Phage therapy in the era of multidrug resistance in bacteria

Introduction. Antimicrobial resistance (AMR) is an escalating global public health threat. According to statistics from the World Health Organization, approx-imately 700,000 people succumb to AMR annually, and this number is expected to surge in the coming years. This statistic underscores the pressing challenges posed by AMR and the urgency to develop new, effective antimicrobial therapies. Regrettably, over the past two decades, both the U.S. Food and Drug Administration and the European Medicines Agency have only sanctioned two new antibiotic classes effective against Gram-positive pathogens but with limited impact on Gram-negative bacteria. Given that many pharmaceutical companies have ceased developing new antibiotics, meeting the pressing need for novel therapeutic agents against AMR has become increasingly difficult. With the emergence of extensively drug-resistant bacterial infections and the recognition of other limitations associated with traditional antibiotics over recent decades, bacteriophage therapy has reemerged as a strategy for treating bacterial infections. Although pharmacological antibacterial therapies overshadowed this century-old therapy in decades past, the use of lytic phages to combat infections is once again on the rise. The aimof this study is to conduct a systematic review assessing the effectiveness and safety of phage therapy against multidrug-resistant bacteria by evaluat-ing studies published over the past decade. Material and methods. This systematic review evaluates the effectiveness and safety of phage therapy against multidrug-resistant bacteria by examining studies published over the past decade. To achieve this, we conducted a bibliographic search in the PubMed and Google Scholar databases. Out of the 1450 studies identified, 25 met the inclusion criteria, encompassing a total of 145 treated patients. Results. Out of the total of 145 patients who underwent phage therapy, 128 (88.3%) experienced a reduction in or complete elimination of the bacterial load, along with an improvement in their signs and symptoms. In contrast, phage therapy was ineffective in the remaining 17 patients (11.7%). Among the patients, only 31 (21.4%) received a combination of phage therapy and antibiotics, which achieved a 100% success rate. The remaining 114 patients (78.6%) were exclusively treated with phage therapy, resulting in an 82.1% success rate. Bacterial resistance to phages was reported in 5 out of the 25 articles reviewed. In 19 clinical cases (76.0%), phage cocktails were administered, involving a combination of 2 to 12 bacteriophages, while in six cases (24.0%), a single phage was administered. The 25 cases in which phage cocktails were administered used various routes: 4 were topical (16.0%), 6 intravenous (24.0%), 5 were administered in organs or cavities (20.0%), 4 through inhalation (16.0%), and 6 cases involved more than one route of administration (24.0%). Conclusions. This analysis demonstrates that phage therapy could serve as an alternative treatment for patients with infections linked to multidrug-resistant bacteria. Nevertheless, due to the specificity of phages required for treating various bacterial strains, this therapy necessitates personalization in terms of selecting the appropriate bacteriophage type, route of administration, and dosage

Phage therapy in the era of multidrug resistance in bacteria

Introduction. Antimicrobial resistance (AMR) is an escalating global public health threat. According to statistics from the World Health Organization, approximately 700,000 people succumb to AMR annually, and this number is expected to surge in the coming years. This statistic underscores the pressing challenges posed by AMR and the urgency to develop new, effective antimicrobial therapies. Regrettably, over the past two decades, both the U.S. Food and Drug Administration and the European Medicines Agency have only sanctioned two new antibiotic classes effective against Gram-positive pathogens but with limited impact on Gram-negative bacteria. Given that many pharmaceutical companies have ceased developing new antibiotics, meeting the pressing need for novel therapeutic agents against AMR has become increasingly difficult. With the emergence of extensively drug-resistant bacterial infections and the recognition of other limitations associated with traditional antibiotics over recent decades, bacteriophage therapy has reemerged as a strategy for treating bacterial infections. Although pharmacological antibacterial therapies overshadowed this century-old therapy in decades past, the use of lytic phages to combat infections is once again on the rise. The aimof this study is to conduct a systematic review assessing the effectiveness and safety of phage therapy against multidrug-resistant bacteria by evaluating studies published over the past decade. Material and methods. This systematic review evaluates the effectiveness and safety of phage therapy against multidrug-resistant bacteria by examining studies published over the past decade. To achieve this, we conducted a bibliographic search in the PubMed and Google Scholar databases. Out of the 1450 studies identified, 25 met the inclusion criteria, encompassing a total of 145 treated patients. Results. Out of the total of 145 patients who underwent phage therapy, 128 (88.3%) experienced a reduction in or complete elimination of the bacterial load, along with an improvement in their signs and symptoms. In contrast, phage therapy was ineffective in the remaining 17 patients (11.7%). Among the patients, only 31 (21.4%) received a combination of phage therapy and antibiotics, which achieved a 100% success rate. The remaining 114 patients (78.6%) were exclusively treated with phage therapy, resulting in an 82.1% success rate. Bacterial resistance to phages was reported in 5 out of the 25 articles reviewed. In 19 clinical cases (76.0%), phage cocktails were administered, involving a combination of 2 to 12 bacteriophages, while in six cases (24.0%), a single phage was administered. The 25 cases in which phage cocktails were administered used various routes: 4 were topical (16.0%), 6 intravenous (24.0%), 5 were administered in organs or cavities (20.0%), 4 through inhalation (16.0%), and 6 cases involved more than one route of administration (24.0%). Conclusions. This analysis demonstrates that phage therapy could serve as an alternative treatment for patients with infections linked to multidrug-resistant bacteria. Nevertheless, due to the specificity of phages required for treating various bacterial strains, this therapy necessitates personalization in terms of selecting the appropriate bacteriophage type, route of administration, and dosage

