REVIEW| VOLUME 186, ISSUE 1, P17-31, JANUARY 05, 2023

Phage therapy: From biological mechanisms to future directions

Steffanie A. Strathdee, Graham F. Hatfull, Vivek K. Mutalik, Robert T. Schooley

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)01461-1

의 간단 번역입니다.

요약

항생제 내성 비율이 증가함에 따라 100년 전에 발견된 박테리아의 자연 포식자인 박테리오파지 (파지) 연구가 활성화되었습니다. 파지를 치료적으로 사용하기 위해서는, 이들은 (1) 바람직하게는 용균이고, (2) 박테리아 숙주를 효율적으로 죽이고, (3) 부작용을 배제하도록 완전히 특성화되어야 한다. 치료 파지를 개발하려면 여러 이해 관계자의 공동 노력이 필요합니다. 본원에서, 우리는 파지 요법의 최신 기술을 검토하여, 생물학적 메커니즘, 임상 적용, 나머지 과제, 및 자연 발생 및 유전자 변형 또는 합성 파지를 포함하는 미래 방향을 다룹니다.

키워드

박테리오파지 요법, 파지 요법, 박테리오파지, 파지

소개

2022년에 항생제 내성(AMR)의 글로벌 건강 영향에 대한 첫 번째 종합 평가에서는 2019년에 4.95백만 명이 AMR과 관련이 있으며 1.2백만 명이 직접 기인하는 것으로 추정되었습니다. 이러한 사망 대부분은 저소득 및 중간 소득 국가에서 발생했으며 4분의 3은 이전에 세계 보건기구 (WHO)에서 우선 병원체로 확인된 6종의 박테리아에 의해 발생했습니다. 이 보고서는 이환율, 사망률 및 장애에 대한 AMR의 규모가 적어도 인간 면역 결핍 바이러스 및 말라리아의 규모만큼 크다는 것을 확인했지만 AMR의 발병률은 COVID-19 대유행 기간 크게 악화하였습니다.

AMR이 증가하는 이유는 식품 산업, 축산 및 의약품에서 항생제의 오용 및 남용뿐만 아니라 제약 회사가 항생제 발견 및 개발을 점점 더 거부함에 따라 항생제 파이프라인이 감소하는 것을 포함합니다. 또한, 일부 병원체는 본질적으로 항생제 내성이 있으며 현재 사용 가능한 약제로 치료하기가 어렵습니다. 현재 추세에 큰 변화가 없다면 2050년까지 최소 10백만 명이 AMR로 사망할 것으로 추정되며, 이는 주로 생산성 손실로 인해 연간 1조 달러의 비용이 듭니다.

증가하는 AMR 위기는 대안에 관한 연구를 활성화했으며 가장 유망한 방법의 하나는 박테리오파지 요법입니다. 박테리오파지는 거의 40억 년 동안 박테리아와 공진화한 박테리아의 자연 포식자입니다. 생물권의 약 1031 박테리오파지 입자는 지구상에서 가장 오래되고 가장 풍부한 유기체로 여겨집니다. 매일 300억 개 이상의 파지 입자가 인간 조직 안팎으로 이동하는 것으로 생각되며, 다양한 미생물군집의 청지기 역할을 합니다. 많은 연구자들이 1896년까지 파지의 세균 용해 활성으로 보이는 것을 목격했지만, 1917년이 되어서야 독학으로 미생물학자인 펠릭스 데렐(Felix d’Herelle)은 범인이 박테리아의 기생충임이 틀림없다고 추론하여 박테리오파지(그리스어에서 파생되었으며 “박테리아를 먹는 사람”을 의미함)라고 명명했습니다.

d’Herelle이 1919년 세균성 이질로 고통받는 어린이를 치료하기 위해 파지 제제를 성공적으로 사용한 후, 파지 요법은 페니실린이 처음 시장에 출시되기 훨씬 전인 1930년대에 인간과 동물의 박테리아 감염을 치료하는 데 광범위하게 사용되었습니다. 첫 번째 파지 치료 프로그램은 현재 조지아 트빌리시에서 열렸고 폴란드 브로츠와프에서 또 다른 프로그램이 열렸습니다. 두 프로그램 모두 오늘날까지 존재합니다. 그러나 1940년대 초 제2차 세계대전이 페니실린을 시장에 출시한 후 파지 요법은 서구에서 인기를 잃었습니다. 박테리아 감염에 대한 페니실린과 미래의 항생제의 광범위한 스펙트럼 활성은 박테리아가 파지가 결합할 수 있는 특정 표면 분자를 발현해야 하고 진입 후 파지를 비활성화할 수 있는 세포 내 방어가 부족한 파지에 비해 이점으로 간주하였습니다. 더욱이 전후 미국과 소련 간의 적대감은 구소련 블록에서 나온 과학에 대한 불신과 앞으로 수십 년 동안 파지의 치료적 사용에 대한 만연한 의심을 불러일으켰습니다.

지난 5년 동안 파지 치료는 파이프라인에 새로운 항생제가 거의 없는 AMR 문제가 증가하고 생명을 위협하는 다제 내성 박테리아 감염을 성공적으로 치료하기 위해 파지 요법이 사용된 세간의 이목을 끄는 보고가 증가함에 따라 활성화되었습니다. 이 분야를 방해했던 이전의 한계는 이제 고처리량 시퀀싱, 균유전체학, 유전 공학 및 합성 생물학의 발전으로 극복되고 있습니다. 이로 인해 자금 지원 기관은 임상 시험뿐만 아니라 생명공학 신생 기업 및 제약 회사의 새로운 투자를 지원하도록 장려했습니다. 여기에서는 생물학적 메커니즘, 임상 적용, 남은 과제 및 향후 방향을 다루는 파지 치료의 최첨단 기술을 검토합니다.

파지 생물학

파지는 바이러스이며 모든 일반적인 바이러스 특성이 있습니다: 숙주 외부에서 복제하지 않고, 상대적으로 작은 게놈을 가지고 있으며, 복제를 위해 숙주 기계를 광범위하게 사용하며, 엄격한 숙주 세포 특이성을 나타냅니다. 비리온 형태에는 여러 가지 유형이 있지만 가장 일반적인 것은 DNA가 꼬리에 부착된 캡시드(머리) 내에 캡슐화되는 이중 가닥 DNA(dsDNA) 꼬리 파지입니다(그림 1). 감염은 꼬리 끝을 박테리아 세포벽에 부착하고 캡시드에서 세포막을 통해 세포질로 게놈을 주입함으로써 시작됩니다. 단백질성 캡시드와 꼬리는 세포 외부에 남아있습니다.

그림 1 치료적으로 유용한 파지의 예

(A 및 B) 박테리오파지 머디 (A)와 마에스트로 (B)는 각각 농양균과 바우마니니균 감염을 치료하기 위해 사용되었다. 머디는 dsDNA 게놈을 포함하는 정이십면체 캡시드와 유연한 비수축 꼬리를 가진 사이포바이러스 형태를 가지고 있다. 이들 파지의 꼬리 끝에 있는 구조는 박테리아 세포 표면의 특정 수용체를 인식한다. 눈금 막대, 100nm. 그레이엄 해트풀과 아드리아나 캐롤라이나 에르난데스가 제공하는 이미지.

