Una visión histórica de la terapia fágica como alternativa a los antibióticos para el tratamiento de patógenos bacterianos

«Con el lanzamiento del nuevo Bacteriophage Journal a principios de 2011, Alexander Sulakvelidze definió los bacteriófagos como “los organismos más ubicuos de la Tierra, que desempeñan un papel vital en el mantenimiento del equilibrio microbiano en este planeta. De hecho, los bacteriófagos, o fagos, se encuentran dondequiera que esté presente su huésped bacteriano. Se ha determinado que la población de fagos en los sistemas acuáticos oscila entre 10^4 y 10^8 viriones por ml y aproximadamente 10^9 viriones por g en el suelo”». FEMS Microbiol, con un total estimado de 10^32 bacteriófagos en el planeta.

Bacteriófagos: una evaluación de su papel en el tratamiento de infecciones bacterianas. Los fagos, descritos hace casi un siglo por William Twort y descubiertos independientemente poco después por Félix d’Herelle (considerado por muchos el fundador de los bacteriófagos y su importancia terapéutica: la terapia fágica), son pequeños virus que tienen la capacidad de destruir bacterias sin afectar las líneas celulares de otros organismos. Debido a la especificidad de los huéspedes celulares diana, la aplicación de fagos se ha propuesto como terapia para tratar infecciones agudas y crónicas desde su introducción, con los primeros éxitos descritos en las disciplinas de dermatología, oftalmología, urología, estomatología, pediatría, otorrinolaringología y cirugía.

El entusiasmo inicial por la terapia fágica para tratar enfermedades bacterianas en la era preantibiótica fue, comprensiblemente, enorme. De hecho, la única terapia disponible en las décadas de 1920 y 1930 era la sueroterapia para patógenos seleccionados como los neumococos y la difteria. El uso de bacteriófagos incluso se describió con gran interés cuando el protagonista de la novela de Sinclair Lewis, ganadora del Premio Pulitzer, Arrowsmith, utilizó este tratamiento para combatir el brote de peste bubónica en una isla caribeña.

Sin embargo, este concepto del uso terapéutico de fagos para tratar infecciones bacterianas fue muy controvertido desde el principio y no fue ampliamente aceptado por el público y la comunidad médica. Los primeros estudios a menudo fueron criticados por carecer de controles adecuados y por sus resultados inconsistentes. La falta de reproducibilidad y los muchos resultados contradictorios obtenidos en varios estudios publicados llevaron a la conclusión de que la evidencia del valor terapéutico de los filtrados líticos era en gran medida contradictoria e inconclusa, y se recomendó una investigación adicional para confirmar sus supuestos beneficios. La aparición de la era de la quimioterapia antibiótica con la introducción de las sulfamidas en la década de 1930 y, posteriormente, la penicilina en la década de 1940, atenuó aún más el entusiasmo por la investigación y la terapia fágica. Cabe destacar que, durante la última década, debido a la aparición de bacterias multirresistentes, los investigadores han retomado este enfoque centenario, considerando la terapia fágica como una opción de tratamiento «nueva» y potencialmente viable para patógenos bacterianos difíciles de tratar.

Este ensayo analizará los orígenes de la terapia fágica, la biología y el ciclo de vida de los fagos, y un resumen de los datos experimentales y clínicos que respaldan la terapia fágica en el tratamiento de infecciones bacterianas multirresistentes (MDR) y la sepsis. Queda por ver si la terapia fágica alcanzará todo su potencial terapéutico en la medicina intensiva moderna, pero su aplicabilidad práctica como alternativa a los antibióticos para tratar la sepsis humana causada por patógenos portadores de múltiples genes de resistencia a los antibióticos se está considerando seriamente.