Utilizarea bacteriofagilor în practica medicală pentru diminuarea fenomenului de rezistență la antimicrobiene

Introducere. Evoluția bacteriilor multirezistente și panrezistente reprezintă o amenințare reală privind controlul maladiilor infecțioase la nivel global. Din aceste considerente este stringentă dezvoltarea unor noi terapii antimicrobiene. Bacteriofagii sunt una dintre cele mai promițătoare alternative la terapia antimicrobiană și pot fi utilizați în medicină, în agricultură și în alte domenii. Antibioticele omoară, de obicei, un spectru larg de bacterii atât Gram-pozitive, cât și Gram-negative, inclusiv flora indigenă și duc la dobândirea rezistenței microorganismelor la ele. Terapia cu bacteriofagi se caracterizează prin specificitate înaltă și capacitatea de a anihila tulpini rezistente la antimicrobiene. Material si metode. Au fost analizate publicațiile din PubMed privind utilizarea bacteriofagilor în profilaxia și în tratamentul patologiei infecțioase în care figurau noțiunile „Rezistența la antimicrobiene”, „Metode alternative de tratament”, „Bacteriofagi”, „Utilizarea practică”. Din numărul total de articole găsite (67) au fost selectate și analizate 28. Nu au fost stabilite limite de limbă, prioritare fiind articolele în limba engleză publicate după anul 2015. Rezultate. Virusurile care afectează bacteriile se numesc bacteriofagi. Întrucât nu au mecanisme pentru a genera energie și nici ribozomi pentru a sintetiza proteine, sunt paraziți bacterieni obligați care poartă toată informația genetică necesară pentru a-și realiza reproducerea într-o gazdă adecvată. Majoritatea bacteriofagilor au specificitate înaltă către gazdă, rezistență înaltă în sistemele naturale și potențial de a se reproduce rapid într-o gazdă adecvată. În natură există aproximativ 1030-31 de bacteriofagi, de 10 ori mai mulți decât numărul total de celule bacteriene. Fiind o componentă inerentă a microbiomului uman, bacteriofagii sunt bine tolerați atunci când sunt utilizați în terapie. Tot mai multe studii clinice de Faza I/II demonstrează siguranța și eficacitatea terapiei cu bacteriofagi, descriu detaliat farmacologia bacteriofagilor, rolul răspunsului imun în terapia cu fagi, siguranța fagoterapiei și potențialul de rezistență al bacteriilor la bacteriofagi. Tehnologii, precum ingineria genetică, secvențierea întregului genom și metagenomica oferă noi instrumente de optimizare a strategiilor terapeutice cu bacteriofagi. În pofida succeselor înregistrate, există încă puține date privind eficacitatea terapiei cu bacteriofagi, lipsesc standardele și normativele de reglementare adecvate fără de care terapia cu bacteriofagi nu poate fi utilizată pe larg în medicină. Concluzii. Rezistența la antimicrobiene este în creștere la nivel global, iar pentru a face față acestei provocări sunt necesare noi alternative de tratament. Deși terapia cu bacteriofagi în infecțiile bacteriene există de mai bine de un secol, problema rezistenței la antimicrobiene va accelera aplicare acesteia pe larg în practica medicală. Luând în considerare interesul enorm față de terapia cu bacteriofagi, putem fi optimiști că problema rezistenței la antimicrobiene va fi soluționată în viitorul apropiat