대부분의 파지는 용균성 또는 용원성으로 분류될 수 있다. 감염 시, 용균 파지는 초기 파지 유전자 발현, 게놈 복제, 비리온 구조 및 조립 유전자의 후기 용균 발현, 완전히 포장된 입자의 조립 및 마지막으로 박테리아 용해를 포함하는 단일 발달 프로그램을 추구합니다. 용원성 파지는 또한 이러한 용균 성장 패턴을 따를 수 있지만, 감염 초기에 용균 성장을 겪을 것인지 아니면 용균 생성을 확립할 것인지에 대한 “결정”이 내려집니다. 용균 빈도는 파지, 숙주 및 조건에 따라 몇 퍼센트에서 대부분 감염까지 엄청나게 다양합니다. 용원성에서, 용균 성장에 필요한 유전자는 꺼지고, 일부 파지는 염색체 외 (plasmidial) 자율 복제를 사용하지만 파지 게놈은 일반적으로 숙주 염색체에 통합되어 프로 파지로 확립된다. 용균 파지는 그들이 감염시키는 박테리아 세포의 매우 높은 비율을 죽이므로 치료 고려에 적합합니다. 대조적으로, 높은 비율의 세포가 용원성 파지 감염 후 (리소겐으로서) 생존하므로 용원성 파지는 치료를 위한 잘못된 선택입니다. 그러나 이들은 의무적으로 용해되도록 조작되어 (아래 참조) 치료 후보로 전환 될 수 있습니다.

파지에 의해 생산적으로 감염된 다양한 박테리아가 숙주 범위로서 정의된다. 각 파지는 특정 숙주 범위를 가지며 박테리아 속 내의 많은 종을 감염시키고 때로는 다른 속의 많은 종을 감염시키는 “광범위”하거나 박테리아 종 내에서 하나 또는 소수의 분리 물만 감염시키는 “좁은” 것일 수 있습니다. 이러한 제한된 숙주 선호도는 박테리아가 용균 파지 감염에서 살아남기 위해 진화하고 파지가 감수성 숙주에 접근하기 위해 공진화해야 하는 약 30억 년의 미생물 전쟁에서 비롯됩니다. 이러한 역학은 박테리아의 다양한 바이러스 방어 시스템(예: 제한 변형[RM] 및 CRISPR-Cas) 및 파지의 대응 방어 시스템(예: 항-RM 및 항-CRISPR)을 통해 미생물 진화에 큰 영향을 미쳤습니다. 따라서 파지 숙주 범위는 세포 표면에서의 사전 DNA 주입 과정 (예: 수용체 인식) 및 DNA 감염 후 방어 모두에 의해 결정됩니다.

파지의 긴 진화 기간은 몇 가지 주요 게놈 특징에 반영됩니다. 첫째, 파지는 게놈적으로 매우 다양합니다. 이것은 Mycobacterium smegmatis의 단일 균주를 감염시키는 파지의 2,000개의 시퀀싱 된 게놈에 따라 설명되며, 서로 적은 유전자를 공유하고 각 유형 내에서 큰 변이가 있는 30개 이상의 서로 다른 게놈 유형을 포함합니다. 파지 게놈은 일반적으로 겹치는 단백질 코딩 및 때로는 RNA 코딩 유전자로 단단히 채워져 있으며 기능을 알 수 없는 비교적 작은 유전자 (UKF)로 가득 차 있습니다. 결과적으로, 평균 파지 유전자 크기는 박테리아 유전자의 약 2/3에 불과하다. UKF 유전자는 일반적으로 용균 성장에 필요하지 않지만 많은 유전자가 파지 입자 및 파지-숙주 역학의 효율적인 생산에 영향을 미칠 수 있습니다. 마지막으로, 파지 게놈은 모자이크 현상이 널리 퍼져 있으며, 단일 유전자 (또는 유전자의 작은 하위 집합)는 다른 관련이 없는 파지의 다른 게놈 맥락에서 발견됩니다. 이것은 긴 진화 동안 불법적인 (서열 독립적) 재조합 사건의 결과일 가능성이 큽니다.

자연 발생 파지

자연적으로 발생하는(또는 “환경”) 파지는 바다, 호수, 토양, 식물과 동물을 포함하여 박테리아가 발견되는 지구상의 거의 모든 틈새시장에서 찾을 수 있습니다. 파지는 종종 박테리아 숙주가 존재하는 환경에서 풍부합니다. 따라서 환경 파지에 대한 사냥은 하수 처리장 및 동물 또는 인간 공동체의 하류 폐기물과 같이 관심종의 박테리아가 과다하게 발견되는 위치에서 수행될 수 있습니다. 일반적으로 관심 위치의 물 또는 토양 샘플은 0.22미크론 필터를 통과하여 박테리아, 곰팡이와 바이러스보다 큰 기타 개체를 제거합니다. 여액은 용균 파지가 요구되는 박테리아의 잔디밭이 뿌려진 판 상에 겹쳐지거나, 바람직한 파지의 농축을 촉진하기 위해 박테리아가 숙주와 함께 배양될 수 있다. 그런 다음 한천에 플라크 (클리어런스 영역)가 나타나는 플레이트가 관찰되어 해당 위치의 박테리아가 용해되었음을 나타냅니다. 파지는 성장을 지원하고 증폭하는 박테리아에 대한 연속 통과 때문에 플라크 정제될 수 있습니다. 이러한 사냥은 정교한 장비가 거의 없는 비교적 저렴한 비용으로 수행할 수 있습니다. 일반적으로 지리와 파지 유전자형 사이에는 강한 상관관계가 없는 것으로 보이지만, 적어도 일부 병원체에 대한 파지 발견을 쉽게 할 수 있는 추가 조사가 필요합니다.

숙주를 사용할 수 없거나 실험실에서 쉽게 배양할 수 없으므로 쉽게 분리할 수 없는 자연 발생 파지가 많이 있을 수 있습니다. 파지 게놈은 메타게놈 샘플에서 확인되었으며 매우 클 수 있으며 대체 유전 코드를 사용합니다. 이들에 대해 가능성이 있는 숙주를 예측할 수 있지만, 이러한 예측 및 용균 전파에 대한 실험적 검증은 입증되지 않았습니다. 파지 검색은 또한 특정 바람직한 특성을 갖는 파지를 식별하도록 설계될 수 있다. 이 접근법을 사용한 한 가지 예는 다중 약물 유출 시스템 MexAB 및 MexXY의 외막 포린 M (OprM)을 수용체 결합 부위로 사용하는 슈도모나스 OMKO1의 발견으로 이어졌습니다. 슈도모나스 OMKO1의 이러한 특성은 유출 펌프의 변화로 인한 파지에 대한 내성이 항생제 감수성을 동시에 증가시키는 진화적 절충안을 제시하기 때문에 특히 치료적 관심이 있습니다.

