Fag menyuntikkan genomnya ke dalam sel bakteriSebuah mikrograf elektron bakteriofag yang melekat pada sel bakteri. Virus-virus ini adalah ukuran dan bentuk coliphage T1.
Terapi fag atau terapifag virus adalah penggunaan terapibakteriofag untuk mengobati infeksi bakteripatogen.[1] Terapi fag memiliki banyak aplikasi potensial dalam kedokteran manusia serta kedokteran gigi, ilmu kedokteran hewan, dan pertanian.[2] Jika inang target terapi fag bukan hewan, istilah "biokontrol" (seperti dalam biokontrol bakteri yang diperantarai fag) biasanya digunakan, alih-alih "terapi fag".
Bakteriofag bekerja dengan jauh lebih spesifik daripada antibiotik. Mereka biasanya tidak berbahaya terhadap organisme inang juga terhadap bakteri menguntungkan lainnya, seperti flora usus, mengurangi kemungkinan infeksi oportunistik.[3] Bakteriofag memiliki indeks terapi yang tinggi, yaitu terapi fag diperkirakan akan menimbulkan beberapa efek samping. Karena fag bereplikasi in vivo (dalam sel organisme hidup), dosis efektif yang lebih kecil dapat digunakan.
Kekhususan ini juga merupakan kerugian: fag akan membunuh bakteri hanya jika cocok dengan galur spesifik. Akibatnya, campuran fag ("koktail") sering digunakan untuk meningkatkan peluang keberhasilan. Atau, sampel yang diambil dari pemulihan pasien kadang-kadang mengandung fag yang sesuai yang dapat ditanam untuk menyembuhkan pasien lain yang terinfeksi dengan galur yang sama.
Fag cenderung lebih berhasil daripada antibiotik dalam kasus biofilm yang ditutupi oleh lapisan polisakarida, yang biasanya tidak dapat ditembus oleh antibiotik.[4] Di Barat, saat ini tidak ada terapi fag yang diizinkan untuk digunakan pada manusia.[5]
Fag saat ini digunakan secara terapi untuk mengobati infeksi bakteri yang tidak merespon antibiotik konvensional, terutama di Rusia[6] dan Georgia.[7][8][9] Ada juga unit terapi fag di Wrocław, Polandia, yang didirikan tahun 2005, satu-satunya pusat semacam itu di negara Uni Eropa.[10]
Penemuan bakteriofag dilaporkan oleh orang Inggris, Frederick Twort pada tahun 1915[11] dan Felix d'Hérelle dari Perancis-Kanada pada tahun 1917.[12][13] D'Hérelle mengatakan bahwa fag selalu muncul di kursi pasien disentri Shigella tak lama sebelum mereka mulai pulih.[14] Ia "dengan cepat mengetahui bahwa bakteriofag ditemukan di mana pun bakteri berkembang: di selokan, di sungai yang menangkap limpasan limbah dari pipa, dan di tinja pasien yang baru sembuh".[15] Terapi fag segera diakui oleh banyak orang sebagai cara kunci ke depan untuk pemberantasan infeksi bakteri patogen. Seorang Georgia, George Eliava, membuat penemuan serupa. Dia melakukan perjalanan ke Institut Pasteur di Paris di mana dia bertemu d'Hérelle, dan pada tahun 1923 dia mendirikan Institut Eliava di Tbilisi, Georgia, yang dikhususkan untuk pengembangan terapi fag. Terapi fag digunakan di Rusia, Georgia, dan Polandia.
Di Rusia, penelitian dan pengembangan yang luas segera dimulai di bidang ini. Di Amerika Serikat selama 1940-an komersialisasi terapi fage dilakukan oleh Eli Lilly and Company.