Spectrul și rezistența la antimicrobiene ale infecțiilor tractului urinar asociate cateterizării

Studiul este realizat în cadrul proiectului JPIAMR „Phage treatment and wetland technology as intervention strategy to prevent dissemination of antibiotic resistance in surface waters”; (PhageLand), cifrul proiectului - 22.80013.8007.1M.Introducere. Infecțiile tractului urinar reprezintă cca 40% din totalul infecțiilor asociate asistenței medicale, majoritatea cazurilor fiind determinate de cateterizare. La pacienții fără cateter, tractul urinar este colonizat, de obicei, de microorganisme de origine enterică. Prezența unui cateter creează un mediu favorabil pentru persistența microorganismelor și formarea de biofilme, ceea ce crește probabilitatea ca tractul urinar să fie colonizat de microorganisme nosocomiale nonenterice. Prin urmare, este important să cunoaștem spectrul agenților patogeni asociați cu prezența unui cateter urinar. Scop. Evaluarea spectrului și rezistenței la antimicrobiene a tulpinilor microbiene izolate din infecțiile tractului urinar asociate cateterizării. Material și metode. Studiul realizat este unul secundar-sinteză narativă a literaturii. Informația a fost selectată din bazele de date electronice internaționale, din 2018 până în 2023, cu privire la spectrul și rezistența la antibiotice a infecțiilor urinare asociate cateterizării (ITUAC). În acest scop au fost folosite următoarele cuvinte-cheie în diferite combinații: cateter, infecție urinară, bacteriurie, rezistență la antimicrobiene. În studiu au fost analizate cele 38 de publicații selectate, precum și datele, și recomandările Asociației Europene de Urologie, Centrului de Prevenire și Control al Bolilor (CDC), inclusiv Ghidul pentru prevenirea infecțiilor urinare asociate cateterizării. Rezultate. Cateterismul permanent, care durează 30 de zile sau mai mult, este definit ca „pe termen lung” sau „cronic”. Durata prelungită a cateterizării instantaneu duce la formarea biofilmului pe suprafața acestuia. La pacienţii cateterizaţi pe termen lung, bacteriuria polimicrobiană apare în ~95% din cazuri. Cei mai frecvenți agenți patogeni asociați cu prezența unui cateter permanent sunt E. coli (21,4%) și Candida spp. (21,0%), urmați de Enterococcus spp. (14,9%), P. aeruginosa (10,0%), K. pneumoniae (7,7%), Enterobacter spp. (4,1%) și A. baumannii (1,2%). În rezumatul anual al datelor raportate de CDC, 24,8% dintre izolatele de E. coli și 33,8% dintre izolatele de P. aeruginosa au fost rezistente la fluorochinolone. Tulpinile de E. coli și de K. pneumoniae au prezentat rezistență în 5,5% din cazuri, inclusiv 21,2% la ceftriaxonă. Ratele de rezistență au fost relativ înalte chiar și la carbapeneme: E. coli 4%, K. pneuniae 10%, P. aeruginosa 25% și A. baumannii 25,6%. Rezistență semnificativă a fost înregistrată la vancomicină (6,1%) și la ampicilină (3,1%) în cazul E. faecalis. Concluzii. Cateterele urinare sunt recunoscute ca factor de risc major pentru dezvoltarea infecțiilor urinare asociate asistenței medicale. Spectrul microorganismelor în ITUAC este foarte diferit, iar din cauza formării biofilmelor rezistența la antimicrobiene a acestor tulpini este înaltă. Agenții patogeni din biofilme sunt bine protejați de antimicrobiene și de apărarea gazdei. Deoarece terapia antimicrobală la pacienții cateterizați duce la dezvoltarea rezistenței la antimicrobiene, strategia prudentă de administrare a antibioticelor, gestionarea cateterului și prevenirea ITUAC trebuie considerate prioritare

The public health problem and resistant acteria in low-and middle-income countries