임상 사용을 목적으로 하는 파지는 광범위한 특성 분석이 필요합니다. 이러한 특성화에는 일반적으로 숙주 범위의 정의, 파지 종분화를 위한 전체 게놈 시퀀싱 및 AMR을 코딩하는 유전 요소 검색, 및 용해 능력을 시사하는 독소 코딩 유전자 또는 유전 요소가 포함됩니다. 임상 사용 전에, 파지는 적절하고 잘 특성화된 숙주에 전파되어야 하며, 내독소 수준 또는 기타 잠재적으로 유해한 물질을 제거/감소시키기 위해 정제되어야 한다. 비응급 상황에서 임상적으로 사용되는 파지는 GCP(Good Clinical Practice) 조건 또는 이러한 수준의 엄격함에 가까운 조건에서 준비해야 합니다. 번식하는 균주는 자발적으로 방출된 프로파지 유래 입자로 용해물의 오염을 피하고자 프로파지가 없어야 합니다.

문헌에 보고된 치료 성공의 수가 증가하고 있음에도 불구하고 용균성 파지를 식별하는 과정은 여전히 제한적입니다. 한 세기 이상의 파지 사냥은 대부분의 (전부는 아니지만) 임상적으로 중요한 박테리아 종에 대한 숙주 범위를 갖는 용균 파지의 수집을 해 왔습니다. 점점 더 접근하기 쉬운 데이터베이스는 학계 및 상업적 파지 은행에 보관된 관심 있는 파지를 검색하는 것을 가능하게 했다. 최근의 많은 연구는 파지 수용체를 체계적으로 특성화하는 것의 중요성과 파지 내성 프로파일의 유전적 기초를 강조했습니다. 이러한 노력은 파지 칵테일의 합리적인 설계를 가능하게 할 수 있습니다. 유익한 임상 표현형 및 결과를 향한 파지 내성의 진화를 이용합니다. 파지 조종을 촉진하기 위한 지시된 진화 및 파지 내성을 이용하기 위한 진화적 트랩과 같은 추가 접근법은 환경적으로 공급된 파지의 임상적 유용성을 확장하고 개선할 수 있는 추가적인 기회를 제공합니다.

잘 특성화된 파지 뱅크는 치료용 파지가 임상적 사용을 위해 공급될 수 있는 라이브러리 역할을 할 수 있으며, 유전자 변형 파지의 출발 물질로서 또는 완전 합성 파지의 구축을 위한 지적 프레임워크로서 기능할 수 있다(하기 참조). 합리적인 제형을 위해 잘 특성화된 파지 수집이 항상 요구되지만, 점점 더 많은 수의 박테리아-특이적 파지 뱅크가 개별 환자 또는 임상 시험에서 사용하기 위해 고도로 집중된 파지 검색을 허용하기에 충분히 특성화되었다. 주어진 박테리아 균주로부터 대부분의 임상적 단리물을 커버하는데 필요한 파지 뱅크의 크기는 파지 생물학 및 표적 병원체 유전학 및 상호작용 결정인자에 크게 의존한다. 황색포도상구균(S. aureus)의 경우, 비교적 넓은 숙주 범위를 갖는 파지가 확인될 수 있고, 적합한 파지 라이브러리는 단지 20 또는 30개의 파지로 구성될 수 있다. 파지 숙주 범위가 더 좁은 Acinetobacter baumanni와 같은 박테리아 종은 유사한 범위를 제공하기 위해 300개 이상 파지의 파지 라이브러리가 필요할 수 있습니다. 박테리아 종 내의 파지 숙주 범위는 박테리아 종을 겨냥한 파지의 하나 이상의 “고정 칵테일”을 개발하는 것이 가능한지 아닌지에 대한 중요한 결정 인자이다. 이러한 칵테일은 더 넓은 숙주 범위의 파지가 이용 가능한 박테리아 종(예를 들어, S. 아우레우스 및 P. aeruginosa)의 치료를 위해 제안되었다. 그러나, 이러한 칵테일은 현재 A. baumannii 또는 Mycobacterium abscessus와 같은 주로 좁은 범위의 파지를 갖는 박테리아 종의 치료에는 적합하지 않다. 이러한 유기체는 맞춤형 파지 칵테일 또는 더 넓은 숙주 범위의 파지 개발에 초점을 맞춘 파지 공학을 해야 합니다. 고정 파지 칵테일은 생산 및 배포가 간단하다는 이점을 제공하지만 다가 칵테일이 부족할 수 있지만, 맞춤형 칵테일은 종종 다가 칵테일을 제공하지만, 임상 개발 및 임상 사용 모두에 더 복잡한 문제를 제기합니다.

파지 요법

전술한 바와 같이, 파지 식별 및 생산을 위한 보다 널리 이용 가능한 기술과 결합한 다수의 세간의 이목을 끄는 잘 설명된 임상 사례 보고는 지난 몇 년 동안 임상 의학에서 파지의 더욱 광범위한 사용으로 이어졌습니다. 미국에서는 식품의 약국 (FDA)의 긴급 연구 신약 프로세스가 이러한 경험 대부분이 수행된 규제 프레임워크를 제공했습니다. 유럽의 규제 체계는 좀 더 이질적이지만 최근에는 더 중앙 집중화되고 체계화되기 시작했습니다. 확립 된 파지 치료 프로그램은 현재 미국, 벨기에, 프랑스 및 스웨덴에 존재하며 조지아 공화국과 폴란드의 오랜 프로그램 외에도 존재합니다. 유럽과 호주에서는 치료 적용을 쉽게 하기 위해 표준화된 파지 치료 프로토콜을 개발하는 데 협력 이니셔티브가 성공적이었습니다. 가장 최근에 영국은 국민 건강 서비스를 통해 자비로운 사용 파지 치료 요청을 고려하기 시작할 것이라고 발표했습니다.

미국에서 파지의 임상 개발 규제는 생물 제제 평가 및 연구 센터 (CBER)의 FDA 백신 연구 및 검토 사무소 (OVRR)에서 감독합니다. OVRR은 파지 제조의 안전성, 순도, 효능 및 일관성에 관한 규제 감독을 제공할 수 있는 장비를 잘 갖추고 있습니다. FDA의 규제 감독하에있는 모든 약물의 경우와 마찬가지로 파지 제품의 면허는 인간의 질병을 치료, 예방, 치료 또는 완화하는 것으로 입증되어야합니다. 항균제로서의 가장 간단한 임상 적용에서 임상 효능에 관한 규제 결정은 처음에는 “전통적인”항생제의 효능을 결정하는 데 사용 된 것과 유사한 고려 사항을 기반으로 할 것입니다.

이전 사례 시리즈는 다양한 해부학적 부위에서 파지 단독 또는 항생제와 병용 한 감염 치료에 관해 설명합니다. 치료 성공이 환자의 하위 집합에서 보고되었지만, 두 가지 특징은 파지 요법에 대한 보다 최근의 경험과는 대조적입니다. 첫째, 이 초기 시대의 파지 생산 기술은 대부분의 치료 과정이 경구, 국소, 방광 내, 직장 내 또는 흡입 전달 경로로 투여될 것을 요구했습니다. 둘째, 파지는 종종 치료 중인 특정 유기체에 대한 활성에 대한 시험관 내 평가를 거치지 않은 파지의 불완전한 특성화 혼합물로 투여되었다. 최근 몇 년 동안 파지 감수성 검사 분야에서 상당한 진전이 있었지만, 분석 방법론은 아직 완전히 체계화되지 않았으며 임상 활성에 대한 예측값은 상당한 추가 평가가 필요합니다.

