Fagoterapia: una alternativa emergente en la era de la multirresistencia antibiótica / Phagotherapy: an emerging alternative in the antibiotic multidrug resistance era

La creciente resistencia antimicrobiana asociada a la crisis en la producción de nuevos antibióticos y las consecuen-cias humanas y económicas de este fenómeno constituyen un complejo escenario que requiere el urgente desarrollo de estrategias antimicrobianas alternativas. Los bacterió-fagos son virus que infectan y lisan bacterias. Si bien se conocen desde hace más de un siglo, en las últimas dos décadas la administración de bacteriófagos ha ganado popularidad en todo el mundo. Existe un extenso cuerpo de evidencia preclínica y clínica que posiciona a la fago-terapia como una de las principales herramientas para el tratamiento de infecciones difíciles de tratar. Aunque esto es conceptualmente promisorio, su implementación está limitada por la escasez de datos clínicos de seguridad y efi-cacia, obtenidos acorde a los estándares científicos actua-les. Esta revisión describe los datos más relevantes acerca de la biología de los fagos, los aspectos farmacocinéticos y farmacodinámicos conocidos hasta la actualidad, los te-mas regulatorios y los resultados clínicos más relevantes

The rising antimicrobial resistance associated with the crisis in new antibiotics production and the human and economic consequences of this phenomenon constitute a complex scenario that requires the urgent development of alternative antimicrobial strategies. Bacteriophages are viruses that infect and lyse bacteria. They have been known for over a century but in the last two decades, phage administration has gained popularity worldwide. There is an extensive body of preclinical and clinical evidence that positions phage therapy as one of the main tools for the treatment of difficult-to-treat infections. Although this is conceptually promising, its implementation is limited by the paucity of clinical data on safety and efficacy, obtained according to current scientific standards. This review describes the most relevant data on phage biology, pharmacokinetic and pharmacodynamic aspects known to date, regulatory issues, and the most relevant clinical results

Innovaciones en la terapia antimicrobiana / Innovations in antimicrobial therapy

Resumen La resistencia microbiana ha llevado a la búsqueda de innovadoras alternativas para su contención y dentro de las más promisorias están el uso de péptidos sintéticos, no sólo por sus características intrínsecas antimicrobianas, sino por las interacciones sinérgicas y antagónicas que presenta con otros mediadores inmunológicos. Estas propiedades han permitido crear péptidos sintéticos reguladores de defensa innata que representan un nuevo enfoque inmunomodulador para el tratamiento de infecciones; sin embargo, sólo los diseñados con alto score antimicrobiano, han demostrado eficacia en estudios clínicos de Fase 3. Debido a su amplio espectro de actividad, un único péptido puede actuar contra bacterias Gram negativas, Gram positivas, hongos, e incluso virus y parásitos, aumentando el interés por investigar estas dinámicas moléculas. Por otra parte, se encuentra el sistema CRISPR, para la edición de genomas bacterianos, permitirá reducir su actividad virulenta y diseñar antimicrobianos basados en nucleasas CRISPR-Cas 9 programables contra dianas específicas, las que representan un promisorio camino en el estudio de nuevas alternativas con alto potencial para eliminar la resistencia a antibióticos de bacterias altamente patógenas. Asimismo, se aborda la terapia con fagos, referida a la acción de virus que infectan bacterias, usados solos o en cocteles para aumentar el espectro de acción de estos, aprovechando su abundancia en la naturaleza, ya que se ha considerado que cada bacteria tiene un virus específico que podría emplearse como potente agente antibacteriano. Finalmente, mientras se usen como principal medio de contención solo tratamientos convencionales antimicrobianos, incluso de manera oportuna y acertada, la microevolución en las bacterias se asegurará de seguir su curso.