Introduction. Antimicrobial resistance has been recognized as a significant public health concern, continually evolving due to the escalating consumption of antibiotics. The extensive use of antibiotics for human, plant, and animal diseases has resulted in the widespread circulation of antimicrobial agents in nature, particularly in water. This issue is particularly pronounced in Low-and Middle-Income Countries (LMIC), where it contributes to additional treatment expenses, increased morbidity and mortality, and where efforts to control Antimicrobial Resistance (AMR) in the environment are still in developmental stages. To combat antimicrobial-resistant bacteria (ARB) in the environment, specific bacteriophages have emerged as a potential solution. Current efforts are underway to utilize phages for water treatment, exemplified by the Phageland project. Aim.Identification and characterization of possible targets for phages in bacteria circulating in the environment. Material and methods. Biological materials from inpatients served as the source for bacterial strains in this study. Pathogens were identified using the VITEK 2 Compact automated method and culture. The resistance profile for each specimen was determined using the Vitek 2 Compact system. Subsequently, the presence of resistance mechanisms was determined through phenotypic testing, including a double diffusion test, combo test, and the AmpC detection kit for ESBL detection. Colorimetric tests and immunochromatographic rapid tests were also employed for carbapenemases' detection. Bacterial strains that were identified to genus and species levels, exhibited multidrug resistance to antimicrobials, and were suspected of having resistance mechanisms were included in the study. In the final phase, 31 bacterial strains were selected for further analysis. Results. K. pneumoniae was identified in 45.0% of cases, P.aeruginosain 24.0%,followed by Acinetobacter spp. at 14.0% and S. aureusat 10.0%. E.coliwas identified in 4.0% of isolates, and Enterococcus spp. in 3.0% of selected isolates. The susceptibility profile was interpreted according to the EUCAST standard. The resistance profile of the isolates showed the following: 8 (61.5%) of K. pneumoniae isolates were fully resistant, and 3 (23.1%) K. pneumoniaestrains were susceptible only to Carbapenems. Three isolates of E.colihad distinct susceptibility patterns to agents of each class, as for P.aeruginosa–5 out of 7 isolates (71.4%) were totally resistant to antimicrobials and only one isolate was sensible to Aminoglycosides. The resistance profiles for Acinetobacter spp. showed that 3 (75.0%) of the isolates are not susceptible to any classes of antibiotics.The susceptibility profile of S.aureuss trains showed that all the isolates were susceptible to Glycopeptides and Oxazolidinone, while 75.0% were resistant to Cephalosporins and Fluoroquinolones. Enterococcus spp. isolates were resistant to all antimicrobials. Conclusions. Antimicrobial resistance is a concerning phenomenon that demands serious attention. Effectively addressing this issue starts with understanding the pathogenic agents circulating in the environment. This study serves as a foundational step for future research, which aims to identify suitable bacteriophages for water treatment in LMIC. The ultimate goal is to mitigate the economic and social burden on the country and address environmental contamination

Rezistența la antimicrobiene: amenințare globală pentru sănătatea publică

Ghidul a fost realizat cu suportul proiectului multilateral 22.80013.8007.1M „Phage treatment and wetland technology as intervention strategy to prevent dissemination of antibiotic resistance in surface waters (PhageLand)” din cadrul JPIAMR-ACTION 2021 (2022-2025), Coordonator național Alina Ferdohleb

Utilizarea potențială a bacteriofagilor la bioaugmentarea proceselor biologice de epurare a apelor uzate