지난 10~15년 동안 PubMed.gov에 관한 문헌의 양에 반영된 보다 상세한 사례 보고서가 점점 더 많이 발생했습니다(그림 2A). 사례 보고서와 관련된 선택 편향에 대한 허용으로 폐 감염과 이식된 혈관 및 정형 외과 장치의 감염은 설명된 사례의 절반 이상을 차지합니다. 더욱 현대적인 경험 대부분은 최적화된 배경 항생제 치료에 파지를 추가했다고 보고했습니다. GCP 등급에 가까운 치료 파지를 제조할 수 있게 하는 기술의 개발과 함께, 파지 요법은 점점 더 정맥 주사로 전달되고 있다. 인간과 동물에 대한 파지 투여의 안전성에 대한 최근의 포괄적인 검토는 경로와 관계없이 파지 투여가 일반적으로 잘 용인된다는 결론을 내렸습니다. 비경구 전달 경로는 덜 엄격하게 준비된 파지의 사용을 허용하지만, 감염 부위로의 효율적인 전달은 여러 요인에 의해 손상될 수 있습니다. 예를 들어, 장 감염의 파지 치료에는 위산이 생존력을 파괴 할 수 있는 위를 지나 파지의 전달을 보장하는 제형이 필요합니다. 파지의 국소 투여는 그의 전달을 위해 사용되는 비히클에서 파지의 안정성 및 치료 중인 감염의 해부학에 주의를 요구한다. 폐 감염의 치료에서 파지의 에어로졸화 투여가 널리 이용되고 있지만, 그 파지를 위해 사용되는 특정 분무기에서 각 파지의 안정성에 대한 주의가 중요하다. 파지의 정제를 위한 효율적인 방법론의 개발은 정맥 내 투여를 가능하게 하고, 원칙적으로 국소 또는 경구 투여 경로에 의해 신뢰성 있게 접근할 수 없는 해부학적 부위로의 파지를 전달할 수 있게 하였다. 여기에는 특히 전신 감염과 이식된 보철 장치의 감염이 포함됩니다. 정맥 내 투여된 파지는 일반적으로 1~3시간 동안 혈류에서 제거되지만 순환하면서 감염 부위에 도달한 다음 치료 중인 병원체에 전파될 수 있습니다. 파지 준비는 이 경로에서 잘 견디며 입원 환자 및 외래 환자 환경 모두에서 제공될 수 있습니다. 특히 면역 능력이 있고 더 긴 치료 과정이 필요한 환자에서 정맥 투여에 대한 우려는 투여된 파지에 대한 적응성 면역 반응이 치료 효능을 손상할 가능성과 관련이 있습니다. 파지 요법을 받는 일부 환자에서 파지 특이적 면역 반응이 보고되었지만, 치료 결과에 미치는 영향은 다양했습니다. 최적의 투여 경로에 대한 체계적인 이해를 개발하기 위해서는 엄격한 약동학 (PK) 및 약력학 (PD) 연구가 필요합니다. 외부에서 접근 가능한 감염 부위에서 파지를 정량화하는 것은 분자 또는 배양 기반 접근법을 사용하여 가능합니다. 관절 보철물 및 심박 조율기 와이어와 같이 쉽게 접근할 수 없는 부위의 감염에 대한 PD 연구에는 더 새로운 접근 방식이 필요할 수 있습니다. 예를 들어, 치료용 파지에 특이적으로 결합하는 형광 표지된 펩티드의 사용은 더 깊은 부위에서 파지 집단의 실시간 모니터링을 가능하게 할 수 있다. 마지막으로, 치료 결과에 대한 파지 특이적 면역의 잠재적 영향도 파지 개발 프로그램에서 신중하게 평가되어야 합니다.

그림 2 나열된 연도별 파지 치료 보고서 및 파지 연구
(A) 2000년 이후 파지 치료 사례 보고. 2022년 9월 22일, PubMed 검색은 “(박테리오파지) AND (치료) AND (사례 보고서)”라는 검색어를 사용하여 수행되었다 53건의 원고에서 보고된 70건의 감염 사례가 각각 묘사되어 있다.
(B) 1999년부터 파지 치료의 임상시험이 ClinicalTrials.gov에 보고되었다. 레지스트리는 2022년 9월 9일에 “페이지”라는 키워드를 사용하여 쿼리되었다.

파지 요법의 임상 시험

파지 치료제의 추가 개발에는 저분자 항생제 개발에 적용되는 것과 같은 설계 및 범위의 엄격한 임상 시험에 대한 투자가 필요합니다. 이러한 연구는 강력한 전임상 연구를 기반으로 해야 하며 항균 연구와 유사한 단계에서 질서 정연한 방식으로 수행되어야 합니다. 주요 전임상 및 약리학적 원리를 완전히 인식하지 못하면 파지 치료제의 초기 임상 시험에서 많은 세간의 이목을 끄는 실패가 발생했습니다.

지난 7년 동안 파지를 사용하는 ClinicalTrials.gov에 등록된 임상 시험의 수가 증가했습니다. 치료 의도를 가진 44건의 임상 시험 중 29건이 2020년 초부터 게시되었습니다(그림 2B). 대부분의 파지 시험은 환경 파지 사용을 제안하지만 3건의 시험은 CRISPR 강화 파지 제품의 사용을 제안합니다. 등록된 시험 대부분은 용균성 파지의 살균 활성을 이용하려고 하지만, 감염된 이식된 생의학 기기의 살균에 도전하는 생물막을 파괴하는 파지의 능력에 초점을 맞추고 있습니다. 이러한 시험이 진행됨에 따라 우리는 파지 치료에 가장 적합한 응용 프로그램, 임상 사용을 위해 용균 파지를 보다 정확하게 선택하는 방법, 항생제와 함께 파지 사용을 최적화하는 방법을 알아야 합니다. 기존 또는 유도 적응 면역 반응이 파지 활성을 훼손하는지와 파지 감수성이 감소된 박테리아의 출현에 대해 환자를 지켜보는 방법을 결정하기 위해 파지 투여의 PK 및 PD를 정의해야 합니다. 파지를 치료제로 최적으로 활용하는 데 필요한 지식 체계는 상당하지만, 이 지식 체계를 개발하는 방법에 대한 프레임워크는 항생제에 대한 80년 이상의 경험을 통해 개발되었으며 앞으로 파지 치료제 개발에 신중하게 적용되어야 합니다.

