У лабораторії бактеріофаг може демонструвати високу активність проти певного штаму бактерій. Але що станеться, коли він зустрінеться з нею не в поживному середовищі, а в організмі людини? Нове дослідження, опубліковане 4 вересня 2026 року в журналі Nature Communications, показує, наскільки сильно умови всередині організму можуть впливати на результат антимікробної терапії — зокрема фаготерапії.

Вчені зосередилися на інфекціях сечових шляхів, значна частина яких спричинена уропатогенною Escherichia coli (UPEC). Для дослідження вони використали не лише стандартні лабораторні середовища, а й людську сечу, тривимірну модель уротелію та спеціальну мезофлюїдну систему, яка імітує рух рідини та механічні сили, що виникають у сечовому міхурі під час його наповнення й спорожнення. Таким чином дослідники хотіли перевірити, як змінюється поведінка бактерій і ефективність лікування в умовах, максимально наближених до фізіологічних.

У лабораторному середовищі та в організмі — не одне й те саме

Одним із важливих висновків роботи стало те, що результати стандартних тестів на чутливість не завжди відображають поведінку інфекції у складнішому середовищі. Дослідники показали це спочатку на антибіотику нітрофурантоїні: хоча в традиційних тестах він демонстрував найвищу активність, у тривимірній моделі тканини сечового міхура препарат не зміг повністю ліквідувати інфекцію.

Фаговий коктейль LCPR1 також поводився по-різному залежно від умов. У стандартному середовищі він ефективно пригнічував ріст E. coli, але в середовищі, що містило людську сечу, його активність була нижчою. Через 24 години коктейль зменшував кількість бактерій приблизно на 4 log₁₀ у стандартному середовищі та приблизно на 3 log₁₀ у середовищі з людською сечею. Для частини фагів дослідники також зафіксували нижчу стабільність у середовищі з сечею.

Це важливий момент для фаготерапії: здатність фага знищувати бактерію сама по собі ще не гарантує такої ж ефективності в організмі. На нього можуть впливати склад біологічної рідини, доступність бактерії, локальні фізико-хімічні умови та поведінка самої бактерії.

Фаги можуть впливати на «приховані» бактеріальні спільноти

Особливо цікаві результати вчені отримали у тривимірній моделі уротелію. E. coli здатна не лише перебувати у сечі, а й прикріплюватися до клітин сечового міхура та формувати внутрішньоклітинні бактеріальні спільноти — так звані intracellular bacterial communities, або IBCs. Такі резервуари можуть мати значення для персистування та повторного виникнення інфекції.

У цій моделі фаговий коктейль LCPR1 зменшував формування внутрішньоклітинних бактеріальних спільнот, хоча не спричиняв такого самого зниження загальної кількості бактерій, пов'язаних із тканиною. Натомість поєднання фага з нітрофурантоїном дозволяло одночасно впливати на різні бактеріальні популяції. Це показує, що оцінювати ефективність фаготерапії лише за загальною кількістю бактерій може бути недостатньо: важливо також розуміти, де саме перебувають бактерії та в якому стані вони знаходяться.

Що змінюється, коли починається рух сечі?

Найцікавіша частина дослідження стосувалася механічного впливу потоку рідини. Для його моделювання автори створили систему P-FLO — своєрідну мезофлюїдну платформу, яку можна поєднувати з тривимірною моделлю уротелію. Вона дозволила відтворити умови потоку, близькі до тих, що виникають у сечовому міхурі.

Виявилося, що потік змінював поведінку E. coli. Під його впливом бактерії ставали більш видовженими, активніше прикріплювалися до поверхні уротелію та частіше формували внутрішньоклітинні спільноти. При цьому ефективність антимікробної терапії також змінювалася. В умовах потоку фаговий коктейль демонстрував слабший вплив на бактеріальне навантаження, ніж у статичній моделі. Комбінація фага з нітрофурантоїном у статичних умовах повністю елімінувала планктонні бактерії, тоді як в умовах потоку забезпечувала приблизно 4-log₁₀ зниження.

Цікаво, що це відбувалося навіть попри більшу експозицію препарату до бактерій. Отже, справа не лише в тому, скільки антимікробного засобу потрапляє в систему. Механічні сили та зміни фізіологічного середовища можуть змінювати саму поведінку бактерій і, відповідно, їхню чутливість до лікування.

Чому це важливо для розвитку фаготерапії?

Дослідження не доводить, що фаготерапія неефективна при інфекціях сечових шляхів. Навпаки, воно показує, наскільки важливо правильно оцінювати її потенціал. Стандартний тест, у якому фаг взаємодіє з бактерією в оптимальному лабораторному середовищі, не відтворює всього різноманіття умов, із якими він стикається в організмі.

Автори наголошують на необхідності використовувати складніші доклінічні моделі — з людськими тканинами, біологічними рідинами та фізіологічними механічними впливами. Саме такі моделі можуть допомогти краще зрозуміти, коли фаг працюватиме ефективно, які фактори можуть знижувати його активність і як оптимально поєднувати фаги з антибіотиками.

Для самої фаготерапії це важливий крок: майбутнє може бути не лише за пошуком фагів, які добре знищують певну бактерію in vitro, а й за вивченням того, як фаг поводиться у конкретному інфекційному мікросередовищі. Адже між «фаг знищує бактерію в лабораторії» та «фаг ефективно працює в організмі людини» існує цілий світ біологічних процесів.