Attai trzyma w zamrażarce E. coli, Enterococcus i Pseudomonas – trzy z sześciu patogenów, które razem powodują większość zakażeń szpitalnych. Aby sprawdzić, czy Strathdee i ja znaleźliśmy coś pożytecznego, porównywała nieznane fagi w naszych próbkach osadu z tymi najcięższymi przedstawicielami świata bakterii. Ubrana w fartuch laboratoryjny, okulary i rękawice, umieściła naczynie z bogatą w składniki odżywcze galaretką na stole obrotowym, a następnie, w procesie, który przypominał pokrywanie patelni olejem, zawirowała nim, aby rozprowadzić warstwę patogennych E. coli. Gdzie indziej, nasze próbki były zasysane przez filtr z porami wystarczająco małymi, aby usunąć wszelkie bakterie, pozostawiając tylko fagi. Wcześniej mętna ciecz wyszła krystalicznie czysta – wyglądała wystarczająco dobrze, by ją wypić. „Nie mogę ci na to pozwolić”, powiedziała Attai, śmiejąc się nerwowo. Pozwoliła mi jednak pobrać próbki fagów do strzykawki i rozpylić serię identycznych kropli na warstwę bakterii.
Jeśli żaden z fagów, które znaleźliśmy, nie był w stanie zaatakować tych szczególnych bakterii, mikroby chorobotwórcze nadal rosłyby bez zakłóceń. Ale jeśli płyn zawierał pojedynczy fag, który pasował do tego konkretnego gospodarza, fag ten wiązał się z błoną komórkową bakterii i wprowadzał swój genom do wypełnionego płynem wnętrza. Po dostaniu się do wnętrza komórki E. coli, fag przejmował kontrolę, naśladując i wykorzystując własne szlaki sygnalizacyjne bakterii, aby zmusić maszynerię produkującą białka w komórce do rozpoczęcia drukowania kopii za kopią genomu faga. W końcu komórka E. coli stałaby się tak wypchana kopiami fagów, że pękłaby, uwalniając hordę fagów gotowych do inwazji na kolejną komórkę bakteryjną. Wiedzielibyśmy w dzień lub dwa, jeśli nasz fag był udany przez pojawienie się kręgu martwych mikrobów przebijających grubą warstwę E. coli.
Po drugiej stronie kampusu U.C. San Diego z IPATH jest biuro Saima Aslam, specjalista transplantacji, który prawdopodobnie stał się wiodącym fag-terapii lekarza w Stanach Zjednoczonych, po leczeniu dziesięciu pacjentów, z więcej w toku, i doradzał w wielu innych przypadkach w całym kraju. Ona przyszła do fagów w okrężny sposób: przeszczepy wymagają immunosupresji, pozostawiając jej pacjentów podatnych na zakażenia szpitalne, które są, coraz bardziej, antybiotykoodporne.
W poczekalni dzień odwiedziłem był człowiek w jego wczesnych lat osiemdziesiątych nazwie Napoleon Del Fierro, emerytowany elektryk, pierwotnie z Filipin, który służył w marynarce wojennej USA. Był tam ze swoją żoną, Violetą, byłą pielęgniarką, i ich synem, Dino, dentystą dziecięcym. Podczas gdy on spoczywał z głową w dłoni i spał, od czasu do czasu mrugając powoli otwartymi oczami, jego rodzina i Aslam opowiedzieli mi o jego przypadku. Kilka lat temu, po tym jak przez prawie dekadę cierpiał na zastoinową niewydolność serca, tuż pod mostkiem wszczepiono mu pompę, która miała przejąć pracę związaną z krążeniem krwi w jego organizmie. Niemal natychmiast miejsce to zostało zainfekowane bakterią Pseudomonas. „Pompa jest tak zainfekowana, że zżera kość, więc ma kilka dziur, przez które stale wypływa ropa” – powiedział Aslam. „Infekcja jest warstwą śluzu na urządzeniu – nazywamy ją biofilmem – a jego układ odpornościowy i antybiotyki nie mogą się do niej dostać”. Pompa nie mogła być wymieniona – Del Fierro nie przeżyłby operacji wymaganej do usunięcia czegoś tak głęboko osadzonego – i tak infekcja po prostu się tliła, z bakteriami odrywającymi się do jego krwiobiegu i od czasu do czasu wysyłającymi go do wstrząsu septycznego.
