Gladstone Institutes primește un grant NIAID pentru a înființa Centrul de Terapie PhAIge
Când o infecție bacteriană nu mai răspunde la antibiotice, medicii au puține opțiuni pentru tratament.
Fagii, virusuri care infectează și distrug bacteriile, au captat de mult interesul medicilor ca potențială armă împotriva acestor infecții. Totuși, procesul de transformare a acestor vânători microscopici de bacterii în medicamente a fost lent și nesigur.
Acum, un nou demers, susținut de inginerie și inteligență artificială, ar putea schimba acest lucru.
Gladstone Institutes a primit un grant inițial de 2 milioane de dolari de la National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID), cu finanțare suplimentară disponibilă de până la 10 milioane de dolari pe parcursul proiectului propus de 5 ani. Acest grant va stabili Centrul de Terapie PhAIge, un centru de cercetare care va dezvolta noi tratamente bazate pe fag pentru infecțiile bacteriene rezistente la antibiotice.
Grantul de cinci ani face din Gladstone una dintre cele trei instituții din țară selectate pentru a conduce acest efort coordonat. Împreună, noile Centre pentru Accelerarea Terapiei cu Fagi pentru Combaterea Patogenilor ESKAPE (CAPT-CEP) vor avansa utilizarea terapeutică a fagilor.
Centrul pentru Terapie PhAIge va fi condus de Seth Shipman, cu proiecte și componente principale coordonate de o echipă interdisciplinară de cercetători de la Gladstone.
Fagii au potențialul de a trata infecțiile rezistente la medicamente, însă pentru ca pacienții să beneficieze de acest potențial, este necesar să putem prezice care fag să fie utilizat pentru fiecare pacient și să proiectăm fagii care sunt mai eficienți decât cei disponibili în prezent. Acesta este scopul pentru care este creat acest centru.”
În fiecare an, aproximativ 5 milioane de decese la nivel global sunt asociate cu infecții rezistente la antibiotice.
Persoanele cu sistem imunitar slăbit, inclusiv cei cu cancer care primesc terapii imune, sunt deosebit de vulnerabile deoarece se bazează foarte mult pe antibiotice eficiente. Totuși, rezistența la antibiotice nu mai afectează doar pacienții cu risc crescut, ci din ce în ce mai mult populația generală din spitale.
Printre cauzele principale ale acestor decese se numără așa-numitele „superbacterii” din spitale, denumite patogeni ESKAPE: Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa și specii de Enterobacter.
Aceste specii bacteriene apar pe lista de patogeni prioritari a Organizației Mondiale a Sănătății. Ele reprezintă amenințări critice pentru medicina modernă nu doar pentru că rezistă la medicamente, ci și pentru că schimbă mecanismele de apărare și se adaptează rapid după expunerea la noi antibiotice.
Datorită faptului că fagii au evoluat pentru a ucide bacteriile în moduri distincte și țintite, aceștia au atras un interes tot mai mare ca potențială armă împotriva patogenilor ESKAPE și altor infecții rezistente la antibiotice.
Până în prezent, în ciuda rezultatelor promițătoare la pacienți individuali, terapia cu fag a rămas dificil de utilizat la scară mai mare, în parte din cauza necesității de a efectua multă încercare și eroare pentru fiecare pacient.
Noul Centru pentru Terapie PhAIge va construi instrumentele și modelele preclinice necesare pentru a depăși acest obstacol și a face fagii un tratament mai fiabil pentru infecții.
Cercetătorii de la Gladstone au dezvoltat instrumente AI pentru a prezice care fagii pot acționa împotriva unei tulpini particulare de bacterii, dar modelele lipsesc de datele necesare pentru a face predicțiile precise. Astfel, cercetătorii vor desfășura experimente masive folosind fagii și bacterii ingineriați pentru a înțelege, pas cu pas, cum sunt ucise bacteriile.
„Scopul centrului nostru este de a genera o cantitate fără precedent de date și de a antrena modele AI pentru a identifica fagul potrivit pentru infecția oricărui pacient”, spune Shipman.
Laboratorul lui Shipman a dezvoltat deja instrumente pentru a edita precis genomurile fagilor într-un mod foarte eficient, oferindu-le capacitatea de a ingineria fagii noi.
Centrul pentru Terapie PhAIge va permite echipei să construiască pe această tehnologie și să dezvolte noi instrumente pentru a accelera cercetarea privind modul în care pot fi optimizați și utilizați fagii împotriva patogenilor ESKAPE.
Ei vor construi teste de înaltă capacitate pentru a măsura modul în care părțile individuale ale fagilor contribuie la activitatea lor împotriva bacteriilor. Proiectul va genera, în cele din urmă, datele necesare pentru a proiecta și selecta rațional fagii eficienți împotriva Klebsiella pneumoniae.
În mediile de sănătate, Klebsiella pneumoniae poate provoca infecții grave, inclusiv pneumonie, infecții ale fluxului sanguin și meningită, în rândul pacienților care utilizează ventilatoare sau catetere intravenoase. Aceste bacterii devin din ce în ce mai rezistente la antibiotice, chiar și la ultimele linii de apărare utilizate împotriva infecțiilor bacteriene, și contribuie la peste 600.000 de decese pe an.
Paralel cu activitatea lui Shipman, cercetătorul Sukrit Silas va caracteriza modul în care tulpinile de Klebsiella pneumoniae variază în funcție de susceptibilitatea la fag, cu scopul de a identifica combinațiile de faguri cele mai susceptibile să funcționeze împotriva tulpinilor specifice.
Ambele proiecte vor beneficia de colaborări strânse cu Katie Pollard și Melanie Ott, care vor conduce dezvoltarea de noi algoritmi pentru a prezice compatibilitatea perechilor fag-bacterie și pentru a optimiza fagii naturali în medicamente. Folosind organoizi pulmonari umani care imită mai bine țesuturile umane decât modelele animale tradiționale, echipa lui Ott va studia cum mediul organismului influențează comportamentul fagilor și rezultatele tratamentului, un aspect ce nu poate fi surprins în modelele de laborator convenționale.
„Ceea ce mă entuziasmează la această colecție de proiecte este că creăm un sistem în care datele și inteligența artificială se dezvoltă reciproc cu fiecare iterație”, afirmă Shipman. „Nu studiem doar fagii folosind aceleași metode ca în trecut; construim o infrastructură pentru a prezice rațional cum putem folosi fagii cu succes în viitor.”
Pe lângă Centrul Gladstone pentru Terapie PhAIge, rețeaua CAPT-CEP va sprijini, de asemenea, Centrul pentru Farmaceutice cu Fagi de la Universitatea Stanford, care se va concentra pe livrarea fagilor la plămâni, și Centrul Pitt pentru Accelerarea Terapiei cu Fagi de la Universitatea din Pittsburgh, care va dezvolta teste pentru proiectarea și dozarea cocktailurilor de fag pentru pacienți. Cele trei centre vor împărtăși teste, materiale și date.
