Bakterie nás obklopují na každém kroku, a to jak patogeny způsobující nebezpečné nemoci, tak ty, které s námi žijí v míru. Výzkum posledních let ukazuje jejich nesmírnou důležitost, především pak bakterií žijících v našem střevě nebo na kůži. Lidstvo také tyto mikroorganismy využívá odnepaměti ve svůj prospěch, například při kvašení řady potravin. Moderní výzkum nám pak umožnil si bakterie „ochočit“ tak, aby pro nás vytvářely například insulin. V hledáčku mnoha vědců je teď použití bakterií trochu netradiční – v léčbě rakoviny. V nové studii američtí vědci upravili probiotické bakterie tak, aby byly využitelné právě v terapii nádorových onemocnění.

Již v 19. století pozoroval William Coley účinek injekce koktejlu živých bakterií v léčbě nádoru. V té době to ovšem bylo značně nebezpečné a takováto terapie mohla vést k život ohrožující infekci. Nicméně léčba rakoviny pomocí bakterií ukázala svůj potenciál i později. Například standardní vakcína proti tuberkulóze, zvaná Bacillus Calmette–Guérin (BCG), obsahuje bakterie hovězí tuberkulózy, která pro člověka není tak nebezpečná, ale naučí jeho imunitní systém bojovat proti lidské tuberkulóze. A právě tato vakcína si našla své další uplatnění v léčbě rakoviny močového měchýře.

Bakterie ve službách onkologů

Rakovina je onemocnění, kdy nádorové buňky uniknou dohledu imunitního systému a začnou se nekontrolovatelně množit. A právě injekce bakterií, ať už přímo do nádoru nebo do krve pacienta, je pravděpodobně schopná znovu „probudit“ imunitní systém, který se poté s nádorovými buňkami vypořádá. Nitrožilně podané bakterie se navíc rády stahují do nádorové tkáně, kde je obecně méně kyslíku. To přináší možnost udělat si z bakterií „poslíčky“, které do nádoru donesou například nějaké léčivo nebo toxin, které nádor cíleně a efektivně zničí.

Bakteriální terapie tedy přináší několik způsobů, jak na nádorové onemocnění zaútočit. Tato potenciálně účinná léčba má ovšem několik omezení. Zaprvé, při nitrožilním podání se bakterie musí dostat až do nádoru, jenže imunitní systém na jejich přítomnost v krvi bouřlivě reaguje a bakterie rychle zlikviduje. A za druhé, pokud imunitní systém naopak bakterie z krve nezlikviduje včas, ty se zde mohou začít nekontrolovatelně množit a způsobit infekci vedoucí až k sepsi (tedy otravě krve). „V klinickém testování byla toxicita ten největší problém. Takže se muselo použít menší množství bakterií, což zase snížilo účinnost terapie. Některé klinické studie dokonce musely být ukončeny kvůli závažné toxicitě léčby,“ říká Jaeseung Hahn, jeden z autorů nové studie.

Neviditelný plášť se musí včas sundat

Vědci z americké Kolumbijské univerzity se právě zaměřili na to, jak dát bakteriím čas, aby se v pořádku dostaly do nádoru, ale zároveň aby neunikly imunitnímu systému úplně a nezpůsobily infekci. Ve své studii, publikované v prestižním časopise Nature Biotechnology, využili probiotický kmen bakterie Escherichia coli Nissle 1917. Tato bakterie je přítomná v probiotiku (s názvem Mutaflor), které se v orálním podání úspěšně využívá v lidské medicíně například v podpůrné léčbě střevních zánětů, jako je ulcerozní kolitida nebo Crohnova choroba. A právě tato probiotická bakterie má tu příznivou vlastnost, že na ni imunitní systém nereaguje přehnaně.

Autoři studie se zaměřili na sacharidový obal, který bakterii obaluje a chrání ji před vnějšími vlivy a také před tím, aby ji rozpoznal a zničil náš imunitní systém. Vědci pak popsali mašinérii, kterým si bakterie toto pouzdro vytváří, a následně bakterii geneticky upravili tak, aby si tuto ochranu vytvořila pouze „na povel“. Výsledkem tak byla bakterie, která ztratila svůj ochranný obal, ale vytvořila si ho po přidání určité chemické látky (tvořící onen „povel“). Upravená bakterie se tak může injekovat do krve spolu s tímto molekulárním spínačem pro vytvoření ochrany, což bakterii učiní prakticky neviditelnou pro imunitní systém, takže se může nepozorovaně dostat až do nádoru. Jakmile ale koncentrace „povelu“ pro ochranu v krvi klesne, bakterie začne ztrácet svůj obal a imunitní systém ji rozpozná a bezpečně zlikviduje.

Video zachycuje bílou krvinku, v tom případě imunitní buňku zvanou neutrofil, jak pronásleduje bakterii, kterou nakonec pohltí a zlikviduje. Vědci naprogramovaná baterie by ale "na povel" imunitním buňkám měla uniknout.

Poslušné bakterie léčí nádor myši

Vědecký tým následně vyzkoušel, jak mohou takto upravené probiotické bakterie pomoci v léčbě nádorů u myši. Zvířatům zkusili bakterie zavést jak přímo do krve, tak i do samotného nádoru. Velmi zajímavé pozorování bylo, když bakterie vpíchli přímo do nádoru a dovolili jim vytvořit si ochranný obal, bakterie pak samy docestovaly i do nádorů velmi vzdálených od původního místa injekce. Výzkumníci bakterie dále naučili vytvářet toxin sloužící k likvidaci nádorových buněk, který bakterie vytvářela zase na další „povel“ v podobě jiné chemické látky. Takto naprogramovaná a na dálku ovladatelná bakterie ukázala velmi zajímavou účinnost v léčbě myších nádorů.

„Můžeme takto regulovat dobu, po jakou bakterie zůstává v krvi, a tím můžeme zvýšit maximální tolerovanou dávku bakterie. Také jsme v naší práci ukázali, že tento systém otvírá nové možnosti pro dodávání léčiv přímo do nádoru. Injekovali jsme totiž bakterie do jednoho dobře dostupného nádoru, a ty poté kontrolovaně migrovaly do vzdálených ložisek nádorů, například metastáz, které vznikly v úplně jiných částech těla,“ vysvětluje profesor Tal Danino.

„Bakteriální terapie rakoviny přináší nesporné výhody oproti klasické chemoterapii, například možnost cílení přímo na nádorovou tkáň nebo ovládaní uvolňování léčiva. Hlavním limitem této terapie je ale její toxicita. Toto „ušití neviditelného pláště“ by mohlo pomoci tento problém vyřešit,“ doplňuje profesor Kam W. Leong.

Původní studie: Harimoto, T., Hahn, J., Chen, YY. et al. A programmable encapsulation system improves delivery of therapeutic bacteria in mice. Nat Biotechnol (2022).
Zdroje: ScienceDaily
Lamm, D. L., & Morales, A. (2021). A BCG success story: From prevention of tuberculosis to optimal bladder cancer treatment. Vaccine, 39(50), 7308–7318.
Sedighi, M. et al. (2019). Therapeutic bacteria to combat cancer; current advances, challenges, and opportunities. Cancer medicine, 8(6), 3167–3181.
Úvodní obrázek: NIAID, Wikimedia Commons