos supera con creces su uso en infecciones humanas. De hecho, se ha descrito el uso de bacteriófagos en diversas situaciones, incluidas (entre otras): seguridad alimentaria,
aplicaciones veterinarias y aplicaciones diagnósticas clínicas como la detección y tipificación de bacterias en infecciones humanas.
Posibles ventajas de la fagoterapia
Los bacteriófagos son antibióticos naturales capaces de regular poblaciones bacterianas induciendo lisis bacteriana. Son activos frente a bacterias grampositivas, así como frente a bacterias gramnegativas.
Dado que el mecanismo de acción de la lisis por fagos es completamente distinto del de los antibióticos, se mantiene la actividad frente a bacterias que presentan múltiples mecanismos de resistencia a antibióticos.
Debido a su especificidad, la fagoterapia tiene un espectro antibacteriano estrecho, con un efecto limitado a una sola especie o, en algunos casos, a una sola cepa dentro de una especie. Esto limita la “presión” y el importante daño colateral que los antibióticos causan en bacterias circundantes no diana. Los antibióticos alteran todo el microbioma del paciente, no solo el patógeno diana previsto. Chibani-Chennoufi et al. mostraron que, tras la administración oral de una fagoterapia dirigida contra E. coli, el impacto sobre la microbiota intestinal en ratones fue escaso. La preservación de gran parte del microbioma existente durante la fagoterapia se confirmó en estudios microbianos cuidadosos en voluntarios adultos sanos que tomaron un cóctel de 9 fagos.
La fagoterapia también evita el posible sobrecrecimiento de patógenos secundarios.
Dado que actualmente no existen grandes ensayos aleatorizados y controlados, resulta difícil evaluar los efectos adversos y su posible impacto. Según los informes procedentes de Polonia y de la antigua Unión Soviética, la fagoterapia parece no presentar efectos adversos significativos. El hecho de que los bacteriófagos solo interactúen con células bacterianas y no interfieran con células de mamíferos podría explicar la ausencia de efectos secundarios dañinos. La infranotificación podría ser otra explicación. No obstante, la excelente tolerabilidad del tratamiento con fagos se ha demostrado en estudios preclínicos en diversos modelos animales y en múltiples estudios observacionales en pacientes y sujetos sanos. Con la administración sistémica, los fagos se distribuyen ampliamente, incluida la capacidad de atravesar la barrera hematoencefálica, lo que permite utilizar estos agentes en infecciones del sistema nervioso central.
De forma interesante, al menos algunos fagos también muestran la capacidad de destruir biopelículas bacterianas.
La fagoterapia puede influir en la respuesta inflamatoria a una infección. En 51 pacientes con diversas infecciones supurativas de larga duración, la liberación de TNFα in vivo e in vitro tras la estimulación con LPS se atenuó en función del patrón inicial del nivel sérico de TNFα. La liberación de IL-6 solo se redujo de forma significativa in vivo. La proteína C reactiva y el recuento de leucocitos no se vieron afectados inicialmente en esta población de pacientes, mientras que disminuyeron de forma significativa entre el día 9 y el día 32 en 37 pacientes que recibieron fagoterapia oral contra osteomielitis, infección de prótesis articular, infecciones cutáneas y de tejidos blandos y, en un caso, infección pulmonar.
Se trató de un estudio observacional sin grupo de control y, por tanto, debe interpretarse con cautela. En una observación más reciente, la PCR solo se vio afectada en pacientes cuyo nivel sérico inicial de PCR era superior a 10 mg/dl.
Los glóbulos blancos también pueden verse influenciados por la fagoterapia: en pacientes, tras 3 semanas y 3 meses de terapia, se observaron precursores de neutrófilos aumentados y un índice de fagocitosis reducido para Staphylococcus aureus en comparación con donantes sanos. Recientemente se ha publicado una revisión amplia sobre la modificación de las respuestas inmunitarias durante la fagoterapia.
Por último, los aspectos económicos de la fagoterapia son prometedores. A pesar de que la duración del tratamiento se prolongó de forma significativa, los costes de la fagoterapia fueron inferiores a los de un tratamiento antibiótico convencional, como se mostró en 6 pacientes con diversas infecciones por estafilococos, incluido Staphylococcus aureus resistente a meticilina.
Sobre todo, la posibilidad de que los bacteriófagos presenten una eficacia mejorada en comparación con los antibióticos es la mayor esperanza de futuro. Smith y colaboradores demostraron este hallazgo por primera vez a principios de la década de 1980, cuando indujeron una infección letal por E. coli en ratones con una cepa altamente virulenta que expresaba una cápsula polisacárida K1.