Sementara pengetahuan mengenai biologi fag dan bagaimana menggunakan koktail fag dengan benar sedang dikumpulkan, penggunaan awal terapi fag sering tidak dapat diandalkan.[16] Sejak awal abad ke-20, penelitian tentang pengembangan terapi antibiotik yang layak juga telah dilakukan, dan pada tahun 1942 antibiotik penisilin G telah berhasil dimurnikan dan digunakan selama Perang Dunia Kedua. Obat itu terbukti sangat efektif dalam perawatan tentara Sekutu yang terluka yang luka-lukanya telah terinfeksi. Pada 1944, produksi besar-besaran Penicillin telah dimungkinkan, dan pada 1945 menjadi tersedia untuk umum di apotek. Karena keberhasilan obat itu, obat ini dipasarkan secara luas di AS dan Eropa, yang menyebabkan sebagian besar ilmuwan Barat kehilangan minat untuk menggunakan lebih lanjut dan mempelajari terapi fag selama beberapa waktu.[17]
Terisolasi dari kemajuan Barat dalam produksi antibiotik pada tahun 1940-an, para ilmuwan Rusia terus mengembangkan terapi fag yang sudah berhasil untuk mengobati luka-luka tentara di rumah sakit lapangan. Selama Perang Dunia II, Uni Soviet menggunakan bakteriofag untuk mengobati banyak tentara yang terinfeksi berbagai penyakit bakteri misalnya disentri dan gangren. Peneliti Rusia terus mengembangkan dan memperbaiki perawatan mereka dan untuk mempublikasikan penelitian dan hasil mereka. Namun, karena hambatan ilmiah dari Perang Dingin, pengetahuan ini tidak diterjemahkan dan tidak berkembang ke seluruh penjuru dunia.[18][19] Ringkasan publikasi ini diterbitkan dalam bahasa Inggris pada tahun 2009 dalam "Tinjauan Literatur tentang Aplikasi Praktis Penelitian Bakteriofag".[20]
Ada perpustakaan dan pusat penelitian yang luas di George Eliava Institute di Tbilisi, Georgia. Terapi fag saat ini merupakan bentuk pengobatan yang tersebar luas di wilayah itu.[21]
Sebagai hasil dari perkembangan resistensi antibiotik sejak 1950-an dan kemajuan pengetahuan ilmiah, ada minat baru di seluruh dunia pada kemampuan terapi fag untuk memberantas infeksi bakteri dan biofilm polimikroba kronis (termasuk dalam situasi industri[22]).
Fag telah diteliti sebagai sarana potensial untuk menghilangkan patogen seperti Campylobacter dalam makanan mentah [23] dan Listeria dalam makanan segar atau untuk mengurangi bakteri pembusuk makanan.[24] Dalam praktik pertanian, fag digunakan untuk melawan patogen seperti Campylobacter, Escherichia dan Salmonella pada hewan ternak, Lactococcus dan Vibrio patogen pada ikan dari budidaya dan Erwinia dan Xanthomonas pada tanaman yang memiliki kepentingan pertanian. Namun, penggunaan tertua adalah dalam pengobatan manusia. Fag telah digunakan terhadap penyakit diare yang disebabkan oleh E. coli, Shigella atau Vibrio dan terhadap infeksi luka yang disebabkan oleh patogen fakultatif pada kulit seperti stafilokokus dan streptokokus. Baru-baru ini pendekatan terapi fag telah diterapkan pada infeksi sistemik dan bahkan intraseluler dan penambahan fag yang tidak bereplikasi dan enzim fag yang terisolasi seperti lisin ke dalam gudang antimikroba. Namun, bukti aktual untuk kemanjuran pendekatan fag ini di lapangan atau rumah sakit tidak tersedia.[24]
Beberapa minat terhadap fag di Barat dapat ditelusuri kembali ke 1994, ketika Soothill menunjukkan (dalam model hewan) bahwa penggunaan fag dapat meningkatkan keberhasilan cangkok kulit dengan mengurangi infeksi Pseudomonas aeruginosa yang mendasarinya.[25] Studi terbaru telah memberikan dukungan tambahan untuk temuan ini dalam sistem model.[26]
Meskipun bukan "terapi fag" dalam arti aslinya, penggunaan fag sebagai mekanisme pengiriman untuk antibiotik tradisional merupakan penggunaan terapi lain yang mungkin untuk dilakukan.[27][28] Penggunaan fag untuk mengirim agen antitumor juga telah dijelaskan dalam percobaan in vitro awal untuk sel-sel dalam kultur jaringan.[29]
Pada Juni 2015 Badan Obat-obatan Eropa menyelenggarakan lokakarya satu hari tentang penggunaan terapi bakteriofag [30] dan pada Juli 2015 National Institutes of Health (USA) menyelenggarakan lokakarya dua hari "Terapi Bakteriofag: Strategi Alternatif untuk Memerangi Kekebalan terhadap Obat".[31]
Terapi fag adalah penggunaan bakteriofag untuk mengobati infeksi bakteri. Ini dapat digunakan sebagai alternatif antibiotik ketika bakteri mengembangkan resistensi. Superbug yang kebal terhadap berbagai jenis obat menjadi perhatian dengan penggunaan antibiotik yang lebih intens. Fag dapat menargetkan mikrob berbahaya ini tanpa merusak sel manusia karena sifat penargetannya yang sangat spesifik.