Abstract Microbial resistance has led to the search for innovative alternatives to contain it. One of the most promising ones is the use of peptides, not only due to their intrinsically antimicrobial characteristics, but also due to the synergistic and antagonistic interactions they present with other immunological mediators. These properties have enabled the creation of innate immune regulatory peptides, which represent a new immunomodulatory approach to treat infections. However, despite multiple attempts tested, only the designed with a high antimicrobial score have demonstrated effectiveness in phase three clinical trials. Yet, given their exceptionally wide spectrum of activity, a single peptide can have activity against Gram-negative bacterial, Gram-positive bacterial, fungi and even viruses and parasites, increasing the interest in researching these dynamic molecules. Furthermore, the CRISPR system enables the editing of bacterial genomes, which would make it possible to reduce their virulent activity and design antimicrobials based on programmable CRISPR-Cas 9 nucleases against specific targets. This system represent a promising path in the study of new alternatives with high potential to eliminate antibiotic resistance of highly pathogenic bacteria. Likewise, phage therapy, that is, the action of viruses that infect bacteria, used alone or in cocktails to increase their spectrum of action, taking advantage of their abundance in nature, given that it has been considered that each bacterium has a specific virus that it could be used as a potent antibacterial agent. Finally, as long as conventional antimicrobial treatments continue to be used as the main means of containment, even when they are used correctly, the microevolution of bacteria will be itself sure to continue its own path.

Aislamiento y caracterización del bacteriófago Va1 específico a Vibrio alginolyticus

Vibrio alginolyticus está asociado a enfermedades en acuicultura. El uso indiscriminado de antibióticos ha conllevado a la búsqueda de alternativas en el tratamiento de enfermedades bacterianas, entre ellas la aplicación de bacteriófagos, los cuales infectan y destruyen selectivamente bacterias. En ese sentido, en este trabajo se aisló un bacteriófago altamente lítico a V. alginolyticus el cual fue denominado Va1, con el objetivo de evaluar los parámetros físicos químicos en los cuales es viable. Para esto, se evaluó al bacteriófago Va1 en diferentes condiciones de pH, temperatura, cloroformo. El fago Va1 presenta mayores títulos a 20 y 30 °C y pH de 5 a 8 disminuyendo su viabilidad a partir de 40 °C y en unidades de pH menores de 5. La exposición al cloroformo redujo la viabilidad del fago Va1 en un 25%. A partir de la curva de un paso se determinó que el periodo de latencia y el tamaño de la explosión fueron de 20 minutos y 192 UFP/centro infectivo respectivamente. Al microscopio electrónico de transmisión el fago Va1 evidencio una cabeza icosaedrica y una cola no contráctil, características propias de la familia Podoviridae. En conclusión, el fago Va1 presenta características potenciales para su uso en fagoterapia

Vibrio alginolyticus is associated with diseases in aquaculture. The misuse of antibiotics has led to the search for alternatives in the treatment of bacterial diseases, among them the application of bacteriophages that infect and destroy bacteria selectively. In this way, a highly lytic V. alginolyticus bacteriophage, termed Va1, was isolated, with the aim to evaluate its physical chemical parameters. For this purpose, different temperature, pH, chloroform exposure and host range conditions were evaluated. The temperature stability of phage Va1 showed higher titers at 20 and 30 °C decreasing from 40 °C. With respect to pH, the highest titers for the bacteriophage were between 5 and 8, and chloroform exposure reduced viability of the Va1 phage by 25%. The one-step curve determined that the latency period and the burst size were 20 minutes and 192 PFU / infective center respectively. Under the transmission electron microscope, the Va1 phage showed an icosahedral head and a non-contractile tail, belonging to the Podoviridae family. In conclusion, Va1 phage presents potential characteristics for use in phage therapy

Efeito antimicrobiano do bacteriófago geneticamente modificado φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA sobre cepas de E. faecalis em biofilme estático e em canais radiculares infectados / Antibacterial effect of a Genetically-Engineered Bacteriophage φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA on static biofilms and on Dentin Infected with E. faecalis