Una única dosis intramuscular de fagos anti-K1 fue tan eficaz como varias inyecciones de estreptomicina y fue superior a varias dosis intramusculares de tetraciclina, ampicilina, cloranfenicol o trimetoprim para curar a los animales. Hasta donde sabemos, esta observación nunca se ha confirmado en infecciones humanas.
Posibles limitaciones e inconvenientes de la fagoterapia
A pesar de todas las ventajas resumidas anteriormente, estamos lejos de poder denominar a los fagos un “remedio milagroso” para tratar cualquier tipo de infección. De hecho, aún deben establecerse la dosis óptima, la vía de administración, la frecuencia y la duración del tratamiento antes de considerar ensayos clínicos generalizados.
El principal inconveniente de la fagoterapia es la necesidad de determinar con rapidez y precisión el microorganismo etiológico exacto que causa la infección. La extraordinaria especificidad de la fagoterapia frente a determinados patógenos es una gran ventaja, pero también una carga. Debe aislarse y cultivarse una muestra clínica mediante procedimientos diagnósticos microbiológicos estándar para identificar el patógeno, antes de poder definir una solución de bacteriófagos específica y administrarla posteriormente al paciente. Las innovaciones en el diagnóstico bacteriano rápido mediante métodos genómicos o el uso de espectrometría de masas podrían ayudar. Sin embargo, en la mayoría de los laboratorios de microbiología clínica y en entornos sanitarios con recursos limitados, este es un proceso que consume tiempo.
Este problema podría resolverse potencialmente mediante el uso de cócteles de fagos listos para usar. La selección de fagos potentes de una colección disponible tras la tipificación por fagos de las bacterias aisladas define el denominado tratamiento con cóctel de fagos compuesto. Por último, si no existe un preparado de fagos activo disponible frente a un patógeno grave, puede aislarse directamente del entorno antes de prepararlo para su uso.
Por ejemplo, durante el reciente brote de E. coli O104:H4 en Alemania, se encontraron fagos líticos activos en la colección del Instituto Eliava (Georgia), así como en las aguas residuales del Hospital Militar de Bruselas (Bélgica).
La elección del bacteriófago para la terapia se limita a fagos líticos.
De hecho, los fagos lisogénicos inducen una lisis retardada, lo que impide el uso de estos fagos en una infección aguda. Aunque existen métodos estandarizados para generar cócteles de fagos, no hay directrices oficiales claras.
La estabilidad de los virus en relación con su susceptibilidad a diversos factores externos y físicos se ha revisado recientemente y podría ser responsable de algunas dificultades en la fabricación de soluciones estables.
Otra preocupación de la fagoterapia es la capacidad potencial de los bacteriófagos para transferir ADN de una bacteria a otra. Esta transferencia de material genético o transducción podría ser responsable de la transferencia de determinantes de patogenicidad y factores de virulencia, lo que podría conducir al desarrollo de un nuevo microbio o de bacterias aún más resistentes.
Por tanto, sería preferible utilizar fagos que no sean capaces de empaquetar ADN adicional del huésped, o fagos que utilicen el ADN del huésped para sintetizar su propio ADN. Esta técnica ya se ha utilizado con éxito en la fagoterapia.
El genoma de muchos fagos se ha descifrado y cada mes se publican informes sobre secuencias génicas recién identificadas. Sin embargo, estamos lejos de conocer el genoma de cada tipo de fago y la función de muchos de estos genes sigue siendo desconocida. Por ejemplo, los genes ORFan encontrados en algunos fagos no presentan similitud con ningún otro gen en la base de datos genómica. Aún debe aclararse el papel de estos genes en la promoción de efectos secundarios perjudiciales.
Al final de su acción antibacteriana, los fagos líticos inducen la lisis de bacterias y liberan diversas sustancias bacterianas, como endotoxina (LPS) de bacterias gramnegativas. Esto puede ser responsable de diversos efectos adversos en el huésped, como el desarrollo de una cascada inflamatoria que conduce al fallo multiorgánico. No obstante, este problema potencial también afecta a los antibióticos bactericidas de acción rápida disponibles actualmente.
Dado que son virus, los bacteriófagos pueden ser considerados por el sistema inmunitario del paciente como un posible invasor y, por tanto, ser eliminados rápidamente de la circulación sistémica por el sistema reticuloendotelial antes de poder acumularse en el bazo o el hígado, o ser inactivados por mecanismos de defensa inmunitaria adaptativa. Esto puede conducir a una eficacia reducida con el uso prolongado o repetido.