Antecedentes históricos

En 1896, Ernest Hanbury Hankin, un bacteriólogo británico que trabajaba como examinador químico y bacteriólogo para el Gobierno de las Provincias Unidas y las Provincias Centrales de la India, demostró que las aguas de los ríos indios Ganges y Yamuna contenían un principio biológico que destruía los cultivos de bacterias causantes del cólera. Esta sustancia podía pasar a través de filtros Millipore, que se sabe que retienen microorganismos más grandes como las bacterias. Publicó su trabajo en francés en los Annales de l’Institut Pasteur. Mientras estudiaba el crecimiento del virus de la viruela vacuna en medios de agar sin células en 1915, el microbiólogo británico Frederick Twort observó que los cultivos bacterianos «puros» podían asociarse con un material filtrable permeable, que podría causar que las bacterias de un cultivo se desintegraran completamente en gránulos. Este «agente filtrable» se detectó en cultivos de micrococos aislados de la viruela vacuna: el material de algunas colonias que no podían subcultivarse era capaz de infectar el nuevo crecimiento de micrococos, y esta condición podía transferirse a cultivos frescos del microorganismo durante un número de generaciones corto, casi indefinido. Este material transparente, que se encontró incapaz de crecer sin bacterias, fue descrito por Twort como un fermento excretado por el microorganismo con un propósito que no estaba claro en ese momento.

Dos años después de este informe, Félix d’Herelle describió independientemente un hallazgo experimental similar mientras estudiaba a pacientes que padecían o se recuperaban de disentería bacilar. Aisló un llamado «microbio anti-Shiga» de las heces de pacientes con shigelosis filtrando las heces incubadas durante 18 horas. Este filtrado activo, cuando se añadía a un cultivo o a una emulsión de bacilos de Shiga, podía provocar el cese del crecimiento 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 este microbio anti-Shiga inoculando animales de laboratorio para el tratamiento de la shigelosis y pareció confirmar la importancia clínica de su hallazgo al satisfacer al menos algunos de los postulados de Koch.

Aparte de la discusión real sobre el origen de d’Herelle (algunos afirman que nació en París, mientras que otros dicen Montreal), la controversia inicial fue liderada principalmente por Bordet y su colega Gartia en el Instituto Pasteur de Bruselas. Estos autores hicieron afirmaciones contrapuestas sobre la naturaleza exacta y la importancia del descubrimiento fundamental. Mientras que Twort, debido a la falta de fondos y a su afiliación con el Royal Army Medical Corps, no continuó su investigación en el mismo campo, d’Herelle introdujo el uso de bacteriófagos en la medicina clínica y publicó muchos estudios no aleatorizados de todo el mundo. También realizó tratamientos con fagos intravenosos para infecciones invasivas, y resumió todos estos hallazgos y observaciones en 1931. Sin embargo, el primer artículo publicado sobre el uso clínico de fagos fue en Bélgica por Bruynoghe y Maisin, quienes utilizaron bacteriófagos para tratar forúnculos y carbuncos cutáneos inyectando fagos específicos de Staphylococcus cerca de la base de los forúnculos cutáneos. Describieron una clara evidencia de mejora clínica en 48 horas con una reducción del dolor, la hinchazón y la fiebre en los pacientes tratados.

En ese momento, la naturaleza exacta del fago aún no se conocía y seguía siendo objeto de un debate activo y animado. 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 de su propio trabajo que los bacteriófagos eran producidos por huéspedes vivos mediante la generación de una proteína inerte, que se convierte en el fago activo por una reacción autocatalítica.

Sin embargo, varias contribuciones de otros investigadores apoyaron la idea de d’Herelle de que los fagos eran partículas vivas o virus cuando se replicaban dentro de sus células huésped. En 1928, Wollman asimiló las propiedades de los fagos con las de los genes. En 1925, Bordet y Bail confirmaron la idea de que la capacidad de los fagos para reproducirse en bacterias requiere la inserción de material codificado por fagos en las unidades hereditarias del microbio huésped. Frank Macfarlane, un científico australiano que recibió el Premio Nobel en 1960 por su trabajo sobre la inmunidad, también trabajó en la lisogenia y confirmó la naturaleza viral de los fagos, así como la naturaleza de sus interacciones con los huéspedes bacterianos. También demostró que existen diferentes tipos de fagos.