A presença de micro-organismos no sistema de canais radiculares (SCR) tem sido apontada como uma das principais causas de insucesso da terapia endodôntica. A capacidade de formar biofilme e penetrar nos túbulos dentinários são fatores de sobrevivência que favorecem a perpetuação de micro-organismos no interior do SCR. Terapias que promovam a desorganizazão de biofilmes e eliminação de bactérias dentro dos túbulos dentinários são fundamentais para a desinfecção endodôntica. Uma terapia descoberta há um século, denominada de Bacteriofagoterapia, baseia-se na utilização de vírus capazes de infectar e matar bactérias. Esta abordagem antimicrobiana tem recebido bastante atenção atualmente por representar uma alternativa para o tratamento de doenças causadas por bactérias multirresistentes aos antibióticos. O objetivo deste estudo foi avaliar a eficácia de um bacteriófago modificado geneticamente, φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA, para eliminar biofilmes de duas cepas de E. faecalis: JH2-2 (sensível à vancomicina e resistente ao ácido fusídico e à rifampicina) e V583 (resistente à vancomicina). Este estudo foi dividido em dois experimentos distintos. No primeiro experimento, biofilmes estáticos de 48 horas de cepas de E. faecalis JH2-2 (pMSP3535 nisR / K) ou V583 (pMSP3535 nisR / K) formados em lâminulas de vidro (coverslips) foram inoculados por suspensão do bacteriófago φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA. Após 48 horas de incubação, a biomassa bacteriana foi fotografada por microscopia confocal e as células viáveis foram quantificadas por medição de unidades formadoras de colônias (UFC). No segundo experimento, segmentos radiculares de dentes humanos extraídos foram cimentados em dispositivos vedáveis de duas câmaras para formar modelos ex vivo com dentina infectada, contendo solução tampão na câmara inferior. Os modelos foram inoculados com uma suspensão de E. faecalis V583 ou E. faecalis JH2-2. Após sete dias de incubação a 37°C, adicionou-se ao canal de cada segmento de dentina infectada dos grupos 2 e 5 uma suspensão do fago geneticamente modificado, φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA e manteve-se a incubação por mais 72 horas. Os segmentos de dentina foram instrumentados com Gates Glidden e a solução tampão foi aliquotada para semeadura e contagem de UFC e aferição do título residual de células de E. faecalis. Os resultados do primeiro experimento mostraram uma diminuição de 10-100 vezes (p≤ 0,05) das células viáveis (UFC / biofilme) após tratamento com bacteriófago, o que foi consistente com a comparação das imagens de biofilme tratado e não tratado visualizadas com projeções máximas da série Z. No segundo experimento a titulação de E. faecalis verificada após tratamento com o bacteriófago foi reduzida em 18% para os modelos infectados com JH2-2 e em 99% (p≤ 0,05) nos modelos infectados com V583. Com base nesses resultados, pode-se concluir que a biomassa dos biofilmes de E. faecalis, tanto sensíveis quanto resistentes à vancomicina, foi significantemente reduzida após a infecção pelo bacteriófago φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA. Além disso, o tratamento da dentina infectada por E. faecalis com bacteriófago φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA resultou em diminuição da população bacteriana residual de cepas sensíveis e resistentes à vancomicina, alcançando significância estatística no grupo que utilizou a cepa V583.

Residual microorganisms in the root canal system (RCS) have been identified as the main cause of endodontic therapy failure. The ability to form a biofilm and penetrate the dentin tubules are survival factors that favor the perpetuation of microorganisms within the RCS. Therapies that promote the disorganization of biofilms and elimination of bacteria within the dentinal tubules are essential for endodontic disinfection. A therapy discovered a century ago called Bacteriophage Therapy is based on the use of viruses capable of infecting and killing bacteria. Recently, this antimicrobial approach has been receiving considerable attention since it represents an alternative for the treatment of diseases caused by multiresistant antibiotic bacteria. The aim of this study was to evaluate the efficacy of a genetically engineered bacteriophage, φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA, to disrupt biofilms of two Enterococcus faecalis strains: JH2-2 (vancomycin sensitive) and V583 (vancomycin resistant). This study was divided into two separate experiments. In the first experiment, 24 hour static biofilms of E. faecalis strains JH2-2(pMSP3535 nisR/K) and V583(pMSP3535 nisR/K) formed on cover slips were inoculated with bacteriophage φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA. After 24 and 48 hours incubation, the bacterial biomass was imaged by confocal microscopy and viable cells were quantified by colony forming unit (CFU) measurement. In the second experiment, extracted human dentin root segments were cemented into sealable two-chamber devices, fabricated from syringe needle caps to form in vitro infected-dentin models. The models were inoculated with an overnight suspension of either E. faecalis V583 (vancomycin resistant strain) or E. faecalis JH2-2 (fusidic acid and rifampin resistant, vancomycin sensitive strain). After 7 days of incubation at 37°C, a suspension of a genetically engineered phage, φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA, was added to the root canal of each infected dentin segment, and the incubation was continued for an additional 72-hours. Dentin was harvested from the walls of each root canal and assayed for the residual titer of E. faecalis cells. The results from the first experiment showed a 10-100-fold fewer decrease in viable cells (CFU/biofilm) after bacteriophage treatment, which was consistent with comparisons of treated and untreated biofilm images visualized as max projections of the Z-series. On the second experiment, the recovered E. faecalis titer was reduced by 18% for the JH2-2 infected models, and by 99% for the V583 infected models. These results suggest that the biomass of E. faecalis biofilms, both sensitive and resistant to vancomycin, was significantly reduced after infection by bacteriophage φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA. In addition, treatment of E. faecalis-infected dentin with the phage resulted in the decrease of the residual bacterial population for both susceptible and vancomycin resistant strains, reaching statistical significance in strain V583 group.

