Genetycznie zmodyfikowany bakteriofag jako narzędzie diagnostyczne w zakażeniach P. aeruginosa

Szybkie i dokładne wykrywanie bakterii Pseudomonas aeruginosa stanowi obecnie priorytet w diagnostyce medycznej. Nowe badanie opublikowane w czasopiśmie Biosensors and Bioelectronics przedstawia metodę opartą na genetycznie zmodyfikowanym bakteriofagu reporterowym, która może znacząco skrócić czas rozpoznania tego groźnego patogenu.

Problem kliniczny i znaczenie P. aeruginosa

Pseudomonas aeruginosa to oportunistyczny patogen odpowiedzialny za dużą liczbę infekcji szpitalnych, cechujący się wysoką śmiertelnością związaną z jego opornością na antybiotyki i zjadliwością. Drobnoustrój jest główną przyczyną:

• zakażeń układu oddechowego, w tym u chorych na mukowiscydozę oraz zapaleń płuc związanych z wentylacją mechaniczną (VAP),
• infekcji krwi,
• zakażeń układu moczowego.

Tradycyjne metody diagnostyczne wymagają od 48 do 96 godzin na identyfikację patogenu, co opóźnia wdrożenie właściwej terapii i może pogarszać rokowanie pacjenta.

Innowacyjne rozwiązanie – bakteriofag reporterowy

Zespół naukowców z Uniwersytetu w Minho w Portugalii, pod kierownictwem dr Sílvio B. Santosa, opracował metodę wykorzystującą genetycznie zmodyfikowany bakteriofag vB_PaeP_PE3 (PE3). Do jego genomu wprowadzono gen kodujący lucyferazę NLuc, która podczas infekcji P. aeruginosa produkuje silny sygnał luminescencji po dodaniu odpowiedniego substratu.

Mechanizm działania

1. Bakteriofag infekuje żywe komórki P. aeruginosa.
2. W jego genomie uruchamiana jest ekspresja genu reporterowego lucyferazy NLuc.
3. Produkowana lucyferaza generuje sygnał świetlny po podaniu substratu.
4. Intensywność luminescencji koreluje z liczbą bakterii w próbce.

Parametry diagnostyczne

Metoda wykazuje wysoką skuteczność:

• czułość: 10² CFU/ml w ciągu 7 godzin, a nawet ok. 1 CFU/ml w ciągu 24 godzin,
• specyficzność: 100% (brak reakcji krzyżowych z innymi bakteriami),
• czas analizy: znacząco krótszy niż w klasycznych metodach hodowlanych.

Walidacja kliniczna

Technika została pomyślnie przetestowana w sztucznie skażonych próbkach krwi, a także na różnych szczepach klinicznych P. aeruginosa, co potwierdza jej uniwersalność.

Zalety metody

• Szybkość – wynik uzyskiwany w ciągu kilku godzin zamiast kilku dni.
• Prostota – brak konieczności skomplikowanego przygotowania próbki.
• Koszt – niższe koszty w porównaniu z metodami molekularnymi.
• Uniwersalność – możliwość zastosowania w ośrodkach o ograniczonych zasobach.

Platforma inżynierii fagowej

Metoda powstała dzięki platformie inżynierii fagowej opartej na drożdżach, umożliwiającej precyzyjną modyfikację genów fagowych. Wprowadzenie genu lucyferazy nie wpłynęło negatywnie na zdolność replikacyjną faga, a wręcz poprawiło niektóre jego właściwości funkcjonalne.

Perspektywy kliniczne

Zastosowanie tej technologii może:

• umożliwić wcześniejsze wdrożenie celowanej antybiotykoterapii,
• ograniczyć stosowanie antybiotyków o szerokim spektrum,
• poprawić praktyki racjonalnej antybiotykoterapii (antimicrobial stewardship),
• zmniejszyć ryzyko dalszego rozwoju oporności bakteryjnej.

Znaczenie dla opieki zdrowotnej

Wdrożenie tego typu rozwiązań ma szczególne znaczenie w oddziałach intensywnej terapii, gdzie infekcje P. aeruginosa są częste i potencjalnie śmiertelne. Każda godzina opóźnienia w diagnostyce może być krytyczna dla rokowania pacjenta.

Źródła:

• Santos, S.B., Costa, M.J., Meneses, L., & Pires, D.P. (2025). Improved Pseudomonas aeruginosa detection through the development of an engineered reporter bacteriophage. Biosensors and Bioelectronics, 117907. https://doi.org/10.1016/j.bios.2025.117907
• Development of an electrochemical sensor for the rapid detection of Pseudomonas aeruginosa. Danube University Krems. (2018). https://www.donau-uni.ac.at/en/university/faculties/education-arts-architecture/departments/integrated-sensor-systems/centers/water-and-environmental-sensors/projects/nfb-pseudomonas.html
• Electrochemical detection of Pseudomonas in wound exudate samples from patients with chronic wounds. Scientific Reports, 6, 1-9. (2016).
• Recent advances in biosensors based on the electrochemical properties of MXenes. The Analyst, 150, 2025. (2025).
• Rapid Diagnostic Test Value and Implementation in Antimicrobial Stewardship Programs. Frontiers in Public Health, 11. (2023).
• Self-powered biosensor finds and kills bacteria in water samples. Phys.org. (2025). https://phys.org/news/2025-03-powered-biosensor-bacteria-samples.html
• Innovative applications and research advances of bacterial biosensors in medicine. Frontiers in Microbiology, 16. (2025).
• Rapid Diagnostic Testing in Antimicrobial Stewardship – CIDRAP Policy Update. Center for Infectious Disease Research and Policy. (2017).