Perawatan bakteriofag menawarkan alternatif yang memungkinkan untuk perawatan antibiotik konvensional untuk infeksi bakteri.[36] Dapat dibayangkan bahwa, meskipun bakteri dapat mengembangkan resistensi terhadap fag, resistensi tersebut mungkin lebih mudah diatasi daripada resistensi terhadap antibiotik.[37][38] Seperti halnya bakteri dapat berevolusi resistensi, virus dapat berevolusi untuk mengatasi resistensi.[39]
Bakteriofag sangatlah spesifik, hanya menargetkan satu atau beberapa jenis bakteri.[40] Antibiotik tradisional memiliki efek yang lebih luas, membunuh bakteri berbahaya dan bakteri berguna seperti yang memfasilitasi pencernaan makanan. Spesies dan spesifisitas galur bakteriofag membuatnya tidak mungkin bahwa bakteri yang tidak berbahaya atau berguna bagi manusia akan terbunuh ketika melawan infeksi.
Beberapa kelompok penelitian di Barat adalah rekayasa spektrum fag yang lebih luas, dan juga berbagai bentuk perawatan MRSA, termasuk pembalut luka yang diresapi, perawatan pencegahan untuk korban luka bakar, jahitan yang diimpregnasi fag.[41][42]Enzybiotik adalah perkembangan baru di Universitas Rockefeller yang membuat enzim dari fag. Enzim-enzim fag rekombinan yang dimurnikan dapat digunakan sebagai agen-agen antibakteri yang terpisah.[43]
Terapi fag juga berpotensi mencegah atau mengobati penyakit menularkarang. Ini bisa membantu penurunan jumlah karang di seluruh dunia.[44]
Aplikasi
Pengumpulan
Metode pengobatan fag yang paling sederhana melibatkan pengumpulan sampel air lokal yang kemungkinan mengandung bakteri dan bakteriofag dalam jumlah tinggi, misalnya saluran keluarbuangan, air limbah dan sumber lainnya.[7] Sampel diambil dan diaplikasikan pada bakteri yang akan dimusnahkan yang telah dikultur pada media pertumbuhan.
Jika bakteri mati, seperti yang biasanya terjadi, campuran disentrifugasi. Fag akan terkumpulkan di bagian atas campuran dan dapat ditarik.
Larutan fag kemudian diuji untuk melihat mana yang menunjukkan efek penekan pertumbuhan (lisogen) atau penghancuran (lisis) bakteri target. Fag yang menunjukkan lisis kemudian diamplifikasi pada kultur bakteri target, dilewatkan melalui filter untuk menghilangkan semua kecuali fag, kemudian didistribusikan.
Pengobatan
Fag adalah "spesifik terhadap bakteri" dan oleh karena itu dalam banyak kasus perlu diambil sampel dari pasien dan dikultur sebelum pengobatan. Kadang-kadang, isolasi fag terapeutik dapat membutuhkan beberapa bulan untuk diselesaikan, tetapi klinik umumnya menyimpan persediaan koktail fag untuk galur bakteri yang paling umum di wilayah geografis.