파지의 임상 활동을 예측하는 엄격하고 재현 가능한 실험실 기술의 개발은 아직 초기 단계에 있으며 임상 조사가 진행됨에 따라 우선순위를 정해야 합니다. 멀티웰 플레이트에서 수행되는 분석뿐만 아니라 고전적인 한천 “현장 검사”는 임상 사용 및 임상 시험에서 파지 선택에 가장 자주 사용됩니다. “스팟”테스트는 단순성과 정교한 실험실 장비가 필요하지 않다는 장점이 있으며 플라킹 (EOP)의 정량적 효율성을 제공합니다. 또한, 치료 파지 레퍼토리의 확장을 위해 숙주 범위 돌연변이를 식별, 복구 및 특성화할 기회를 제공합니다. 그러나 현장 테스트는 마이크로웰 기반 액체 분석에서 얻을 수 있는 것보다 더 주관적이고 덜 정량적인 시각적 종점 평가가 필요하다는 단점이 있습니다. 두 접근법 모두 완전히 표준화되지 않았으며 배지, 온도 및 접종 밀도의 선택은 두 가지 유형의 테스트 해석에 영향을 미칠 수 있습니다. 파지가 서로 그리고 항생제와 함께 상승작용과 적대감을 나타내기 위한 엄격하고 재현 가능한 실험실 분석의 추가 개발도 절실히 필요합니다. 임상 시험은 파지 감수성에 대한 임상 실험실 테스트 영역에서 중요한 나머지 문제를 해결할 수 있는 중요한 기회를 제공합니다.

새로운 파지 설계

자연 발생 파지를 치료적으로 사용하는 데에는 세 가지 잠재적인 장애가 있다: (1) 원하는 향성을 갖는 유일한 이용 가능한 파지는 온대이고, (2) 표적 박테리아 숙주를 감염시키는 파지는 그것을 효율적으로 죽이지 않으며, (3) UKF의 수십 가지 단백질을 암호화하는 많은 파지 중 어느 것이 잠재적으로 해로울 수 있다. 따라서 향상된 치료 특성, 안전성 특징 및 숙주 범위를 가진 파지를 조작하는 것이 필요할 수 있습니다. 예를 들어, 파지는 숙주 반응을 조절하는 페이로드를 운반하거나 박테리아 게놈을 빠르게 분해하여 항생제 내성 유전자의 수평 유전자 전달 가능성을 감소시키도록 조작될 수 있습니다. 이러한 공학적 접근법은 또한 생물막의 침투를 증가시키거나, 세포내 병원체를 표적화하거나, 향상된 PK 및 PD 특성을 갖는 파지 입자의 기능적 및 프로그램된 배열을 허용할 수 있다. 게놈 길이가 증가한 이러한 재조합체의 구축은 파지 캡시드의 패키징 제약에 직면할 수 있으며, 이는 첫 번째 파지 클로닝 벡터의 개발에 사용된 전략과 유사하게 클로닝 능력을 증가시키기 위해 비필수 유전자의 식별 및 제거를 보증합니다.

근본적으로, 원하는 기능을 위해 파지를 엔지니어링하는 데 사용할 수 있는 두 가지 대체 전략이 있습니다. 첫 번째는 알려진 파지에 변경된 특성을 부여하기 위한 게놈 변형입니다. 두 번째는 합성 유전체학을 사용하여 파지 생물학의 알려진 규칙에 따라 설계된 파지를 구성하는 설계에 의한 설계입니다. 파지 합성 유전체학은 아직 초기 단계에 있지만, 자연적으로 발생하는 파지의 제약으로 방해받지 않기 때문에 엄청난 가능성을 가지고 있습니다. 첫 번째 접근법인 파지 게놈 변형을 위한 방법이 더욱 발전했으며 조작된 파지가 치료적으로 사용되었습니다. 우리는 이것을 먼저 논의할 것입니다.

파지 게놈 공학

파지 게놈 공학은 “구축”과 “선택 또는 복구”의 두 가지 주요 단계를 포함합니다(그림 3). 조작된 파지를 구축하고 부모 균주 풀에서 원하는 자손을 회복하기 위해 수년에 걸쳐 개발된 여러 방법이 있었습니다. 빌드 성분은 전형적으로 숙주- 또는 파지-유래된 재조합 시스템에 의해 매개되고, 파지-코딩된 재조합 효소는 “재조합” 균주에서 높은 수준의 상동성 재조합을 부여할 수 있다. 이들은 파지 람다 레드 시스템을 기반으로 하는 많은 그람 음성 박테리아에 대해 쉽게 사용할 수 있지만, 호스트 특이적 시스템은 해당 숙주의 파지에서 재조합 시스템을 활용하여 개발할 수 있습니다. 이 접근법은 마이코 박테리아의 엔지니어링 파지를 위해 개발된 전기 천공 DNA (BRED)의 박테리오파지 재조합의 기초이지만, 다른 박테리아 숙주에 맞게 조정되었습니다. 재조합 과정이 효율적이기 때문에 몇 개(12-18개)의 플라크에 대한 간단한 PCR 분석으로 원하는 자손을 식별할 수 있습니다. 그러나 회복의 효율성은 돌연변이 유형에 따라 다릅니다. 예를 들어, 단순 결실은 유전자 삽입 또는 대체보다 더 높은 빈도로 회복됩니다. BRED는 파지 억제 인자의 정확한 결실을 통해 온대 마이코박테리오파지의 절대 용해 변이체를 구성하는 데 사용되었으며 이들은 치료적으로 사용되었습니다. 이러한 접근법은 다른 유 전적으로 다루기 쉬운 박테리아에 적용될 수 있지만, 연구가 부족한 병원체에는 덜 유용합니다.

그림 3파지 엔지니어링에 사용되는 방법

일반적으로 CRISPR-Cas 시스템 기반 카운터 선택 전략과 결합하여 생체 내 상동 재조합 방법을 사용한다.
(A) Rec-A 매개 상동성 재조합 방법은 재조합된 파지를 생성하기 위해 플라스미드 DNA에 존재하는 상동성 영역(파란색-빨간색 위치로 표시됨)과의 파지 DNA 재조합을 포함한다.
(B) 생체 내 재조합 방법은 상동성 팔(파란색-빨간색 조각으로 표시됨)을 사용하여 파지 게놈과 전기적분된 PCR 생성물 사이의 재조합을 포함한다.
(C 및 D) (C) BREED 방법은 공전기화된 파지 DNA(파란색 조각)와 PCR 생성물과 상동성 암(파란색-빨간색 조각으로 표시됨) 사이의 재조합을 포함한다. 상이한 재조합 효율 때문에, 이러한 각각의 방법은 재조합 및 야생형 파지(D)로 구성된 파지 자손을 생성한다. 그리고 나서 Cas9 및 Cas12와 같은 RNA 유도 DNA 핵산분해효소 또는 Cas13 역선택과 같은 RNA 유도 RNA 핵산분해효소가 편집되지 않은 파지를 선택적으로 제거하기 위해 적용된다.

