Working together for a green, competitive and inclusive Europe
Tytuł: Badania nad opracowaniem składu preparatu bakteriofagowego aktywnego wobec wielolekoopornych szczepów klinicznych Acinetobacter baumannii (ACIPHAGE)
numer umowy: NOR/SGS/ACIPHAGE/0192/2020-00
Słowa kluczowe: bakteriofagi, Acinetobacter baumannii, terapia fagowa, wielolekooporność (MDR), krytyczny priorytet
Okres realizacji projektu: 01.06.2021- 30.11.2023
Badania finansowane z Funduszy Norweskich 2014 -2021 za pośrednictwem Narodowego Centrum Badań i Rozwoju.
Łączna kwota dofinansowania: 800 000 zł (175816.45 €)
Bakterie Acinetobacter baumannii znajdują się na liście dziesięciu najpoważniejszych zagrożeń dla zdrowia publicznego. Są szeroko rozpowszechnione w środowisku szpitalnym. Jako patogen oportunistyczny, wysoce zjadliwy i zdolny do wytwarzania biofilmów stwarzają poważne trudności w eradykacji, zwłaszcza wśród pacjentów długo hospitalizowanych, w tym przebywających na oddziałach intensywnej terapii. A. baumannii może także stanowić jedną z przyczyn trudnych do wyleczenia infekcji dróg moczowych. Infekcje tego typu to ogromny problem społeczny, w znacznym stopniu obniżający jakość życia zwłaszcza wśród kobiet. Ze względu na to, że wśród szczepów A. baumannii obserwowana jest oporność na antybiotyki ostatniej szansy (karbapenemy i cefalosporyny III generacji) nie można ich uznać za skuteczny środek do leczenia zakażeń bakteryjnych wywołanych przez te patogeny, a tym samym istnieje ogromne zapotrzebowanie na skuteczny środek terapeutyczny.
Celem projektu jest wyizolowanie, scharakteryzowanie i przygotowanie składu koktajlu fagowego o szerokim spektrum, aktywnego wobec antybiotykoopornych szczepów A. baumannii wywołujących zakażenie dróg moczowych. W celu wyizolowania nowych fagów aktywnych przeciwko A. baumannii kolekcjonowane będą zarówno wielolekooporne szczepy szpitalne, jak i różne próbki (np. ścieki, woda).
Nowo wyizolowane fagi zostaną szczegółowo scharakteryzowane (planowane jest badanie morfologii i ultrastruktury oraz taksonomii fagów, spektrum litycznego oraz ich stabilności w różnych warunkach przechowywania; w celu potwierdzenia litycznego charakteru fagów ich materiał genetyczny zostanie poddany sekwencjonowaniu). Ponadto, fagi dostępne i scharakteryzowane wcześniej, znajdujące się w kolekcji Laboratorium Bakteriofagowego wraz z nowo wyizolowanymi fagami w ramach projektu, zostaną wykorzystane do badań nad opracowaniem składu preparatu fagowego np. możliwej synergii fagów w potencjalnym preparacie docelowym. Zarówno różne warianty koktajli, jak i pojedyncze fagi zostaną wykorzystane do badania skuteczności fagów in vitro. Preparaty fagowe, które wykażą największą skuteczność w zwalczaniu biofilmu bakteryjnego zostaną wykorzystane do badań in vivo, które będą obejmowały określenie skuteczności preparatów fagowych w wywołanym eksperymentalnie zakażeniu dróg moczowych u myszy (zakażonych opornymi na antybiotyki szczepami A. baumannii). Opracowanie preparatu aktywnego wobec wielolekoopornych szczepów A. baumannii w leczeniu infekcji dróg moczowych mogą przyczynić się zarówno do rozwoju fagoterapii, jak i do znalezienia skutecznego środka pozwalającego na walkę z ogromnym problemem zdrowotnym o dużym zasięgu społecznym, jakim są zakażenia dróg moczowych.
Badania przeprowadzone w ramach projektu „Study of the composition of a bacteriophage preparation specific to multi-drug resistant Acinetobacter baumannii clinical strains” NOR/SGS/ACIPHAGE/0192/2020 finansowanego przez NCBR).
- W celu poszukiwania aktywnych fagów swoistych wobec A. baumannii przebadano łącznie 461 próbek wody (w tym próbki ścieków środowiskowych i komunalnych) oraz 97 szczepów należących do Acinetobacter spp. i 16 szczepów należących do innych gatunków.