Koktail fag dijual di apotek di negara-negara timur.[45][46] Komposisi koktail bakteriofag telah dimodifikasi secara berkala untuk menambahkan fag yang efektif terhadap galur patogen yang muncul.[47]
Fag dalam praktik diterapkan secara oral, dioleskan pada luka yang terinfeksi atau menyebar ke permukaan, atau digunakan selama prosedur bedah. Injeksi jarang digunakan, menghindari risiko kontaminan kimiawi jejak yang mungkin ada dari tahap amplifikasi bakteri, dan mengakui bahwa sistem kekebalan tubuh secara alami berjuang melawan virus yang masuk ke dalam aliran darah atau sistem limfatik.
Terapi fag individual berhasil digunakan oleh Robert T. Schooley dan yang lainnya untuk mengobati kasus Acinetobacter baumannii yang resisten terhadap beberapa obat di AS pada tahun 2015.[48][49] Ulasan terapi fag menunjukkan bahwa diperlukan lebih banyak penelitian klinis dan mikrobiologis yang diperlukan untuk memenuhi standar saat ini.[50]
Uji klinis
Pendanaan untuk penelitian terapi fag dan uji klinis pada umumnya tidak memadai dan sulit diperoleh, karena merupakan proses yang panjang dan kompleks untuk mematenkan produk bakteriofag. Para ilmuwan berkomentar bahwa 'rintangan terbesar adalah peraturan', sedangkan pandangan resmi adalah bahwa fag individu akan membutuhkan bukti secara individual karena akan terlalu rumit untuk dilakukan sebagai kombinasi, dengan banyak variabel. Karena kekhasan fag, terapi fag akan paling efektif dengan injeksi koktail, yang umumnya ditolak oleh Badan Pengawasan Obat dan Makanan AS (FDA). Para peneliti dan pengamat memperkirakan bahwa agar terapi fag berhasil, FDA harus mengubah sikap pengaturannya pada kombinasi obat koktail.[3] Kesadaran publik dan pendidikan tentang terapi fag umumnya terbatas pada penelitian ilmiah atau independen daripada media arus utama.[51]
Pada 2007, uji klinis Fase 1/2 diselesaikan di Royal National Throat, Nose and Ear Hospital, London, untuk infeksi Pseudomonas aeruginosa (otitis).[52][53][54] Dokumentasi penelitian Fase-1 / Fase-2 diterbitkan pada Agustus 2009 di jurnal Clinical Otolaryngology.[55] Uji klinis fase 1 kini telah selesai di Pusat Perawatan Luka Regional Barat Daya, Lubbock, Texas untuk koktail fag yang disetujui melawan bakteri, termasuk P. aeruginosa, Staphylococcus aureus dan Escherichia coli (E. coli).[56] Koktail fag untuk uji klinis dikembangkan dan dipasok oleh Intralytix. PhagoBurn, percobaan fase 1/2 terapi fag terhadap infeksi luka P. aeruginosa di Perancis dan Belgia pada 2015-17, dihentikan lebih awal karena terapi fag tidak efektif.[57]
Locus Biosciences menciptakan koktail dari tiga fag termodifikasi CRISPR. Penelitian pada 2019 dari 30 pasien akan melihat pengurangan E. coli dalam saluran kemih mereka. Dua puluh pasien akan mendapatkan fag cocktail, dan 10 pasien akan mendapat plasebo.[58]
Pada Februari 2019, FDA menyetujui uji klinis pertama terapi fag yang diberikan secara intravena di Amerika Serikat.[59]
Pengaplikasian fag
Fag biasanya dapat dibekukan dan diubah menjadi pil tanpa mengurangi efisiensi material.[7] Stabilitas suhu hingga 55 °C dan umur simpan 14 bulan telah ditunjukkan untuk beberapa jenis fag dalam bentuk pil.[7]
Aplikasi dalam bentuk cair dimungkinkan, disimpan lebih disukai dalam botol yang didinginkan.[7]
