Phage

Pathogens & People: Bacteriophage: The invisible microbe By EDWARD McSWEEGAN, For The Capital Published 07/05/09

If antibiotics disappeared tomorrow, would we be at the mercy of  every stray germ? Would every cut and scratch be a potential death  sentence? Would life become little more than survival of the  immunologically fittest? No, but life would be different, and perhaps  more complicated. Decades before Alexander Fleming picked up a mold­speckled Petri  dish and discovered penicillin, other scientists had discovered a  mysterious entity that also could kill bacteria. In 1896, a man named  Hankin found that filtered, bacteria­free river water would kill Vibrio  cholerae, the agent of cholera. Two years later, another physician  named Gamaleya discovered a similar filtered water sample that  would kill Bacillus subtilis, a cousin of the anthrax bacillus. It wasn't  until 1917 that a French­Canadian microbiologist named Felix  d'Herelle systemically studied this bacteria­killing phenomenon and  put it to good use. D'Herelle thought the mysterious bacteria killer was a virus: an  "invisible microbe" too small to be seen with the microscopes of the  day. He couldn't see these "bacteria eaters" or bacteriophage, but he  could grow them, study them, store them and test them. He thought if  they could kill bacteria in a test tube, maybe they could kill bacteria in  animals and people. He was right, of course. His bacteriophages were viruses. Many of 

them look like a cross between a lunar lander and a long­necked  spider. Yet, they act more like syringes; injecting their DNA into a  bacteria cell in order to take over the cell's genetic machinery and  mass­produce more copies of themselves. The newly made viruses  eventually burst the cell to escape into the environment in search of  more hosts. D'Herelle's first test subjects were chickens infected with a salmonella  species that caused typhoid, and rabbits infected with a shigella  species that caused dysentery. D'Herelle gave his test animals  injections or oral doses of his phages and then infected them with  bacteria. Most of the recipients of the phage therapy lived. He had  similar results treating a highly fatal bloodstream infection in water  buffalo. It seemed all he had to do was find a particular phage that  would lyse or break open a particular bacterial pathogen, and give it  to the infected animal. He needed some human subjects to be sure. After drinking and  injecting various phage preparations ­ and asking friends and family  members to do the same ­ he decided the phages were safe for  human use. In Alexandria, Egypt, he got a chance to test some anti­plague  preparations on four people with bubonic plague. All four lived. That  caught the attention of the medical world, and d'Herelle was invited to  India to try phage therapy on cholera patients. It seemed to work  there too. (Fifty years later in Pakistan, a study of phages versus  tetracycline antibiotics showed the two treatments to be about equal  against cholera.) D'Herelle's work with plague in Egypt would later become one of the  subplots in Sinclair Lewis' Pulitzer Prize­winning novel "Arrowsmith." 

Yet even as phage therapy was making its way into hospital wards,  pharmaceutical companies and the popular culture, it was about to be  sidelined by two unexpected discoveries. The first was a simple  antibacterial chemical called sulfanilamide discovered in the 1930s.  The second was the discovery and mass production of penicillin in  the 1940s. Unlike the finicky, bacteria­specific phages, penicillin and  sulfanilamide were two "generic" drugs that could kill a wide variety of  bacteria. Other such "broad­spectrum" antibiotics were discovered  and commercialized in the '50s and '60s. It was the end of d'Herelle,  Arrowsmith and phagotherapy in the West. But not in the East. In an obscure corner of the Caucasus, in Tbilisi,  Georgia, d'Herelle's work lived on. The George Eliava Institute of  Bacteriophage, Microbiology and Virology has been producing  phages and treating patients for decades. In 2005, the institute  created the Phage Therapy Center to commercialize its phage  therapies, and recently merged with the American company Phage  International. After a long absence, phages may be creeping back into the U.S. In  2006, USA Today carried a story titled, "U.S. needs to open eyes to  'phage therapy.' " Maybe we have. Evergreen State College in  Washington is holding its 18th biennial International Phage Biology  meeting. Other American researchers are studying ways to reduce  bacterial contamination of beef and poultry products with phages.  Intralytix Inc. in Baltimore is developing commercial phage products  for use in food safety, environmental clean­up, and the treatment of  antibiotic­resistant infections. D'Herelle would be pleased to know his invisible microbes continue to  intrigue scientists and save patients.

Dr. Edward McSweegan's column is on hiatus until November.