회복 단계에서 원하는 파지 자손을 풍부하게 하는 방법은 박테리아 유전학에 일반적으로 사용되는 항생제 내성을 사용할 수 없으므로 혼란스럽습니다. 파지 성장에 필수적인 일부 특수 파지 / 숙주 유전자가 선택 가능한 마커로 개발되었지만, 그 사용은 매우 제한적입니다. 표현형 차이 (예를 들어, 플라크 유형/크기)는 유용한 특성일 수 있고, 재조합물은 또한 플라크 혼성화에 의해 검출될 수 있다. 그러나 CRISPR-Cas-기반 기술은 모 파지에 대한 역선택을 통해 돌연변이 자손을 풍부하게 하는 간단하고 강력한 방법을 제공합니다. 파지 감염의 CRISPR-매개 길항작용은 종종 매우 효율적이며(파지 역가를 9배 이상 감소), 부모 자손과 돌연변이 자손 사이의 차별을 위한 PAM(프로토스페이서 인접 모티프) 부위 선택이 주요 제한일 수 있다. 이를 위해서는 활성 Cas 단백질(예: Cas12 및 Cas13와 같은 RNA 유도 DNA 뉴클레아제 또는 Cas9과 같은 RNA 유도 RNA 뉴클레아제)을 발현하는 재조합 숙주 균주와 모 파지를 표적으로 하는 가이드 RNA의 구축이 필요합니다. Cas9 매개 간섭은 또한 BRED 전략(CRISPY-BRED)과 결합하여 형광 리포터 파지를 포함하여 덜 효율적으로 생산된 재조합체를 풍부하게 한다.

최근 두 연구에서 파지 게놈 엔지니어링을 위해 RNA 표적 CRISPR-Cas13a를 사용했다고 보고했습니다. 상동 재조합과 결합하였을 때, 이들은 단일 코돈 결실을 포함하여 광범위한 파지의 엔지니어링을 가능하게 하고, 핵을 형성하는 200-500kbp 게놈 크기의 점보 파지에 형광 태그를 도입할 수 있었습니다. 우리와 다른 사람들은 몇 년 안에 CRISPR 기반 도구 상자 제품군이 다양한 치료 응용 분야에서 정의된 모든 설계 사양을 충족하기 위해 더 작은 편집 또는 전체 파지 게놈 엔지니어링을 만드는 것을 용이하게 할 것이라고 추측합니다. 여기에는 온대 마커, AMR 유전자 및 독성 유전자의 존재를 동시에 감지하는 통합 도구가 포함될 수 있습니다. 다양한 파지에서 정의된 게놈 규모의 변화를 생성하기 위해 CRISPR 기반 프로그래밍 가능 염기 편집기, 뉴클레아제, 전이효소/재조합 효소 및 프라임 편집기의 조합을 사용할 수 있습니다.

합성 파지 유전체학

CRISPR-Cas 시스템은 다양한 파지의 마커 없는 엔지니어링을 허용하지만 CRISPR-Cas 시스템을 발현하고 편집 템플릿을 유지하는 데 사용할 수 있는 유전자 도구 상자가 있는 박테리아 숙주에 의해 제한됩니다. 또한, 게놈 주위에 여러 변형이 필요한 복잡한 유전적 특성의 엔지니어링은 순차적 복제 및 역선택이 필요하므로 시간이 오래 걸립니다. 파지 편집 및 엔지니어링 프로젝트가 불과 몇 년 전보다 훨씬 쉬워졌지만, 연구자들은 대량의 파지를 제조하기 위한 유전 도구 상자와 병원체 박테리아에 의해 제한되지 않는 더 빠르고 광범위하게 적용 가능한 기술이 여전히 필요합니다.

합성 게놈 구성은 설계에 의한 게놈 구축을 위한 강력하고 새로운 전략을 제공합니다(그림 4). 이제 파지 크기 게놈(∼50kbp)의 합성을 위한 방법을 사용할 수 있으며, 이는 허용 박테리아 숙주에서 재부팅하거나 무세포 전사-번역(TXTL) 시스템에 의해 전파될 수 있습니다. 이 접근법은 천연 파지를 이용할 수 없거나 특별히 설계된 유전자 첨가에 대한 정의 된 필요성이 있는 경우 특히 적용 할 수 있습니다. 합성 전략은 합성 올리고뉴클레오티드를 사용하여 전체 파지 게놈을 조립하거나 사용 가능한 게놈 스캐폴드의 일부를 변형/합성 스캐폴드로 부분적으로 대체하여 키메라 파지를 생성했습니다. 시험관 내에서 조립된 파지 게놈은 박테리아 세포로 직접 전기천공되거나 S. cerevisiae의 S. cerevisiae-박테리아 셔틀 벡터 내에서 서브클로닝된 후 구조체를 박테리아 세포로 이동하여 파지 생산을 유도합니다(파지 “부팅” 용).

그림 4합성 파지 게놈 구축

PCR을 통해 증폭된 및/또는 합성 올리고뉴클레오타이드를 사용하여 구축된 파지 게놈 조각의 조합을 사용한다. 합성 파지 게놈은 효모 기반 조립 또는 시험관 내 조립 방법을 사용하여 벡터로 조립된다. 따라서 조립된 게놈은 적절한 허용성 박테리아 숙주, 세포벽 결핍(L-form) 박테리아 숙주 또는 무세포 전사 번역(TXTL) 시스템을 사용하여 재부팅된다

시험관 내 또는 효모에서 파지 게놈을 조립하고 박테리아 세포로 이동하는 것은 매우 효율적인 형질전환이 필요한 더 큰 파지 게놈을 구축하는 데 비효율적일 수 있습니다. 이러한 한계 중 일부는 합성 또는 PCR 증폭 DNA 단편을 사용하여 대형 합성 파지 (<150kbp)를 조립하고이를 세포벽이 박탈된 (L- 형이라고 함) 리스테리아 모노 사이토 제네스 세포로 변형시킴으로써 극복되었습니다. 이 과정에 의해 생성된 기능성 파지는 표적 숙주 박테리아를 감염시키고 번식시키는 데 사용됩니다. 이 L-형 과정은 또한 바실러스 및 포도상구균 합성 파지를 재부트하는 교차 속 재부트에서 광범위하게 효율적인 것으로 나타났습니다. 민감한 숙주의 단일 감염이 재부팅에 충분할 수 있지만, 일부 치료법에서는 살아있는 세포 사용에 대한 이러한 의존성이 제한될 수 있습니다. 특히, 단일 박테리아 균주에서의 파지 번식은 파지의 숙주 범위를 변화시킬 수 있고 치료에서의 적용 가능성을 제한할 수 있다.

대안적으로, 박테리아 세포에서 합성 파지 게놈의 재부팅과 관련된 독성 및 비효율적인 세포 형질전환 단계는 TXTL 시스템을 사용함으로써 극복될 수 있다. 이 기술에서는 파지 주형의 PCR DNA 단편 또는 합성 올리고뉴클레오티드 및 필요에 따라 추가 숙주 특이적 인자로 수정된 대장균(E. coli) 세포질 추출물을 사용하여 시험관에서 완전히 합성 버전을 조립합니다. TXTL 기술은 효율성은 낮지만 다양한 그룹의 합성 파지를 조립하고 재부팅하는 데 성공적으로 사용되었습니다. 최근에, TXTL은 정제된 파지 스톡으로부터 단리된 게놈 DNA를 사용하여 임상적으로 관련된 파지를 재부팅하는데 사용되었다. DNA 합성 및 조립 방법의 개선 덕분에 >500kb 게놈을 구축할 수 있게됨에 따라 완전히 새로운 파지 게놈을 생산하는 이러한 추세가 계속 될 것으로 예상합니다. 이러한 개선은 위에서 언급 한 다른 기술을 보완하여 필요에 따라 파지를 생성하여 치료 중에 진화 된 파지 내성을 해결할 수 있습니다.