Pemberian oral bekerja lebih baik ketika antasid dimasukkan, karena hal ini meningkatkan jumlah fag yang selamat melalui lambung.[7]
Administrasi topikal sering kali melibatkan aplikasi pada kain kasa yang diletakkan pada area yang akan dirawat.[7]
Spesifisitas galur bakteri yang tinggi dari terapi fag mungkin membuat klinik perlu membuat koktail berbeda untuk pengobatan infeksi atau penyakit yang sama karena komponen bakteri dari penyakit tersebut dapat berbeda dari satu wilayah ke wilayah lain atau bahkan dari orang ke orang. Selain itu, ini berarti bahwa 'bank' yang mengandung banyak fag berbeda harus dijaga dan diperbarui secara berkala dengan fag baru.[3]
Selanjutnya, bakteri dapat mengembangkan reseptor yang berbeda baik sebelum atau selama pengobatan. Ini dapat mencegah fag dari memberantas bakteri sepenuhnya.[7]
Kebutuhan akan bank fag membuat pengujian regulasi untuk keselamatan lebih sulit dan lebih mahal berdasarkan aturan saat ini di sebagian besar negara. Proses seperti itu akan mempersulit penggunaan terapi fag skala besar. Selain itu, masalah paten (khususnya pada organisme hidup) dapat mempersulit distribusi untuk perusahaan farmasi yang ingin memiliki hak eksklusif atas "penemuan" mereka, yang akan mencegah perusahaan komersial dari menginvestasikan modal dalam hal ini.
Seperti telah diketahui setidaknya selama tiga puluh tahun, mikobakteri seperti Mycobacterium tuberculosis memiliki bakteriofag spesifik.[61] Belum ada fag litik yang ditemukan untuk Clostridium difficile, yang bertanggung jawab atas banyak penyakit nosokomial, tetapi beberapa fag temperat (terintegrasi dalam genom, juga disebut lisogenik) dikenal untuk spesies ini. Hal ini membuka jalan yang menggembirakan tetapi dengan risiko tambahan.
Persepsi negatif masyarakat tentang virus juga dapat berperan dalam keengganan untuk merangkul terapi fag.[62]
Novel 1925 dan pemenang hadiah Pulitzer 1926 Arrowsmith menggunakan terapi fag sebagai titik plot.[67][68]
Novel Greg Bear pada 2002, Vitals, menampilkan terapi fag berdasarkan penelitian Soviet, yang digunakan untuk mentransfer materi genetik.
Kumpulan esai sejarah militer 2012 tentang perubahan peran perempuan dalam perang, "Perempuan dalam Perang - dari garis depan rumah ke garis depan" termasuk bab yang menampilkan terapi fag: "Bab 17: Wanita yang mencairkan Perang Dingin".[69]
Buku Steffanie A. Strathdee tahun 2019 The Perfect Predator: Perjalanan Seorang Epidemiologis untuk Menyelamatkan Suaminya dari seorang Deadly Superbug, ditulis bersama suaminya Thomas Patterson, diterbitkan oleh Hachette Book Group pada tahun 2019.
^Kutter E, De Vos D, Gvasalia G, Alavidze Z, Gogokhia L, Kuhl S, Abedon ST (January 2010). "Phage therapy in clinical practice: treatment of human infections". Current Pharmaceutical Biotechnology. 11 (1): 69–86. doi:10.2174/138920110790725401. PMID20214609.
^Hanlon GW (August 2007). "Bacteriophages: an appraisal of their role in the treatment of bacterial infections". International Journal of Antimicrobial Agents. 30 (2): 118–28. doi:10.1016/j.ijantimicag.2007.04.006. PMID17566713.
^Mangen MJ, Havelaar AH, Poppe KP, de Wit GA (August 2007). "Cost-utility analysis to control Campylobacter on chicken meat: dealing with data limitations". Risk Analysis. 27 (4): 815–30. doi:10.1111/j.1539-6924.2007.00925.x. PMID17958494.