Violeta przeczytała o sprawie Toma Pattersona w magazynie People; córka Napoleona, Divina, napisała jeden z setek błagalnych e-maili, które Strathdee rutynowo otrzymuje i przekazuje Aslamowi. Kiedy spotkałem Del Fierro, minęły już cztery miesiące, odkąd przeszedł on pierwszą rundę terapii fagowej: chirurg otworzył go, usunął ropę i martwą tkankę oraz zaaplikował fagi bezpośrednio do urządzenia; następnie przez sześć tygodni otrzymywał kolejne dawki fagów, w połączeniu z antybiotykami, dożylnie. „Wyglądał świetnie – wszystko było świetnie”, powiedział Aslam. „Naprawdę myślałam, że udało nam się wyeliminować jego infekcję”. Ale, jak tylko zatrzymała jego dawkę antybiotyków, infekcja powróciła. Aslam przyznała, że była „bardzo, bardzo rozczarowana”. Mimo to, powiedziała rodzinie, że właśnie usłyszała, że naukowcy znaleźli kilka fagów, które były bardzo aktywne przeciwko Pseudomonas, i przygotowywała dokumenty, aby zabezpieczyć zgodę F.D.A. na kolejną rundę.
Później, po wyjściu rodziny, Aslam powiedziała mi, że starała się utrzymać ich i swoje własne oczekiwania na niskim poziomie. „Wiesz, on ma osiemdziesiąt trzy lata, ma urządzenie w sercu, ma to bardzo lekooporne zakażenie, zawiódł już jeden kurs terapii,” powiedziała. „Ale mam nadzieję, że to go wyleczy. Chcę go wyleczyć.”
Ekscytacja stworzona przez historie sukcesu jak Pattersona jest sama w sobie zaraźliwa. Ale Aslam wyjaśnił, że terapia fagowa jest nadal długa droga od bycia standardowym leczeniem. Ponieważ koktajle fagowe są klasyfikowane jako leki eksperymentalne, każdy pacjent wymaga zwolnienia z F.D.A. i zatwierdzenia przez komisję rewizyjną jakiejkolwiek placówki medycznej jest zaangażowany, a ubezpieczenie zdrowotne nie pokrywa żadnych kosztów. Pomimo obfitości inspirujących studiów przypadku, nie było dobrych badań klinicznych fagów, następny krok przed może stać się częścią standardowej opieki medycznej. „Jest niesamowita obietnica, a my mieliśmy kilka wspaniałych wyników,” Aslam powiedział. „Ale za każdym razem robię to czuję się jakbym miał dziesięć innych pytań-może powinienem zrobić to w ten sposób lub w ten sposób?”
Martwiła się, że dawka początkowo zastosowana do pompy serca Del Fierro nie była wystarczająco wysoka, ale badania w celu określenia właściwej dawki nie zostały jeszcze zrobione. Jest również możliwe, że biofilmy, takie jak ten na jego urządzeniu, nie nadają się do leczenia fagami. Są one beztlenowe i zbudowane z polisacharydów, a niektórzy naukowcy uważają, że środowiska z dużą ilością cukrów i bez tlenu mogą powodować, że fagi tracą zdolność zabijania i stają się bardziej „umiarkowane”, współistniejąc w harmonii z ich bakteryjnymi gospodarzami. Z drugiej strony, badania laboratoryjne wydają się pokazywać, że niektóre fagi uwalniają enzymy, które mogą pomóc im przeniknąć biofilmy.
Jednym z celów Strathdee i Schooley z IPATH było przeprowadzenie pierwszej próby klinicznej dożylnej terapii fagowej, z pacjentami z mukowiscydozą. Mają nadzieję ustalić podstawowe zasady terapeutyczne: najlepsza dawka i najlepszy sposób podawania, jak fagi oddziałują z bakteryjnym gospodarzem w ludzkim ciele, jakie mogą być skutki uboczne. Największym wyzwaniem dla Schooley’a było zabezpieczenie dostaw fagów. „Moglibyśmy rozpocząć go dwa i pół roku temu, gdybyśmy mieli źródło fagów,” powiedział. Pandemia jeszcze bardziej opóźniła próbę. W międzyczasie, garstka laboratoriów i małych startupów wolontariuszy swój czas i ich bibliotek fagowych, aby pomóc Aslam i inni leczyć chorych pacjentów, znalezienie instytucji lub firmy, która jest chętna i zdolna do inwestowania w podstawowych badań klinicznych potrzebnych do nauki, jak fagi pracy było wszystko, ale niemożliwe.
Forest Rohwer, ekolog mikrobów w San Diego State University, wskazał na bardziej fundamentalny problem. W dynamicznym ekosystemie, czy rafa koralowa lub nasze ciała, wrogowie i przyjaciele są sytuacyjne, a nie statyczne. Rzeczywiście, wirusy fagowe są odpowiedzialne za tworzenie większości bakterii chorobotwórczych, dzięki ich zdolności do przenoszenia genów. Bakteria E. coli jest zwykle nieszkodliwa, dopóki nie nabędzie genów wirulencji od inwazyjnego faga umiarkowanego. Wybuch epidemii cholery jest zarówno wywoływany przez fagi, jak i przez nie powstrzymywany: jeden rodzaj faga przekazuje bakterii cholery gen zjadliwości, powodując rozszerzenie jej zasięgu, tylko po to, aby inny rodzaj porwał te nowo podatne bakterie chorobotwórcze i stworzył ich kopie. Chorzy lub zdrowi ludzie są tylko efektem ubocznym. Chociaż Rohwer jest podekscytowany możliwościami terapeutycznymi fagów – jego laboratorium oczyściło część koktajlu fagowego Toma Pattersona – martwi się, że nasze ambicje manipulowania całym ekosystemem w ludzkim ciele mogą przekroczyć nasze możliwości, a niezamierzone konsekwencje mogą być równie niepożądane jak same bakterie chorobotwórcze. „Mogą cię zabić, nie ma problemu” – powiedział. „Dostajesz zły fag i właściwe bakterie i jesteś martwy.”
