Война бактерий и людей

Врачи и ученые бьют тревогу: сегодня человечеству угрожает реальная опасность вернуться в век без антибиотиков. «По результатам исследований Всемирной организации здравоохранения, в 2016 году от инфекций, вызванными устойчивыми к антибиотикам бактериями, в мире умерло 700 тысяч человек, а к 2050-му это число может возрасти до 10 миллионов — больше, чем сейчас умирает от рака. Многие заболевания, которые, казалось бы, остались в прошлом, возвращаются с новыми агрессивными штаммами, и против них нет лекарств. Например, туберкулез», — пугают создатели фильма «Антибиотики», вышедшего в рамках цикла «Большой скачок» на телеканале «Наука. 2.0».

На фестивале науки «Кстати», организованном новосибирским Информационным центром по атомной энергии, известный российский биоинформатик, заместитель директора Института проблем передачи информации имени А.А. Харкевича РАН доктор биологических наук Михаил Сергеевич Гельфанд прокомментировал это документальное кино, а также рассказал, насколько реальна угроза устойчивости бактерий к антибиотикам.

«Вся история про устойчивость к антибиотикам абсолютно дарвиновская, классическая: про естественный отбор, который можно описать ровно в тех же терминах, что и происхождение видов. В любой естественной популяции есть определенный спектр по отношению к некоторому признаку. Когда присутствует антибиотик в малой дозе, — это может быть лечение или внешняя среда, — происходит отбор, вы убираете чувствительные бактерии, а чуть-чуть резистентные остаются без конкурентов. Так шестеренка проворачивается на один зубец. В следующий раз у пациента вся популяция будет чуть более устойчивой (и у следующего больного тоже). В естественных условиях полная резистентность бактерии к антибиотику вырабатывается за 10—20 лет», — отметил ученый.

На сегодняшний день Россия является основным источником устойчивого к антибиотикам туберкулеза. Он идет из тюрем и лагерей. Процент подверженных этому заболеванию там очень большой, а советские схемы его лечения — очень продолжительные. Заключенные выходят на свободу еще не выздоровевшими, там лечение бросают и начинают распространять резистентные бактерии.

В прошлом году был опубликован интересный эксперимент. Исследователи сделали следующее: взяли большое корыто, залили в него питательную среду, разделили ее на полосы и на каждую (кроме первой) нанесли с каждым разом увеличивающуюся концентрацию антибиотика — от минимальной (при ней бактерии не гибнут, но не могут расти) до доз в 10, 100 и 1 000 раз превышающих минимальную. Затем в это корыто запустили бактерии. Они за сутки заселили первую, пустую, полосу и остановились. Однако появились мутанты, способные вынести маленькую дозу антибиотика, и от них начала расти колония, дошла до следующей границы, там появился новый мутант, который в состоянии перенести уже десятикратную дозу, и история повторилась. Бактерии, способные жить при тысячекратной летальной дозе антибиотика, выросли за 24 дня. «Разумеется, такие организмы — «дохлые». Если вы заставите их соревноваться с исходными бактериями, с которых всё начиналось, то вторые очень быстро резистентные вытеснят. Устойчивость к антибиотику — вещь не бесплатная, чтобы ее выработать, бактерия замедляет все жизненные процессы», — говорит Михаил Гельфанд. Однако в долгосрочной перспективе подобные механизмы все-таки неплохо позволяют микроорганизмам выживать.

На сегодня известно три разных способа, какими бактерия вырабатывает устойчивость к антибиотику. Первый — это поменять его мишень. Если фермент, на который антибиотик действовал, немного меняется, лекарство перестает его узнавать. Такой механизм для бактерии не очень удобен, ведь фермент был ей зачем-то нужен, выполнял какие-то функции, но когда речь идет о выживании, тут уже не до выбора. Второй способ: выкачивать из клетки попавший туда антибиотик. Вместе с антибиотиком выкачивается еще и уйма всего полезного, но, как говорилось выше, другого выхода нет. Третий механизм: бактерия может выработать у себя фермент, разрушающий антибиотик. Именно так произошло с пенициллином, для борьбы с которым возникли разрезающие его молекулы белки-лактамазы. Устойчивость по второму и третьему типу не изобретается каждый раз заново, а передается с помощью горизонтального переноса. Механизм этого переноса таков, что бактерия может передавать свой генетический материал даже далеким неродственным бактериям, ответственным за совершенно другие болезни. То есть, однажды выработав удачный способ защиты, она охотно делится им со всеми своими «родственниками» как близкими, так и весьма отдаленными. Таким образом антибиотик перестает помогать от многих заболеваний сразу.

Получается, чем больше применяется антибиотиков, тем хуже они работают. И главные причины повальной резистентности — это свободное распространение антибиотиков в аптеках (когда без рецепта можно купить всё что угодно, особенно этим грешат Россия, Китай, США) и их применение в сельском хозяйстве. Ими кормят животных, чтобы те быстрее росли и набирали вес, обрабатывают овощи и фрукты для упрощения хранения и транспортировки. «В сельском хозяйстве используется в десять раз больше антибиотиков, чем в медицине. По совокупности генов, которые представлены в резистоме, порядка 80 % — это гены устойчивости к антибиотикам, разрешенным для пищевой промышленности и сельского хозяйства, или их аналогам», — отмечает в фильме телеканала «Наука.2.0» заведующая лабораторией молекулярной генетики микроорганизмов Федерального научно-клинического центра физико-химической медицины доктор биологических наук Елена Николаевна Ильина.

Выходящие из строя лекарственные средства необходимо чем-то заменять. Однако с каждым годом новых антибиотиков производят всё меньше — с 2000 года появилось только пять таких препаратов, за 2015—2016 годы ни одного нового не зарегистрировано.

«Это проблема даже не столько биологическая, сколько экономическая. Фармацевтическим компаниям вкладываться в их разработку совершенно не выгодно — они предпочитают производить то, что люди будут принимать долго, и продажи оправдают средства, которые ушли на разработку. Коэффициент конверсии в фармакологии на самом деле ужасающий, я за цифры не ручаюсь, но примерно из 100 лекарств, которые начинают разрабатывать, до аптеки доходит только одно. Антибиотик же, во-первых, никто не пьет всю жизнь, его принимают короткими курсами — если за две недели не вылечился, то бессмысленно и продолжать. А с другой стороны, лекарственная устойчивость к нему возникает за считаные годы. То есть время активных продаж антибиотика настолько маленькое, что средства, вложенные в разработку, не вернутся. И то, что нет новых классов антибиотиков, — это, на самом деле, не закон природы, а закон экономики», — говорит Михаил Гельфанд.

Сейчас ученые активно пытаются найти антибиотикам замену — подобрать лекарства, уничтожающие опасные патогены другими способами. Так, в фильме телеканала «Наука. 2.0» большая надежда возлагается на лантибиотики — вещества, которые бактерии вырабатывают сами для борьбы с себе подобными. В Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и некоторых других научных организациях страны делается ставка на бактериофаги — вирусы, убивающие бактерии, но безвредные для человека. Однако пока все эти разработки находятся на стадии исследований. Для внедрения в лечебную практику бактериофагов, например, нужна персонализированная медицина. Они не относятся к препаратам «широко спектра действия», по сути, для каждого штамма подбирается свой фаг. Возможно, когда-нибудь ученым удастся найти «волшебную пилюлю», сегодня же антибиотики для человечества всё еще жизненно необходимы, и единственный верный способ хоть как-то удержать их от окончательного падения — строго ограничить их распространение и не принимать по пустякам.

Источник:  Диана Хомякова www.sbras.info