Finalmente, la invención del microscopio electrónico (ME) permitió al médico alemán Helmut Ruska describir por primera vez partículas esféricas, así como partículas con forma de «espermatozoide» de una suspensión de fagos adheridas a una membrana bacteriana. Dos años después, en su disertación, resumió su investigación más importante 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 varios tipos de fagos y describieron su estructura común: una cabeza esférica inhomogénea con una cola mucho más delgada, lo que le da la peculiar apariencia de espermatozoide. También describieron las diferentes etapas de la lisis bacteriana: aumento de la adsorción con el tiempo, daño bacteriano extenso y la aparición de un gran número de bacteriófagos recién formados.

 

Mientras que la investigación de fagos nunca se abandonó en la antigua URSS con el desarrollo del Instituto Eliava en Tiflis, Georgia, y algunos otros países como Polonia (y el conocido Instituto Hirszfeld en Breslavia), la literatura inglesa redescubrió la terapia fágica 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 EE. UU. en 2009.

En agosto de 2004, tuvo lugar la llamada Cumbre de Fagos en Key Biscayne, Florida. Más de 350 participantes asistieron a esta primera gran reunión internacional en décadas dedicada a la biología de los fagos. En general, la literatura sobre fagos se ha convertido en uno de los temas más extensos, lo que convierte a los bacteriófagos en uno de los microbios más estudiados conocidos por la ciencia. En 1958 y 1967, Raettig publicó dos bibliografías con aproximadamente 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 dominios 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 (incluso si predominan los idiomas inglés y 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 arqueales. La gran mayoría de estos virus están atenuados, mientras que una pequeña parte son poliédricos, filamentosos o pleomórficos. Se pueden clasificar por su morfología, contenido genético (ADN frente a ARN), huésped específico (por ejemplo, la familia de fagos de Staphylococcus, la familia de fagos de Pseudomonas, etc.), el lugar donde viven (virus marinos en comparación con otros hábitats) y su ciclo de vida (véase más abajo). Con el tiempo, se han propuesto nuevos formatos de clasificación, y Fauquet y Pringle sugirieron abreviaturas para estos virus en el año 2000.

Como parásito intracelular obligado de una célula bacteriana, los fagos exhiben varios ciclos de vida dentro del huésped bacteriano: lítico, lisogénico, pseudolisogénico e infección crónica.

En la terapia fágica, el principal interés se ha centrado en los fagos líticos, representados principalmente en tres familias del orden Caudovirales: Myoviridae, Siphoviridae y Podoviridae. También hay algunos informes de aplicaciones de fagos cúbicos y fagos filamentosos. La descripción general de estos fagos se puede resumir de la siguiente manera: el material genético está contenido dentro de una envoltura proteica o cápside, que tiene forma de icosaedro; esta cabeza está conectada a través de un collar a la cola, que puede ser contráctil o no, y cuyo extremo distal está en contacto con las fibras de la cola, cuyas puntas reconocen los sitios de unión en los receptores de la superficie de la célula bacteriana.

Independientemente del tipo de ciclo de vida del fago, el primer paso es la unión a los 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 demostrado 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 polisacárido liasas) que pueden descomponer las cápsulas de la estructura de exopolisacáridos antes de que puedan interactuar con su receptor específico

receptor. 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.

 

Tras 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 esto le sigue la expresión de genes fágicos tempranos que, en el caso de los fagos líticos, redirigen la maquinaria sintética bacteriana hacia la reproducción de ácidos nucleicos y proteínas virales. Luego se observa el ensamblaje y empaquetamiento de los fagos antes de que ocurra la lisis de las células bacterianas y la liberación de la progenie de fagos. Las enzimas tardías de los fagos, como las lisinas, las holinas y los inhibidores de la síntesis de mureína, se utilizan luego para la explosión de viriones en el entorno extracelular. El número de partículas virales liberadas o el tamaño de las explosiones varía mucho según el fago, el estado del huésped bacteriano y otros factores ambientales, como los componentes nutricionales que rodean al huésped.

