Toen Isabelle Holdaway een ernstige bacteriële infectie ontwikkelde na een longtransplantatie, had ze weinig behandelingsopties. De infectie verspreidde zich door haar lichaam en was resistent tegen antibiotica. Ze heeft echter een geweldig herstel gerealiseerd dankzij genetisch gemanipuleerde virussen die de bacteriën hebben gedood.
Isabelle Holdaway's verhaal

Isabelle Holdaway was 15 jaar oud toen ze een longtransplantatie had vanwege cystische fibrose. Aangezien orgaantransplantatie vereist dat patiënten medicijnen nemen die hun immuunsysteem onderdrukken, was Holdaway vatbaar voor infecties. Artsen geloven dat ze al de Mycobacterium abscessus en bacteriën in haar systeem had, omdat het gebruikelijk is bij patiënten met cystische fibrose.

Door de immunosuppressiva konden de bacteriën ongecontroleerd in haar lichaam groeien. Ze ontwikkelde een ernstige infectie in haar borst, lever, romp en andere delen van het lichaam. De infectie was resistent tegen antibiotica, dus artsen in het Great Ormond Street Hospital in het Verenigd Koninkrijk stuurden haar naar huis voor palliatieve zorg met weinig hoop op herstel.

Holdaway's moeder onderzocht online behandelingsopties en ontdekte faagtherapie. Fagen zijn virussen die bacteriën kunnen doden en onderzoekers experimenteren er al vele jaren mee. Holdaway kreeg een experimentele faagbehandeling die haar leven redde.
Hoe fagen bacteriën doden

Bacteriofagen of fagen zijn virussen die bacteriën kunnen doden. Hoewel ze verschillende vormen en maten hebben, hebben fagen de neiging om DNA of RNA te hebben. Ontdekt in de jaren 1900, hebben fagen geholpen bij het behandelen van bacteriële infecties zoals cholera. De ontdekking van penicilline in 1928 verlegde de focus echter van fagen naarmate antibiotica populair werd.

Omdat fagen virussen zijn, kunnen ze zich niet voortplanten zonder een gastheer te infecteren. Bacteriofagen volgen meestal twee algemene processen voor het infecteren van bacteriën: de lytische cyclus en de lysogene cyclus. In de lytische cyclus infecteren de fagen bacteriën, nemen de cellen over en gebruiken ze om meer fagen te maken totdat de cellen lyseren of barsten.

In de lysogene cyclus infecteren de fagen bacteriën, brengen hun DNA in de bacteriële genetische informatie, en de cellen bevatten het DNA tijdens celdeling. Dit stuk faag-DNA wordt de profaag genoemd. Het kan actief worden en fagen maken, wat de lytische cyclus zou starten.

Het is echter belangrijk op te merken dat fagen zeer specifiek zijn. Dit betekent dat elk type een ander type bacteriën infecteert. Een enkele faag werkt mogelijk alleen op één bacteriesoort en niet op andere.
De fagen die een tiener hebben gered

Nadat de moeder van Holdaway op de hoogte was van faagtherapie, hadden de artsen van Great Ormond Street Hospital contact met Rebekah Dedrick en Graham Hatfull aan de Universiteit van Pittsburgh die een verzameling fagen had. Het programma Science Education Alliance Phage Hunters Advancing Genomics and Evolutionary Science (SEA-PHAGES), een niet-gegradueerde onderzoekscursus, hielp de collectie samen te stellen. Veel fagen zijn ontdekt door simpelweg in de grond te graven.

De onderzoekers van de Universiteit van Pittsburgh hadden de fagen voor experimenten, maar ze wisten niet welke daadwerkelijk de Mycobacterium abscessus en bacteriën zouden doden die besmette holdaway. Ze brachten weken door met het kweken van bacteriën en het behandelen ervan met verschillende fagen. In 2018 doodde een bacteriofaag die ze Muddy bacteriën noemden in een petrischaaltje.

Hoewel Muddy een belangrijke vondst was, wisten onderzoekers dat bacteriën ook resistent tegen fagen konden worden. Ze wilden meerdere fagen vinden die de lytische cyclus konden gebruiken om de infectie van de tiener te behandelen. Maanden later ontdekten ze dat de fagen ZoeJ en BP's ook de bacteriën konden beïnvloeden. Het team moest ZoeJ en BP's genetisch wijzigen om ze lytisch te maken in plaats van lysogeen. Ze creëerden een medicijncocktail van deze drie fagen voor Holdaway.
Faagbehandeling

De onderzoekers van de Universiteit van Pittsburgh brachten hun faagcocktail naar Great Ormond Street Hospital in Londen. Op dit punt was de infectie van Holdaway verder verspreid en had ze een kans van 1% om te overleven. Artsen in het ziekenhuis gaven haar een IV van de fagen en gebruikten die in een zalf, die ze op haar huid aanbrachten.

Holdaway kon het ziekenhuis na negen dagen verlaten. De wonden aan haar pols verdwenen, haar huid verbeterde en haar lever was beter. Ze blijft vandaag faagtherapie ontvangen. Artsen merkten op dat ze "bijna geen bijwerkingen" van de fagen had. Onderzoekers aarzelen echter om het op dit moment een complete remedie te noemen.

Hoewel anderen in het verleden met faagtherapie zijn behandeld, is het geval van Holdaway uniek door het gebruik van genetisch gemanipuleerde bacteriofagen. Onderzoekers hebben een gen in de fagen verwijderd en geen nieuwe toegevoegd.
Toekomst van faagtherapie

Wetenschappers willen grote klinische onderzoeken zien voordat ze faagtherapie ondersteunen als een effectieve behandeling voor bacteriële infecties. Anekdotische gevallen zoals Holdaway's bieden hoop, maar zijn niet voldoende om fagen binnenkort bij uw plaatselijke apotheek te kunnen verkopen.

Onderzoekers waarschuwen ook dat faagtherapie zeer specifiek is. De fagen die de infectie in het lichaam van Holdaway doodden, werkten niet voor een patiënt met een andere bacteriestam. Ondanks de interesse zijn faagbibliotheken nog steeds relatief klein in vergelijking met die voor bacteriën. Om een geaccepteerde behandeling te worden, zal er nog veel meer onderzoek moeten gebeuren.
Fagen versus antibiotica

Een ding dat faagonderzoekers hoop geeft, is de groeiende interesse in hun vakgebied door intensiever antibioticum verzet over de hele wereld. Infecties die voorheen met één antibioticum werden behandeld, worden nu resistent tegen meerdere geneesmiddelen. Fagen zijn echter niet eenvoudig te gebruiken als behandeling en hebben meerdere uitdagingen. Het kost bijvoorbeeld tijd om de juiste faag te vinden en te vinden die elk type bacterie kan doden.

Het gebruik van fagen in plaats van traditionele antibiotica heeft voordelen. Fagen vallen de cellen van een mens niet aan en zijn zeer specifiek voor bacteriën. Ze zouden het darmmicrobioom niet verstoren en spijsverteringsproblemen zoals typische antibiotica veroorzaken. Fagen werken ook op antibioticaresistente bacteriën en het is moeilijker voor bacteriën om resistentie tegen fagen te ontwikkelen omdat hun cellen worden vernietigd. Faagtherapie heeft veel belofte als een gepersonaliseerde behandeling in de toekomst.