^Górski A, Miedzybrodzki R, Borysowski J, Weber-Dabrowska B, Lobocka M, Fortuna W, Letkiewicz S, Zimecki M, Filby G (August 2009). "Bacteriophage therapy for the treatment of infections". Current Opinion in Investigational Drugs. 10 (8): 766–74. PMID19649921.
^Abedon ST (2012). Salutary contributions of viruses to medicine and public health. In: Witzany G (ed). Viruses: Essential Agents of Life. Springer. 389-405. ISBN978-94-007-4898-9.
^Borysowski J, Weber-Dabrowska B, Górski A (April 2006). "Bacteriophage endolysins as a novel class of antibacterial agents". Experimental Biology and Medicine. 231 (4): 366–77. doi:10.1177/153537020623100402. PMID16565432.
^Efrony R, Atad I, Rosenberg E (February 2009). "Phage therapy of coral white plague disease: properties of phage BA3". Current Microbiology. 58 (2): 139–45. doi:10.1007/s00284-008-9290-x. PMID18923867.
^McCallin S, Alam Sarker S, Barretto C, Sultana S, Berger B, Huq S, Krause L, Bibiloni R, Schmitt B, Reuteler G, Brüssow H (September 2013). "Safety analysis of a Russian phage cocktail: from metagenomic analysis to oral application in healthy human subjects". Virology. 443 (2): 187–96. doi:10.1016/j.virol.2013.05.022. PMID23755967.
^Brüssow H (July 2005). "Phage therapy: the Escherichia coli experience". Microbiology. 151 (Pt 7): 2133–40. doi:10.1099/mic.0.27849-0. PMID16000704.
^Brüssow H (2007). "Phage Therapy: The Western Perspective". In McGrath S, van Sinderen D (eds.). Bacteriophage: Genetics and Molecular Biology. Norfolk, UK: Caister Academic Press. ISBN978-1-904455-14-1.
^Wright A, Hawkins CH, Anggård EE, Harper DR (August 2009). "A controlled clinical trial of a therapeutic bacteriophage preparation in chronic otitis due to antibiotic-resistant Pseudomonas aeruginosa; a preliminary report of efficacy". Clinical Otolaryngology. 34 (4): 349–57. doi:10.1111/j.1749-4486.2009.01973.x. PMID19673983.
^Rhoads DD, Wolcott RD, Kuskowski MA, Wolcott BM, Ward LS, Sulakvelidze A (June 2009). "Bacteriophage therapy of venous leg ulcers in humans: results of a phase I safety trial". Journal of Wound Care. 18 (6): 237–8, 240–3. doi:10.12968/jowc.2009.18.6.42801. PMID19661847.
^Patrick Jault; Thomas Leclerc; Serge Jennes; Jean Paul Pirnay; Yok-Ai Que; et al. (2018). "Efficacy and tolerability of a cocktail of bacteriophages to treat burn wounds infected by Pseudomonas aeruginosa (PhagoBurn): a randomised, controlled, double-blind phase 1/2 trial". Lancet Infectious Diseases. 19: 35–45. doi:10.1016/S1473-3099(18)30482-1.
^Graham F. HATFULL 12 – Mycobacteriophages : Pathogenesis and Applications, pages 238-255 (in Waldor, M.K., D.I. Friedman, and S.L. Adhya, Phages: Their role in bacterial pathogenesis and biotechnology, 2005, University of Michigan; Sankar L. Adhya, National Institutes of Health: ASM Press).
^Verbeken G, De Vos D, Vaneechoutte M, Merabishvili M, Zizi M, Pirnay JP (October 2007). "European regulatory conundrum of phage therapy". Future Microbiology. 2 (5): 485–91. doi:10.2217/17460913.2.5.485. PMID17927471.
^Summers, William C. (1991). "On the Origins of the Science in Arrowsmith: Paul de Kruif, Felix d'Herelle, and Phage". Journal of the History of Medicine and Allied Sciences. 46 (3): 315–332. doi:10.1093/jhmas/46.3.315.