Por último, el desarrollo de mecanismos de resistencia por parte del huésped bacteriano, ya sea por mutación y selección o por adquisición de fagos templados, podría conducir a una menor eficacia de los fagos. Existen al menos 4 mecanismos que pueden estar implicados en la resistencia bacteriana a un fago específico. La pérdida o ausencia de receptor, la modificación estructural y/o el enmascaramiento del receptor impiden la adsorción del fago a la bacteria y evitan la capacidad posterior de generar nuevos fagos. La pérdida de receptor puede producirse cuando se modifica la composición de la superficie celular, como se ha mostrado para Bordetella spp.
En el caso de la proteína TraT de E. coli se ha identificado una modificación estructural que modifica la conformación de OmpA (Outer-Membrane Protein A), el receptor de fagos similares a T-even. La secreción de diversas moléculas (como exopolisacáridos de Pseudomonas spp. o glicoconjugados de Enterobacteriacae) puede enmascarar el receptor, pero los fagos pueden contrarrestarlo seleccionando un nuevo receptor o secretando la enzima que degrada el exopolisacárido.
Otros mecanismos de resistencia incluyen la prevención de la integración del ADN del fago mediante el sistema de exclusión de superinfección (Sie), la degradación del ADN del fago por el sistema defensivo de restricción-modificación o por Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR), y el bloqueo de la replicación y transcripción del fago, la traducción o el ensamblaje de viriones mediante el sistema de infección abortiva.
Afortunadamente, según los informes, la frecuencia de resistencias in vivo durante la fagoterapia ha sido hasta ahora baja, en contraste con los análisis de resistencia in vitro observados. Además, el aislamiento de nuevos fagos activos del entorno o el aislamiento progresivo de fagos “adaptados” podría ofrecer una nueva opción terapéutica.
En la mayoría de los países, la fagoterapia no está cubierta por el seguro sanitario público, lo que supone un posible problema financiero para algunos pacientes. Existen algunas excepciones. Las autoridades suizas han decidido reembolsar los costes de la medicina complementaria durante un periodo de 6 años mientras se evalúa su eficacia, y el presidente de la ciudad de Wroclaw (donde se encuentra el Instituto Hirszfeld), en Polonia, ha creado un programa para cubrir los costes de la fagoterapia para los residentes de la ciudad; 2 ejemplos a seguir según Myedzybrodzki.
Dado que los virus bacterianos no se reconocen actualmente como medicamentos, la normativa farmacológica vigente, las definiciones y los estándares en Europa no se adaptan adecuadamente a los preparados de fagos. Por este motivo, un grupo de investigación belga y algunos miembros del Instituto Pasteur de París desarrollaron PHAGE (Phage Human Application Group Europe), una organización internacional sin ánimo de lucro, con el objetivo de desarrollar un marco específico para el uso de bacteriófagos.
La autorización regulatoria sigue siendo otro obstáculo. Además de las preocupaciones de seguridad, ni la agencia estadounidense FDA ni la Agencia Europea de Medicamentos disponen de un procedimiento de aprobación que pueda acomodar fácilmente las combinaciones de fagos en constante cambio que las empresas deben desarrollar para adelantarse a la evolución de las bacterias MDR.
Datos experimentales con fagoterapia
Se han generado numerosos datos experimentales desde los dos estudios pioneros de Smith y Huggins, que a principios de la década de 1980 demostraron el papel potencial de los bacteriófagos en el control de infecciones sistémicas y enteritis en ratones, terneros, lechones y corderos.
Los ratones se han estudiado ampliamente como animales de experimentación, pero también existen informes de fagoterapia en modelos de laboratorio de infecciones en ratas, pollos, conejos, terneros y corderos. Se evaluaron distintos modelos de infección, como la inyección intraperitoneal de bacterias vivas que condujo a una infección sistémica con bacteriemia, la inyección intramuscular de bacterias, una infección del sistema nervioso central, una infección pulmonar, abscesos hepáticos, una enteritis, una infección urinaria, una infección ósea, infecciones cutáneas y de heridas. Entre las bacterias utilizadas en estos modelos se incluyeron E. coli, bacterias MDR (Pseudomonas aeruginosa, E. coli y K. pneumoniae productoras de ESBL, Enterococcus faecium resistente a vancomicina), Staphylococcus aureus y Chronobacter turicensis. Algunas cepas se aislaron directamente de pacientes. Las vías de administración de la fagoterapia evaluadas incluyen la inyección intraperitoneal, la administración oral o intragástrica, aplicaciones tópicas, inyecciones subcutáneas e intramusculares y la administración intranasal. Aunque en algunos estudios la administración de fagos se consideró una medida profiláctica, el tratamiento se administró por lo general como una dosis única tras el desafío bacteriano y, en algunos estudios, se retrasó hasta que los animales mostraron síntomas de infección como diarrea o signos claros de infección grave.
En conjunto, estos estudios mostraron efectos positivos sobre la mortalidad con fagoterapia y, en 3 estudios en los que se evaluó la mortalidad, los resultados fueron significativamente mejores que con los antibióticos utilizados como comparadores.