인간의 항생제 내성을 넘어서는 파지 응용

AMR의 글로벌 위협에 대처하기 위해 WHO와 유엔 기관 간 실무 그룹은 인간, 동물 및 환경 간의 상호 작용이라는 One Health의 개념에 기반한 다각적인 접근 방식을 승인했습니다. 이 프레임워크는 전통적으로 항생제 관리에 적용되었지만, 최근에는 파지 치료의 맥락에서 평가되었습니다. 아래에서 논의하는 다른 파지 응용 프로그램에 적용 할 수 있습니다 (그림 5).

그림 5 One Health 관점에서 본 잠재적 파지 치료 응용

인간, 동물 및 환경 간의 상호 작용에서 발생하는 AMR을 해결하기 위해 구현될 수 있는 페이지 응용 프로그램이 설명되어 있다.

다른 의료 응용

박테리아 감염을 치료하기 위한 파지의 치료적 사용 외에도 파지 요법은 박테리아가 발병기전에 이바지하는 만성 질환을 치료할 가능성이 있습니다. 예를 들어, 마이크로바이옴 장-간 축은 알코올성 및 비알코올성 지방간 질환(NAFLD) 및 비알코올성 지방간염(NASH)과 관련된 염증 반응과 관련이 있습니다. 과민성 대장 증후군(IBS)뿐만 아니라. 정확한 인과 경로는 아직 밝혀지지 않았지만 전임상 연구는 유망합니다. 크론병과 관련된 간 질환 및 침습성 대장균으로의 진행을 줄이기 위해 장내 마이크로바이옴에서 엔테로코커스 패칼리스 및 클렙시엘라 폐렴을 선택적으로 표적으로 삼기 위해 파지 요법을 사용할 수 있는지 확인하기 위한 임상 시험이 계획되어 있습니다. 헬리코박터 파일로리에 대해 활성인 프로 파지의 최근 발견은 파지 요법이 위궤양 질환 및 위암에서이 병원체의 병인 학적 역할을 표적으로 삼는 데 사용될 수 있다는 희망을 제공합니다.

발병 동안 파지는 비브리오 콜레라와 같은 전염성이 높은 박테리아 병원체를 획득하는 환자의 밀접 접촉자 간의 감염을 예방하기 위한 예방책으로 사용될 수 있습니다. 파지 예방은 또한 결핵균과 같은 전염성 폐 병원체를 방해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한, 사상 파지는 이식된 하드웨어(예를 들어, 보철 장치)와 관련된 생물막을 방지하는 데 사용될 수 있는 하이드로겔로 조작될 수 있는 특성을 갖는다. 파지의 또 다른 응용 분야는 스테비아 레바우디아나 및 꿀벌 프로폴리스 추출물과 같은 약물이나 식이 첨가제를 사용하여 프로파지를 활성화하여 장내 미생물군집을 손질하는 것일 수 있습니다. 박테리아 구성 또는 기능을 조절하는 이러한 접근법은 파지 요법과 구별됐으며 최근에는 “파지 재활”이라고 불렸다.

파지 기반 접근법은 또한 파악하기 어려운 박테리아 병원체의 진단을 개선하는 데 사용될 수 있습니다. 리포터 파지는 여러 인간 병원체에 대해 기술되었으며, 정량적 PCR은 라임병을 일으키는 주요 병원체인 Borrelia burgdorfeii에서만 발견되는 프로 파지에 의해 암호화된 다중 복제 종단 효소 대형 서브 유닛 유전자를 표적으로하기 위해 개발되었습니다. 많은 병원성 박테리아가 프로파지 암호화 마커를 보유하고 있어서 유사한 접근 방식이 더 광범위한 진단 응용 프로그램을 가질 수 있습니다. 파지는 또한 바실러스 탄저균 또는 예르시니아 페스티스와 같은 박테리아 병원체를 검출하기 위해 생물 방어에 잠재적으로 응용될 수 있으며 생물 테러 공격의 희생자를 치료하는 데 사용될 수 있습니다.

수의학 및 축산업의 응용

살모넬라 엔테리카 (혈청형 풀로룸)에 대한 파지의 용균 활성은 1926년까지 시험관 내에서 입증되었습니다. 그러나 살모넬라증을 치료하기 위해 같은 파지를 닭에게 경구 투여했을 때 위 효소 나 산에 의해 파괴되었기 때문에 성공하지 못했습니다. 수의학 및 축산업에 파지 요법을 적용하는 것은 1980년대까지 크게 무시되었으며 여러 검토의 대상이 되었습니다. 가금류 및 가축에서 살모넬라, 대장균 및 캄 필로 박터를 치료하거나 예방하는 데 사용됩니다.

21세기의 시작 부분에서, 파지는 제산제 보호와 함께 육계 닭에 경구 투여되었으며 여러 살모넬라 엔테리카 혈청형의 생물학적 부담을 성공적으로 감소시키는 것으로 밝혀졌습니다. 닭에서 살모넬라증에 대한 예방 대 치료 요법으로 파지를 사용한 후속 연구에서는 전자의 접근법이 더 효과적이라는 것을 발견했습니다. 닭에 대한 다른 연구에서는 조류 병원성 대장균에 의한 캄 필로 박터 제주니 및 대장균증 치료를 위한 파지 요법의 성공을 보여주었습니다. 대장균증 사망률은 또한 파지 제제가 오염된 닭의 침구에 뿌려졌을 때 감소되었으며, 환경 소독제로서의 역할을 나타냅니다.

파지는 또한 소에서 유방염을 일으키는 여러 포도상 구균 종을 치료하는 데 광범위하게 사용됐으며, 예방제로도 효능을 보였습니다. 돼지에서 파지는 대장균과 살모넬라 엔테리카로 인한 감염뿐만 아니라 보르데텔라 브론키셉티카 및 파스퇴렐라 물토시다로 인한 돼지 호흡기 질환을 치료하는 데 사용되었습니다. 최근 연구에서 돼지 사료에 예방적으로 전달된 건조 파지는 챌린지시 살모넬라 균 식민지화를 감소시켰습니다. 종합하면, 이러한 연구는 파지 제제가 가금류, 소 및 돼지의 도축 전 항생제의 대체물 또는 보조제로 사용되어 여러 유형의 식품 매개 박테리아 감염이 먹이 사슬에 들어가는 것을 방지할 수 있음을 시사합니다. 최근의 또 다른 연구는 살모넬라 엔테리카의 생물 방제에 적용되는 살모파지를 식별하기 위한 혁신적인 유전자 채굴 기술의 유용성을 보여주었습니다.