En el ciclo lisogénico, los llamados fagos templados insertan su contenido genético (el profago) en los cromosomas bacterianos, donde permanecen inactivos durante períodos prolongados y se replican como parte del cromosoma bacteriano. Por lo tanto, no hay autorreplicación. Este ADN profágico se transmite verticalmente junto con todo el genoma bacteriano a su progenie 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 conocido como transducción. De hecho, el importante papel de los fagos en la evolución del genoma bacteriano se conoce desde hace años, y Brussow incluso describió los bacteriófagos como un medio para la transferencia horizontal de genes.

Este proceso puede promover la transferencia de genes que son de ventaja selectiva para el huésped bacteriano, incluidos los genes de resistencia a los antibióticos; sin embargo, el mismo proceso podría explotarse terapéuticamente utilizando fagos para transferir genes que hagan que las bacterias sean más susceptibles a algunos antibióticos. De hecho, Lu y Collins demostraron in vitro una mayor sensibilidad de E. coli a los antibióticos al atacar los 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 del gen se logró mediante un bacteriófago M13 específico y modificado. Curiosamente, también utilizaron la misma técnica en ratones infectados intraperitonealmente con E. coli. La supervivencia aumentó en ratones tratados simultáneamente con antibióticos y fagos modificados. Otros autores encontraron que este enfoque era similar al enfoque general de la terapia fágica, que conduce a la eliminación directa de bacterias.

 

Otro enfoque es revertir la resistencia a los patógenos inyectando genes específicos para un casete de sensibilización que confiera susceptibilidad de forma dominante. Esto fue demostrado recientemente por Edgar y sus colegas, quienes lograron hacer que las bacterias resistentes fueran susceptibles a la estreptomicina y al ácido nalidíxico.

Finalmente, la infección crónica ocurre cuando la bacteria es infectada por fagos lisogénicos que posteriormente mutan y pierden la capacidad de desencadenar un ciclo de replicación lítica. El ADN del fago se convierte en una nueva parte del cromosoma bacteriano y se convierte en una secuencia de profago a largo plazo.

 

¿Por qué necesitamos la terapia fágica?

Durante las últimas dos o tres décadas, la aparición y propagación generalizadas de bacterias resistentes a los antibióticos en todo el mundo se ha convertido en un importante desafío terapéutico.

Por ejemplo, las infecciones por SARM en EE. UU. se notificaron con una incidencia de aproximadamente 100 000 infecciones graves en 2005, lo que provocó 20 000 muertes.

Las limitadas opciones terapéuticas para tratar las bacterias multirresistentes (MDR) más importantes, conocidas por el acrónimo ESKAPE (por Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa y Enterobacter spp.), se han convertido ahora en una crisis sanitaria inminente en muchas unidades de cuidados intensivos de todo el mundo.

El tratamiento de pacientes con patógenos MDR ha demostrado, según Morales et al., aumentar el coste general de la atención y prolongar las estancias hospitalarias.

En todas las profesiones sanitarias, existe un imperativo ético de hacer todo lo que esté a nuestro alcance para preservar la eficacia de los antibióticos y reconocer que este valioso recurso se está desperdiciando mediante el uso a menudo innecesario e inapropiado de antibióticos, promoviendo así la adquisición y propagación de genes de resistencia a los antibióticos. La resistencia a los antibióticos se considera ahora una emergencia sanitaria, y muchos piden el desarrollo de nuevos medios para combatirla. Sin embargo, los antibióticos no se desarrollan en función del beneficio público directo, sino de criterios de libre mercado. A pesar de los llamamientos para el desarrollo de nuevos antibióticos en la Unión Europea (UE) y los Estados Unidos (EE. UU.),

la declaración de la Asociación Médica Mundial sobre la resistencia a los antimicrobianos (www.wma.net/e/policy/a19htm) indica una falta de nuevos antibióticos en desarrollo.

Ciertamente, se necesita un enfoque completamente nuevo y no antibiótico para tratar los patógenos bacterianos. La reaplicación de la terapia fágica podría ser una alternativa bienvenida a la quimioterapia antimicrobiana en esta fase de propagación progresiva de patógenos bacterianos MDR con una falta de nuevos antibióticos para combatir estos patógenos.