En un estudio de un modelo de infección ósea en ratas, el tratamiento combinado antibiótico-bacteriófago redujo de forma significativa el cultivo cuantitativo del sitio infectado al final del estudio en comparación con ambas modalidades de tratamiento administradas por separado.
Aplicaciones en humanos ya descritas
En el primer informe sobre el uso de bacteriófagos en humanos se describió la eficacia en forúnculos cutáneos por estafilococos, y d’Herelle resumió en 1931 todo su trabajo clínico. En la década de 1930 hubo un gran número de publicaciones y una monografía completa de la revista La Médicine se ocupó de las aplicaciones de fagos en enfermedades humanas. Se describió el tratamiento del tifus, colitis causada por Shigella y Salmonella spp., peritonitis, infecciones cutáneas, infecciones quirúrgicas (principalmente abscesos de diversas localizaciones), septicemia, infecciones urinarias e infecciones otorrinolaringológicas (otitis externa y surcos nasales).
Sin embargo, como ya se ha descrito, el entusiasmo por la terapia fágica en los países occidentales disminuyó en la década de 1930 debido a los informes de Eaton y colaboradores, y también como consecuencia del descubrimiento y el fácil uso de los antibióticos. El uso de bacteriófagos continuó en los países del este, y con el tiempo se publicaron numerosos informes, principalmente en Polonia y Georgia (antigua URSS). El uso de literatura no inglesa (principalmente rusa y polaca) probablemente explica el hecho de que estos informes se limitaran al país de origen de los autores. Recientemente, varios autores publicaron un resumen de esta literatura; sin embargo, debemos tener en cuenta que la mayoría de los datos publicados provienen de estudios no aleatorizados y no controlados.
De hecho, el primer estudio controlado de fase I aleatorizado realizado en los Estados Unidos se publicó en 2009. Evaluó la seguridad de un cóctel de fagos dirigido contra E. coli, S. aureus y Pseudomonas aeruginosa en 42 pacientes con úlceras venosas crónicas en las piernas. El estudio no pudo demostrar resultados positivos como la tasa o frecuencia de curación, pero los autores no observaron efectos secundarios relacionados con el tratamiento. Otro estudio aleatorizado se llevó a cabo en el Reino Unido y examinó la eficacia de la aplicación de una solución con 6 bacteriófagos en los oídos de pacientes con otitis crónica causada por Pseudomonas aeruginosa. El número de colonias de P. aeruginosa en el grupo tratado disminuyó significativamente en este estudio bien realizado, doble ciego y controlado con placebo, mientras que varios indicadores clínicos subjetivos mejoraron en estos pacientes. De hecho, los pacientes informaron de una menor intensidad de síntomas como malestar, picazón, humedad y olor desagradable. Del mismo modo, los médicos responsables de los pacientes (y cegados al tratamiento asignado) informaron de una reducción de las observaciones clínicas como eritema/inflamación, ulceraciones/granulaciones/pólipos y olores. No se informaron efectos secundarios.
Recientemente, se realizó un pequeño estudio de fase I con 9 pacientes tratados en el Centro de Quemados del Hospital Militar Reina Astrid en Bruselas, Bélgica. Los pacientes fueron tratados localmente con el cóctel de fagos BFC-1, que contenía 3 fagos líticos: un miovirus, un podovirus contra Pseudomonas aeruginosa y un miovirus dirigido contra Staphylococcus aureus. Una gran sección quemada fue expuesta a una única aplicación en aerosol, mientras que una parte distante de la herida sirvió como control. Aunque los resultados completos aún no se han publicado, no se informó ningún problema de seguridad.
Finalmente, un estudio controlado aleatorizado confirmó la seguridad de una solución de fagos administrada por vía oral en pacientes sanos no infectados.
Conclusiones
Los bacteriófagos son una posible herramienta alternativa para el tratamiento de infecciones bacterianas, incluidas las causadas por patógenos multirresistentes. De hecho, la terapia fágica presenta varias ventajas y se informan pocos eventos adversos, pero no se puede descartar una subnotificación. Sin embargo, se necesitan más estudios bien realizados para definir el papel y la seguridad de la terapia fágica en la práctica clínica diaria para el tratamiento de pacientes con diversas infecciones.
Además, el uso directo de proteínas codificadas por fagos como endolisinas, exopolisacaridasas y holinas ha demostrado ser una alternativa prometedora a los productos antibacterianos. Sin embargo, este tema excedería el alcance de esta revisión.»
Traducción automática de la fuente: https://doi.org/10.4161/viru.25991
Xavier Wittebole, Sophie De Roock & Steven M Opal