Introducere. În ultimii ani, calitatea apei a scăzut considerabil ca urmare a creșterpoii pulației și a dezvoltării industriale. Stațiile de epurare a apelor uzate primesc tone de apă uzată provenită din diverse surse, cum ar fi spitale, abatoare, ferme, unități farmaceutice și canalizare menajeră. Aceste stații adăpostesc o diversitate mare de bacterii și resturi de preparate antimicrobiene, ceea ce facilitează interacțiunea dintre diverse microorganisme și antimicrobiene, simplificând dezvoltarea mecanismelor de rezistență la antimicrobiene, precum și transmiterea genelor de rezistență de la o celulă la alta. Prin urmare, utilizarea metodelor eficiente de tratarea a apelor uzate are o importanță majoră în eliminarea microorganismelor rezistente la antimiicrobiene. Scop. Evaluarea utilizării bacteriofagilor la bioaugmentarea proceselor de tratare biologică a apelor uzate. Material și metode. Am realizat un studiu secundar-sinteză narativă a literaturii. Informația a fost obținută din bazele de date electronice internaționale folosind următoarele cuvinte-cheie „ape uzate”, „stația de epurare”, „rezistența la antimicrobiene”, „utilizarea bacteriofagilor”, „tratare biologică” în diferite combinații. Din numărul total de articole găsite (49), au fost selectate și analizate 25. Rezultate. Multiple studii au raportat că în pofida utilizării diverselor procese de tratare biologică și/sau chimică, stațiile de epurare a apelor uzate nu sunt pe deplin eficiente în îndepărtarea agenților patogeni. Higgins şi colab. (2018) menționează că agentul patogen oportunist Acinetobacter baumanni a fost depistat la toate etapele de epurare, fiind ulterior eliberat în mediu. Oliveira şi colab. (2021) au constatat ineficiența proceselor convenționale de tratare a apelor uzate în eliminarea agenților patogeni rezistenți la carbapeneme. Bioreactoarele cu membrană sunt strategii avansate de tratare a apelor uzate, apreciate pentru capacitatea lor înaltă de eliminare a microorganismelor, însă formarea biofilmelor pe membrane împiedică funcționarea adecvată a acestora. O alternativă promițătoare este tratarea apelor uzate cu bacteriofagi ce oferă un remediu ecologic și rentabil în eliminarea microorganismelor din apele uzate. Bacteriofagii afectează gazda prin două moduri, fie prin modificarea procesului metabolic, adaptării și potențialului de supraviețuire al gazdelor, fie prin distrugerea directă a celulelor-gazdă. Printre proprietățile bacteriofagilor care îi fac atrăgători ca agenți terapeutici sau în calitate de biocontrol se numără liza doar a bacteriilor specifice acestora prin receptori specifici, creșterea ca număr în funcție de densitatea agenților patogeni și adaptarea ușoară la condițiile de mediu. Bacteriofagii au rol și în îndepărtarea biofilmelor bacteriene. Concluzii. Creșterea semnificativă a rezistenței la antimicrobiene a adus în primplan terapia cu bacteriofagi, care are o istorie de peste 100 de ani. Aplicarea bacteriofagilor la stațiile de epurare influențează semnificativ capacitatea procesului de tratare, deci și calitatea apei uzate, precum și eliminarea agenților patogeni din biofilme și din nămol

THE USE OF BACTERIOPHAGES IN THE TREATMENT OF STAPHYLOCOCCAL INFECTION

Aim of study. The current rate of increase in the number of antimicrobial-resistant infections is poised to become the leading global cause of loss of human life. The limited discovery of new antibiotics necessitates investment in alternative solutions. Bacteriophages, viruses that target bacteria, offer a potent alternative approach to combating bacterial infections. One area of modern microbiology and biotechnology that has garnered significant interest is the study of bacteriophages, owing to their potential practical application in various branches of medicine. Material and methods. This study conducted a comprehensive synthesis of specialized reference sources from international open-access databases, examining the impact of bacteriophage therapy on staphylococcal infections and antimicrobial resistance. Results. The synthesis is based on studies in human clinical trials, including randomized clinical trials, based on data from recent years. Multiple successful cases regarding the use of phages in the treatment of human infections have been reported. The studies conducted provide evidence that the development of phage therapy is a promising alternative for combating bacterial resistance to antibiotics. The effective action of antistaphylococcal phage cocktails against the most common strains has been demonstrated. The mechanisms underlying the phage-antibiotic synergy effect, as well as the advantages of bacteriophages over other forms of treatment, are presented. Conclusions. Therapy methods using bacteriophages in combination with antibacterial drugs can provide a higher therapeutic effect

The Public health problem and resistant bacteria in lowand middle-income countries

Introduction. Antimicrobial resistance has been declared a major public health problem. As a result of excessive antibiotic usage, it became an environmental issue. This problem is now more visible in Low-and Middle-Income Countries, where it increases the social burden. One of the newest methods to fight antimicrobial-resistant bacteria (ARB) is by using bacteriophages. Aim Identification and characterization of possible phage targets from waterland. Material and methods The strains were obtained from inpatients and identified using VITEK 2 Compact and culture. The resistance profiles were determined by the disk diffusion method and interpreted according to EUCAST methodology. The presence of resistance mechanisms was checked by phenotypic testing. 31 bacterial strains were selected for research. Results K. pneumoniae, P. aeruginosa, Acinetobacter spp., S. aureus, E. coli and Enterococcus spp. were identified. The resistance profile of the isolates showed: 61,5% of K. pneumoniae isolates were PDR, and 23,1% were susceptible only to Carbapenems. E. coli strains were XDR, 71,4% of P. aeruginosa and 75% of Acinetobacter spp. were PDR bacteria. The susceptibility profile of S. aureus strains showed that 3/4 were resistant to Cephalosporins and Fluoroquinolones. Conclusions. Combating the AMR phenomenon starts with knowing the pathogens present in the environment. This study is the cornerstone for further research that will ultimately lead to finding suitable phages for water treatment in Moldova, hoping they will reduce the economic and social burden and also, environmental contamination