Además, la necesidad de aplicaciones de fagos ciertamente excede su uso en infecciones humanas. De hecho, el uso de bacteriófagos se ha descrito en diversas situaciones, incluyendo (pero no limitado a): seguridad alimentaria,

aplicaciones veterinarias y aplicaciones de diagnóstico clínico, como la detección y tipificación de bacterias en infecciones humanas.

 

Beneficios potenciales de la terapia fágica

Los bacteriófagos son antibióticos naturales capaces de regular las poblaciones bacterianas induciendo la lisis bacteriana. Son activos tanto contra bacterias grampositivas como gramnegativas.

Dado que el mecanismo de acción de la lisis fágica es completamente diferente al de los antibióticos, se mantiene la actividad contra bacterias que exhiben múltiples mecanismos de resistencia a los antibióticos.

Debido a su especificidad, la terapia fágica 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 daño colateral grave que se produce en las bacterias no objetivo por parte de los antibióticos. Todo el microbioma del paciente se altera con los antibióticos, no solo el patógeno objetivo. Chibani-Chennoufi et al. mostraron solo efectos menores en la microbiota intestinal en ratones después de la administración oral de terapia fágica dirigida a E. coli. La preservación de gran parte del microbioma existente durante la terapia fágica se ha confirmado en estudios microbianos cuidadosos de voluntarios adultos sanos que recibieron un cóctel de 9 fagos.

La terapia fágica también evita el posible crecimiento excesivo de patógenos secundarios.

Dado que actualmente no existen ensayos grandes, aleatorizados y controlados, es difícil evaluar los efectos secundarios y su impacto potencial. Según los informes de Polonia y la antigua Unión Soviética, la terapia fágica parece no tener efectos adversos significativos. El hecho de que los bacteriófagos solo interactúen con las células bacterianas y no interfieran con las células de mamíferos podría explicar la falta de efectos secundarios dañinos. La subnotificación podría ser otra explicación. Sin embargo, la excelente tolerabilidad del tratamiento con fagos se ha demostrado en estudios preclínicos en varios modelos animales y en varios estudios observacionales en pacientes y sujetos sanos. La administración sistémica conduce a una amplia distribución de fagos, incluida la capacidad de cruzar la barrera hematoencefálica, lo que permite utilizar estos agentes en infecciones del sistema nervioso central.

Curiosamente, al menos algunos fagos también muestran la capacidad de destruir biopelículas bacterianas.

La terapia fágica puede influir en la respuesta inflamatoria a una infección. En 51 pacientes con diversas infecciones supurativas a largo plazo, la liberación de TNFα in vivo e in vitro se atenuó después de la estimulación con LPS, basándose en el patrón inicial de los niveles séricos de TNFα. La liberación de IL-6 se redujo significativamente solo in vivo. La proteína C reactiva y el recuento de leucocitos no se vieron afectados inicialmente en esta población de pacientes, mientras que disminuyeron significativamente entre el día 9 y el día 32 en 37 pacientes que recibieron terapia fágica oral para osteomielitis, infección de prótesis articular, infecciones de piel y tejidos blandos, y en un caso, infección pulmonar.

Este fue un estudio observacional sin grupo de control y, por lo tanto, debe interpretarse con precaución. 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 afectados por la terapia fágica: en pacientes después de 3 semanas y 3 meses de terapia, se observaron precursores de neutrófilos aumentados y un índice de fagocitosis disminuido para Staphylococcus aureus en comparación con donantes sanos. Recientemente, se publicó una extensa revisión de la alteración de las respuestas inmunitarias durante la terapia fágica.

Finalmente, los aspectos económicos de la terapia fágica son prometedores. A pesar de que la duración del tratamiento se prolongó significativamente, los costes de la terapia fágica fueron menores que con el tratamiento antibiótico convencional, como se demostró en 6 pacientes con diversas infecciones estafilocócicas, incluido Staphylococcus aureus resistente a la meticilina.