- Wyizolowano dwa nowe fagi swoiste wobec Acinetobacter spp.
- Przeprowadzono badania genetyczne (sekwencjonowanie genomów oraz ich analizę bioinformatyczną) osiemnastu wcześniej wyizolowanych fagów. Badania genetyczne potwierdziły izolację dwunastu bakteriofagów.
- Dla wyizolowanych fagów określono następujące parametry:
-
- spektrum lityczne,
- procent adsorpcji do komórek gospodarza,
- MOI (ang. Multiplicity of Infection) czyli stosunkiem liczby cząstek wirusa do liczby komórek docelowych obecnych w określonej przestrzeni. Określenie najlepszego MOI pozwala na optymalizację amplifikacji fagów.
- stabilność w różnych warunkach przechowywania (temperatury, pH, wybrane media),
- morfologię wirionów oraz ich wymiary,
- na podstawie badań genetycznych określono długość genomów fagowych, podobieństwo do już zbadanych fagów oraz ich przynależność systematyczną,
- zbadano aktywność 12 fagów jak i koktajli fagowych na biofilmie bakteryjnym produkowanym przez uropatogenne szczepy baumannii,
- wybrano preparaty do badań in vivo.
Przeprowadzono badania w mysim modelu zakażenia układu moczowego indukowanego przez dopęcherzowe podanie baumannii. (Badanie skuteczności zastosowania fagów w bakteryjnym zakażeniu układu moczowego przeprowadzono za zgodą Lokalnej Komisji Etycznej ds. Doświadczeń na zwierzętach nr zgody 046/2023, z późniejszym przedłużeniem – nr 001/2024).
Wnioski z projektu
Izolowanie fagów specyficznych dla A. baumannii wymaga indywidualnie zoptymalizowanych warunków.
Najczęściej izolowano fagi łagodne.
Badane fagi wykazują zdolność do degradacji biofilmu produkowanego przez wielolekooporne szczepy A. baumannii pozyskane z materiału klinicznego. Pojedynczy fag wykazywał większą skuteczność w degradacji biofilmu niż koktajl fagowy.
Fagi w połączeniu z nanocząstkami srebra są bardziej skuteczne w degradacji biofilmu niż zastosowanie samych fagów.
Wymagane są dalsze badania celem weryfikacji skuteczności fagów w testowanym modelu zakażenia.
Research conducted as part of the project „Study of the composition of a bacteriophage preparation specific to multi-drug resistant Acinetobacter baumannii clinical strains” NOR/SGS/ACIPHAGE/0192/2020 financed by the National Center for Research and Development).
- In order to search for active phages specific for A. baumannii, a total of 461 water samples (including environmental and municipal wastewater samples) and 97 strains belonging to Acinetobacter spp. and 16 strains belonging to other species were tested.
- Two new phages specific for Acinetobacter spp. were isolated.
- Genetic studies (genome sequencing and their bioinformatics analysis) were performed on eighteen previously isolated phages. Genetic studies confirmed the isolation of twelve bacteriophages.
- The following parameters were determined for the isolated phages:
- lytic spectrum,
- percentage of adsorption to host cells,
- MOI (Multiplicity of Infection), ie the ratio of the number of virus particles to the number of target cells present in a specific space. Determining the best MOI allows optimization of phage amplification,
- stability in various storage conditions (temperatures, pH, selected media),
- morphology of virions and their dimensions,
- on the basis of genetic studies, the length of phage genomes, similarity to already examined phages and their systematic affiliation were determined,
- effectiveness of the 12 characterized phages and phage cocktails on biofilm produced by uropathogenic strains of baumannii was tested,
- phage preparations for in vivo studies were selected.
Studies were carried out in a mouse model of urinary tract infection induced by intravesical administration of A. baumannii. (The study of the effectiveness of the use of phages in bacterial urinary tract infections was carried out with the consent of the Local Ethical Committee for Animal Experiments, consent no. 046/2023, with a subsequent extension – no. 001/2024).
Conclusions:
Phages specific to A. baumannii need individually optimized conditions.
Most often temperate phages were isolated.
Our phages have the potential to degrade biofilm produced by multidrug-resistant A. baumannii strains procured from clinical material. A single phage has better activity than phage cocktail.
Phages supplemented with silver nanoparticles are more effective in biofilm degradation than phages applied alone.
Further research is required to verify the effectiveness of phages in the tested infection model.