Terapia fagowa w ten sposób nadal jest butikowa sprawa – tylko kilku pacjentów, każdy leczony spersonalizowanym koktajlem fagowym wyłowionym ze spleśniałych bakłażanów, szamb i farm świń. Jest to również hit-and-miss: fagi, że Strathdee i ja zebrane w Batiquitos Lagoon okazały się, niestety, nie być dobry mecz dla infekcji Joseph Bunevacz.
W połowie stycznia, Napoleon Del Fierro zaczął otrzymywać zastrzyk fagowy, dwa razy dziennie, przez port w ramieniu. W jego dawce były cztery fagi, wszystkie wyizolowane z urządzeń do oczyszczania ścieków w pobliżu Walter Reed Army Institute of Research, który przygotował leczenie. Kiedy go odwiedziłem, pod koniec miesiąca, był wyspany po ciężkim poranku: skończył śniadanie z płatków owsianych i udało mu się wstać z łóżka po raz pierwszy od dwóch tygodni. „Siedział,” powiedziała Violeta. „Mam nadzieję, że to początek”. Usiedliśmy razem przy jego łóżku, podczas gdy Violeta opowiedziała mi, jak się poznali, jeszcze w Manili; jego brat pożyczył po szkole podręczniki jej siostry. Pielęgniarka weszła i układając jego koce tak, aby było mu wygodniej, przekazała nam dobrą wiadomość, że ostatnie wyniki badań Del Fierro właśnie wróciły i wykazały znacznie niższy poziom Pseudomonas.
Do 10 lutego zespół medyczny zdecydował, że Del Fierro jest wystarczająco zdrowy, aby kontynuować leczenie w domu. Jednak w momencie, gdy miał zostać wypisany, zaczął wymiotować ciemnobrązowym płynem, a jego temperatura gwałtownie wzrosła. Miał krwawienie z przewodu pokarmowego, a płyn z jamy brzusznej dostał się do płuc, powodując aspiracyjne zapalenie płuc. W międzyczasie poziom Pseudomonas w jego krwiobiegu ponownie wzrósł. Chociaż nie mógł już mówić, było jasne, że odczuwał silny ból. Po południu 22 lutego rodzina zebrała się przy jego łóżku i wyłączono mu pompę serca. Zmarł kilka minut później.
Kiedy rozmawiałem z Divina po pogrzebie, powiedziała mi, że nadal wierzy w obietnicę terapii fagowej. „To po prostu nie miał szansę na wykonanie”, powiedziała. „To było na przeciwko tak dużej przeszkody, w naczyniu, które było tak skompromitowany. Jestem dozgonnie wdzięczna, że w ogóle dali jej szansę”. Aslam, jednakże, był zniechęcony. „To druga infekcja biofilmu Pseudomonas, którą leczyłem, gdzie wynik był naprawdę trudny,” powiedziała. „Staramy się pomóc wszystkim, ale naprawdę potrzebujemy badań klinicznych, aby dowiedzieć się, dlaczego w niektórych przypadkach to po prostu nie działa”. Naukowcy w zespole IPATH zaczęli analizować próbki od Del Fierro, aby spróbować zrozumieć, dlaczego terapia się nie powiodła, ale ta praca jest teraz wstrzymana z powodu COVID-19.
Były lepsze wieści z Baylor College of Medicine, gdzie naukowcy wyizolowali fagi, które były aktywne przeciwko infekcji E. coli Josepha Bunevacza. Kiedy południowa Kalifornia wyłoniła się z późnowiosennych deszczów w olśniewający superbloom, Filomena wysłała mi SMS-a ze zdjęciem pary obejmującej się na zboczu wzgórza pokrytym makami. Jak się okazało, epidemia koronawirusa miała wszystko spowolnić i późną jesienią jego leczenie zostało zatwierdzone przez FDA. W tym miesiącu Bunevacz powinien w końcu móc rozpocząć swoją terapię fagową. „To piękne życie” – powiedział, gdy go spotkałem. „I chciałbym je jeszcze trochę przedłużyć”. ♦
Wcześniejsza wersja tej historii błędnie zidentyfikowała typ mikroskopu, który po raz pierwszy umożliwił zobaczenie fagów oraz instytucję, która przygotowała leczenie fagowe Napoleona Del Fierro. Błędnie podano również liczbę pacjentów poddanych terapii fagowej, leczonych przez Saimę Aslam.
.