Sobre todo, el hecho de que los bacteriófagos pudieran haber mejorado la eficacia en comparación con los antibióticos es la mayor esperanza para el futuro. Smith y sus colegas 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 de polisacárido K1.

Una sola dosis intramuscular de fagos anti-K1 fue tan efectiva como múltiples inyecciones de estreptomicina y superior a múltiples dosis intramusculares de tetraciclina, ampicilina, cloranfenicol o trimetoprima para curar a los animales. Hasta donde sabemos, esta observación nunca se ha confirmado en infecciones humanas.

 

Limitaciones y desventajas potenciales de la terapia fágica

A pesar de todas las ventajas resumidas anteriormente, estamos lejos de llamar a los fagos una «cura milagrosa» para tratar cualquier tipo de infección. De hecho, la dosis óptima, la vía de administración, la frecuencia y la duración del tratamiento aún deben determinarse antes de considerar ensayos clínicos generalizados.

La principal desventaja de la terapia fágica es la necesidad de determinar de forma rápida y precisa el microorganismo etiológico exacto que causa la infección. La exquisita especificidad de la terapia fágica contra patógenos específicos es una gran ventaja, pero también una carga. Se debe aislar y cultivar una muestra clínica utilizando procedimientos de diagnóstico microbiológico estándar para identificar el patógeno antes de que se pueda definir una solución de bacteriófagos específica y, posteriormente, administrarla al paciente. Las innovaciones en el diagnóstico bacteriano rápido utilizando métodos genómicos o espectrometría de masas podrían proporcionar una solución. Sin embargo, en la mayoría de los laboratorios de microbiología clínica y en los centros de atención médica con recursos limitados, este es un proceso que consume mucho tiempo.

Este problema podría resolverse potencialmente utilizando cócteles de fagos listos para usar. La selección de fagos potentes de una colección disponible después de la tipificación de fagos de las bacterias aisladas define el llamado tratamiento con cóctel de fagos compuestos. Finalmente, si no se dispone de una preparación de fagos activa y existente contra un patógeno grave, se puede aislar directamente del medio ambiente antes de prepararla para su aplicación.

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 en Bélgica.

La elección del bacteriófago para la terapia se limita a los 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 con respecto a su susceptibilidad a diversos factores externos y físicos ha sido revisada recientemente y podría ser responsable de algunas dificultades en la producción de soluciones estables.

Otra preocupación de la terapia fágica 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 incluso de bacterias más resistentes.

Por lo tanto, se preferiría el uso de fagos que no puedan empaquetar ADN huésped adicional, o fagos que utilicen ADN huésped para sintetizar su propio ADN. Esta técnica ya se ha utilizado con éxito en la terapia fágica.

El genoma de muchos fagos ha sido descifrado, y cada mes hay informes de secuencias genéticas recién identificadas. Sin embargo, estamos lejos de conocer el gen de cada tipo de fago, y la función de muchos de estos genes aún se desconoce. Por ejemplo, los genes ORFan encontrados en algunos fagos no tienen similitud con ningún otro gen en la base de datos de genes. El papel de estos genes en la promoción de efectos secundarios dañinos aún debe aclararse.

Al final de su acción antibacteriana, los fagos líticos inducen la lisis de las bacterias y liberan diversas sustancias bacterianas como la endotoxina (LPS) de las bacterias gramnegativas. Esto puede ser responsable de varios efectos secundarios en el huésped, como el desarrollo de una cascada inflamatoria que conduce a la insuficiencia multiorgánica. Sin embargo, este problema potencial también afecta a los antibióticos bactericidas rápidos actualmente disponibles.

Dado que son virus, los bacteriófagos pueden ser considerados por el sistema inmunitario del paciente como posibles invasores y, por lo tanto, ser eliminados rápidamente de la circulación sistémica por el sistema reticuloendotelial antes de que puedan acumularse en el bazo o el hígado, o pueden ser inactivados por mecanismos de defensa inmunitaria adaptativa. Esto puede conducir a una eficacia reducida con el uso prolongado o repetido.