Fagoterapia, alternativa para el control de las infecciones bacterianas. Perspectivas en Colombia / Phage-therapy, an alternative to control bacterial infections. Perspectives in Colombia / Fagoterapia, alternativa para o controle das infeccóes bacterianas. Perspectivas na Colombia

La capacidad de las bacterias para adquirir resistencia a agentes antimicrobianos ha reducido el número de antibióticos efectivos para combatir infecciones bacterianas. De otro lado, existen bacterias contaminantes de alimentos, que no pueden controlarse con antibióticos por tratarse de productos de consumo humano, lo que se traduce en pérdidas económicas y riesgos para la salud. Si a esto se suma la falta de desarrollo de nuevos antibióticos, es evidente que se requiere desarrollar otras estrategias para el tratamiento y control de las bacterias. Los bacteriófagos (fagos), virus que infectan bacterias, se proponen como uno de estos tratamientos alternativos en una estrategia conocida como fagoterapia. Diversos estudios han evaluado y demostrado su efectividad contra bacterias patógenas y ya existen empresas privadas que desarrollan productos basados en cocteles de fagos para controlar algunas infecciones bacterianas. En Colombia no existen antecedentes del uso de fagos pero estos representan una gran oportunidad para el aprovechamiento de la diversidad de la microbiota nativa. En este artículo presentamos las perspectivas de uso de la fagoterapia en Colombia como tratamiento de infecciones bacterianas.

Bacteria easily acquire resistance to antimicrobial agents and this reduces the number of effective antibiotics available to treat bacterial infections. Food contamination by bacteria also generates important economic losses and health risks. Products for human consumption must be free of antibiotics used in clinical treatments, and the control of bacteria with antimicrobials is strictly regulated; however, there is a lack of development of new antibiotics. As a result, the development of new antimicrobial strategies is vital. Viruses that infect bacteria called bacteriophages (phages) have been proposed as an alternative treatment in an approach known as phage-therapy. Several studies have evaluated and demonstrated their effectiveness against pathogenic bacteria; currently, there are private companies dedicated to the development of new products based on phage cocktails, to control some bacterial infections. In Colombia, there is no previous information about the use of phages, but phage-therapy represents a great opportunity to use the diversity of the native microbiota. In this review, we present the perspectives for phage-therapy in Colombia as a treatment against bacterial infections.

A capacidade das bactérias para adquirir resistencia a agentes antimicrobianos tem levado a que o número de antibióticos efetivos para combater infectes bacterianas em humanos seja cada vez menor. Nos alimentos se reportam bactérias causantes de contaminares que representam grandes perdas económicas e riscos para a saúde; estas bactérias nao podem ser tratadas com antibióticos por tratar-se de produtos para consumo humano. Tendo em conta a situado, e a falta de novos antibióticos, precisa-se do desenvolvimento de novas estratégias para o tratamento e controle das bactérias. Os bacteriófagos (fagos), vírus que infectam bactérias, propoem-se como um destes tratamentos alternativos, numa estratégia conhecida como fagoterapia. Diversos estudos tem demostrada a efetividade contra bactérias patógenas e já existem empresas privadas desenvolvendo produtos baseados em coqueteis de fagos, para controlar algumas infectes bacterianas. Na Colombia nao existe antecedente do uso de fagos, mas este apresenta uma grande oportunidade para o aproveitamento da diversidade da microbiota nativa. Nesta revisao apresentamos as perspectivas para a fagoterapia na Colombia como tratamento alternativo contra infectes bacterianas.