파지 요법은 애완 동물들 사이에서 덜 연구되었습니다. 인간 연구와 마찬가지로 이 분야에는 많은 규제 장애물이 있었고 임상 시험이 부족합니다. 반려동물은 인수공통전염병 다제내성 세균 감염의 잘 알려진 원인이기 때문에, 수의학에서 파지 요법의 적용은 추가 연구가 필요합니다. 최근 리뷰에서 Huang et al. 38 개의 수의학 파지 제품을 요약했으며 그 중 9개는 FDA의 승인을 받았으며 3개는 유럽 EFSA의 승인을 받았습니다. 대부분의 연구는 주로 개들 사이에서 수행되었습니다. 그러나 또한 인간의 관련성에 대해 고무적이었습니다. 파일럿 연구에서 파지 칵테일은 녹농균으로 인한 개 중이염과 관련된 이환율을 줄이는 데 성공했습니다. 최근에, 포도상 구균 intermedius와 관련된 동물 pyoderma에 대한 항균 처리는 투과 촉진제로서 이온성 액체로 히드록시 에틸 셀룰로오스 겔에 함침된 박테리오파지 입자의 피부 투과를 기반으로 개발되었습니다.

양식 및 야생 포획 어류에서 최소 150개의 박테리아 병원체가 확인되었으며, 그중 일부는 양식 작업의 성공에 심각한 영향을 미치고 인간에게 질병을 일으킬 수도 있습니다. 파지는 비브리오, 슈도모나스 및 에어로모나스와 관련된 사망률을 감소시키는 것으로 나타났으며, 특히 어류와 새우 사이에서 가장 두드러졌습니다. 양식에서 파지의 예방적 사용을 평가 한 몇 안되는 엄격한 현장 시험 중 하나에서 Pseudomonas plecoglossicida로 인한 어류 사망률은 양어장이 몇 주 동안 파지 함침 사료에 노출 된 후 30% 감소했습니다. 또한, 감염된 어류 또는 완치된 어류에서 파지 내성 박테리아 또는 중화 항체의 증거는 관찰되지 않았다.133 대부분의 연구에는 대조군과 투약과 같은 주요 매개변수가 없기 때문에 Richards는 향후 연구를 위한 유용한 권장 사항을 발표했습니다. 이러한 연구는 또한 해양 환경에 대한 치료 파지의 잠재적 효과를 고려해야합니다.

환경 응용 분야

농업에서의 항생제 사용에 대한 규제 제한이 증가함에 따라 다른 검토의 대상이었던 먹이 사슬에서 AMR을 줄이기 위해 파지 사용에 대한 관심이 높아졌습니다. 식물에서 박테리아 병원균을 치료하기 위해 파지를 처음으로 문서화 한 것은 1924년에 발생했으며 배추의 부패를 방지하는 데 사용되었습니다. 그 후, 파지는 감자, 옥수수 시들음, 마름병, 감귤류 구내염. 여러 파지 제품이 상용화되어 미국 환경 보호국의 승인을 받았으며, 포도 덩굴에서 피어스 병을 예방하기위한 파지 칵테일을 포함하여, Xylella fastidiosa subsp. fastidiosa. 일부 성공에도 불구하고 결과는 부분적으로 현장 조건의 일관성, 다양한 날씨 및 생물 제어 전달을 위한 이상적인 타이밍 및 경로를 결정해야 할 필요성과 관련된 문제로 인해 많은 연구에서 매우 다양했습니다. 프로토콜을 표준화하고 결과를 개선하기 위한 권장 사항을 촉구합니다.

동물성 식품 (즉, 육류 및 유제품) 및 식물성 식품 (즉, 과일 및 채소)에서 박테리아 병원균을 제거하는 파지 제제는 이미 1958 년 FDA에 의해 “일반적으로 안전한 것으로 인정”된 것으로 지정되었습니다. 유럽 연합, 스위스, 이스라엘, 캐나다, 중국, 호주 및 뉴질랜드에서도 승인되었습니다. Huang과 동료들은 최근 식품 가공에 사용되는 14개의 파지 제품을 문서화했으며, 그 중 11개는 대장균, 리스테리아, 살모넬라 균, 시겔 라 및 포도상 구균 종을 대상으로하는 FDA의 승인을 받았습니다. 파지는 또한 캄 필로 박터 제주니의 고기 오염을 제거하기 위해 평가되고 있습니다. 포자 형성 박테리아인 Paenibacillus 유충에 의한 파울 브루드와 관련된 벌집 붕괴를 방지합니다.

식품 안전에 적용하는 것 외에도 파지는 병원 환경과 같은 건축 환경에서 다제 내성 박테리아를 검출하는 데 사용될 수 있으며, 표면 오염을 제거하는 데에도 사용할 수 있습니다. 파지가 폐수 처리에서 생물 방제 제로 적용될 가능성은 최근 Runa와 동료들에 의해 검토되었으며, 여기에는 폐수 품질 지표로서의 잠재적인 사용이 포함됩니다. 산호의 광범위한 병원균인 비브리오 코랄릴리티쿠스를 공격하는 점보 파지가 확인되었습니다.

결론

파지 요법은 80년 이상 구소련 일부 지역에서 표준 치료였습니다. 수십 년 동안 서구에 의해 크게 버려진 후, 지난 7년 동안, 특히 의학 분야에서 강력한 활성화를 거쳤습니다. 유럽, 영국 및 호주에서는 다양한 환자 집단에서 다제 내성 박테리아 감염을 치료하기 위한 다양한 파지 제제의 역할을 평가하기 위한 임상 시험이 점점 더 많이 진행 중입니다. 유전자 조작 및 합성 파지의 임상 시험이 현재 시작되었지만, 안전성 측면에서 더 많은 조사에 직면해 있습니다. 임상 시험의 효능 데이터가 없는 경우에도 점점 더 많은 국가 (예: 미국, 벨기에, 프랑스, 스웨덴, 호주 및 가장 최근에는 영국)가 항생제 옵션이 실패했을 때 파지 요법이 사례별로 자비로운 사용을 승인할 수 있는 “병렬 트랙”을 만들었습니다. 파지 치료를 확장하는 데 방해가 되는 장애물에는 물류 및 규제 문제가 모두 포함되지만, 분명히 극복 할 수 있습니다.

또한, 파지 제제가 농업, 양식업, 축산 및 수의학에서 항생제 사용을 크게 줄일 수 있는 큰 잠재력이 있지만, 방법, 측정 및 결과를 표준화하려면 추가적인 경험적 데이터가 필요합니다. COVID-19 팬데믹 기간 동안 악화된 전 세계적으로 AMR의 부담이 증가함에 따라 지침 및 프로토콜을 표준화하고 파지 라이브러리 및 GMP 시설과 같은 공유 리소스를 개발하여 임상 등급 파지 제조를 최적화하고 이러한 자원을 저소득 및 중간 소득 국가로 확장하기 위해 전 세계적으로 조정된 접근 방식이 시급합니다. 파지가 항생제를 완전히 대체할 가능성은 낮지만, 대부분의 항생제가 농업과 가축에서 사용된다는 점을 감안할 때 파지 기반 접근 방식은 One Health 관점에서 항생제 관리를 크게 향상할 수 있습니다.