Finalmente, el desarrollo de mecanismos de resistencia por parte del huésped bacteriano, inducidos por mutación y selección o por la adquisición de fagos templados, podría conducir a una eficacia reducida de los fagos. Existen al menos 4 mecanismos que pueden estar involucrados en la resistencia bacteriana a un fago específico. La pérdida o falta de receptor, la modificación estructural y/o el enmascaramiento del receptor impiden la adsorción del fago a las bacterias y evitan la capacidad posterior de producir nuevos fagos. La pérdida de receptores puede ocurrir cuando se cambia la composición de la superficie celular, como se ha demostrado para Bordetella spp.

Se encontró una modificación estructural para la proteína TraT de E. coli, que modifica la conformación de OmpA (proteína A de la membrana externa), el receptor de los fagos tipo T-Even. La secreción de varias moléculas (como exopolisacáridos de Pseudomonas spp. o glicoconjugados de Enterobacteriaceae) puede enmascarar el receptor, pero los fagos pueden contrarrestar esto seleccionando un nuevo receptor o secretando la enzima degradadora de exopolisacáridos.

Los otros mecanismos de resistencia incluyen la prevención de la integración del ADN del fago por el sistema de exclusión de superinfección (Sie), la degradación del ADN del fago por el sistema de defensa de restricción-modificación o por repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas (CRISPR), y el bloqueo de la replicación y transcripción del fago, la traducción o el ensamblaje de viriones por el sistema de infección abortiva.

Afortunadamente, la frecuencia de resistencia in vivo durante la terapia fágica hasta ahora se ha reportado como baja, en contraste con los análisis de resistencia in vitro observados. Además, el aislamiento de nuevos fagos activos del medio ambiente o el aislamiento progresivo de fagos «adaptados» podría ofrecer una nueva opción de tratamiento.

En la mayoría de los países, la terapia fágica no está cubierta por el seguro de salud obligatorio, lo que representa un problema financiero potencial para algunos pacientes. Hay algunas excepciones. Las autoridades suizas han decidido reembolsar los costes de la medicina complementaria durante un período de 6 años mientras se evalúa la eficacia, y el presidente de la ciudad de Breslavia (donde se encuentra el Instituto Hirszfeld), Polonia, ha creado un programa para cubrir los costes de la terapia fágica para los residentes de la ciudad; 2 ejemplos a seguir según Myedzybrodzki.

Dado que los virus bacterianos actualmente no están reconocidos como productos medicinales, las regulaciones farmacológicas, definiciones y estándares actuales en Europa no están adecuadamente adaptados a las preparaciones de fagos. Por esta razón, un grupo de investigación belga y algunos miembros del Instituto Pasteur de París desarrollaron PHAGE (por Phages for Human Application Group Europe), una organización internacional sin fines de lucro, con el objetivo de desarrollar un marco específico para el uso de bacteriófagos.

La aprobación regulatoria sigue siendo otro obstáculo. Además de las preocupaciones de seguridad, ni la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. (FDA) ni la Agencia Europea de Medicamentos tienen un proceso de aprobación que pueda adaptarse fácilmente a las combinaciones de fagos en constante cambio que las empresas necesitan desarrollar para adelantarse al desarrollo de bacterias MDR.

Datos experimentales con terapia fágica

Se han generado muchos datos experimentales desde los dos estudios seminales de Smith y Huggins, que demostraron el papel potencial de los bacteriófagos en la lucha contra las infecciones sistémicas y la enteritis en ratones, terneros, lechones y corderos a principios de la década de 1980.

Los ratones han sido ampliamente estudiados como animales experimentales, pero también hay informes de terapias fágicas en modelos de laboratorio de infecciones en ratas, pollos, conejos, terneros y corderos. Se han evaluado varios modelos de infecciones, como la inyección intraperitoneal de bacterias vivas que conducen a infección sistémica con bacteriemia, la inyección intramuscular de bacterias, la infección del sistema nervioso central, la infección pulmonar, los abscesos hepáticos, la enteritis, la infección del tracto urinario, la infección ósea, las infecciones de la piel y las heridas. Las bacterias utilizadas en estos modelos 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. Los procedimientos de administración probados para la terapia fágica incluyen la inyección intraperitoneal, la administración oral o intragástrica, las inyecciones tópicas, subcutáneas e intramusculares, y la administración intranasal. Si bien en algunos estudios la administración de fagos se consideró una medida profiláctica, el tratamiento generalmente se administró como una dosis única después del desafío bacteriano y en algunos estudios se retrasó hasta que los animales mostraron síntomas de infección diarreica o signos claros de infección grave.

En general, estos estudios mostraron efectos positivos sobre la mortalidad bajo terapia fágica, y en 3 estudios donde se evaluó la mortalidad, los resultados fueron significativamente mejores que con los antibióticos utilizados como agentes comparativos.

En un estudio del modelo de hueso infectado en ratas, el tratamiento combinado con antibióticos y bacteriófagos redujo significativamente el cultivo cuantitativo del sitio infectado al final del estudio en comparación con cualquiera de las modalidades de tratamiento administradas solas.

Aplicaciones humanas ya descritas

En el primer informe sobre el uso de bacteriófagos en humanos, se demostró la eficacia en forúnculos cutáneos estafilocócicos, y d’Herelle resumió todo su trabajo clínico en 1931. En la década de 1930, hubo un gran número de publicaciones y una monografía completa de la revista La Médicine trató sobre las aplicaciones de fagos en enfermedades humanas. Se describió el tratamiento de la fiebre tifoidea, la shigelosis y la colitis relacionada con Salmonella spp., la peritonitis, las infecciones cutáneas, las infecciones quirúrgicas (principalmente abscesos de diversas localizaciones), la septicemia, las infecciones del tracto urinario y las infecciones otorrinolaringológicas (otitis externa y forúnculos nasales).

Como se describió anteriormente, el entusiasmo por la terapia fágica en los países occidentales disminuyó en la década de 1930 debido a los informes de Eaton y sus colegas y también como consecuencia del descubrimiento y la facilidad de 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 a los países de origen de los autores. Recientemente, varios autores publicaron un resumen de esta literatura. Sin embargo, debemos señalar que la mayoría de los datos publicados provienen de estudios no aleatorizados y no controlados.

De hecho, el primer estudio aleatorizado controlado de fase I 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 de curación o la frecuencia; sin embargo, los autores no observaron efectos adversos relacionados con el tratamiento. Otro estudio aleatorizado se realizó en el Reino Unido y examinó la eficacia de aplicar una solución que contenía 6 bacteriófagos en los oídos de pacientes con otitis crónica relacionada con Pseudomonas aeruginosa. El número de colonias de P. aeruginosa en el grupo tratado en este estudio bien realizado, doble ciego y controlado con placebo disminuyó significativamente, mientras que varios indicadores clínicos subjetivos mejoraron en estos pacientes. De hecho, los pacientes informaron una intensidad reducida de síntomas como malestar, picazón, humedad y olor desagradable. Del mismo modo, los médicos responsables de los pacientes (y cegados al tratamiento asignado) informaron una reducción de las observaciones clínicas como eritema/inflamación, ulceración/granulación/pólipos y olores. No se informaron efectos adversos.

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 dirigido contra Pseudomonas aeruginosa y un miovirus dirigido contra Staphylococcus aureus. Una gran sección quemada se expuso a una única aplicación en aerosol, mientras que una parte distante de la herida sirvió como control. Si bien los resultados completos aún no se han publicado, no se informaron problemas 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 tratar infecciones bacterianas, incluidas las causadas por patógenos MDR. De hecho, la terapia con fagos presenta varias ventajas y solo se notifican pocos acontecimientos adversos, aunque no puede excluirse la infranotificación. No obstante, se requieren más estudios bien realizados para definir el papel y la seguridad de la terapia con fagos en la práctica clínica diaria para tratar a 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