Антибиотикорезистентность: гонка на выживание
Люди были бессильны перед инфекциями — выживали те, кому повезло. Успех таких мер как вакцинация (поначалу встречавшая отпор и непонимание) и введение противодифтерийной сыворотки резко подняли авторитет врача и медицины в целом. А с изобретением антибиотиков смертность от инфекций упала в десятки и сотни раз. Многие опасные заболевания (такие как чёрная оспа) были побеждены полностью, другие (чума, проказа) — стали редкостью. Даже нового грозного врага — ВИЧ — удалось взять под контроль антиретровирусной терапией. Казалось, что борьба с инфекциями отныне будет встречаться с трудностями скорее социальными, чем медицинскими.
Но появилась новая опасность — нарастание резистентности к антибиотикам.
Бактерии могут развить устойчивость к воздействию препарата. Это может происходить за счет случайных мутаций, а также при непосредственном обмене генетической информацией. То есть, бактерия, у которой нет гена резистентности, может получить его от «подруг» и мгновенно научиться бороться с новым неблагоприятным фактором (антибиотиком).
Использование большего количества антибиотиков также может повысить шанс появления устойчивых микроорганизмов. Это часто происходит в больницах, где разные штаммы одного микроорганизма могут быстро и легко обмениваться между собой генетической информацией. Кроме того, во многих странах, в том числе и в России, антибиотики широко используются в растениеводстве, животноводстве, в пищевой и консервной промышленности. В результате антибиотики попадают в человеческий организм и оказывают негативное влияние на его микрофлору.
Быстрое развитие устойчивых к антибиотикам бактерий приводит к росту числа инфекций, которые трудно поддаются лечению. В 2018 году в США и Европе от устойчивых инфекций умерло около 50000 человек, а к 2050 году смертность может составить 10 млн человек в год по всему миру. Устойчивый к лекарственной терапии туберкулез уже сейчас уносит жизни многих россиян.
Неужели нас снова ждёт мир, где любая операция или открытый перелом грозят гибелью, а от пневмонии гибнет 30% заболевших? Затруднительным станет и лечение, снижающее иммунитет, например, химиотерапия рака. Одним словом, крах антибиотиков может привести к весьма неприятным последствиям для человечества. Что же делать?
Замедлить распространение резистентности
США и Европа осознали масштаб проблемы и действуют. Принимаются меры, позволяющие замедлить распространение резистентности к антибиотикам: в корм запрещают добавлять препараты, которые используют для лечения человека; а во многих европейских странах не разрешено использование антибиотиков для стимуляции роста животных и птиц.
Ведётся борьба с необоснованными назначениями антибиотиков при вирусных или грибковых инфекциях, самодеятельностью пациентов в антибиотикотерапии, более того запрещается продажа антибиотиков без рецептов. Вместо использования препаратов широкого спектра действия, по возможности, применяются препараты узкого спектра: при сфокусированном ударе по конкретному виду бактерий резистентность развивается медленнее.
И, разумеется, каждый человек может внести свой вклад в борьбу с резистентностью, принимая антибактериальные препараты строго по назначению врача, пропив курс антибиотика полностью, а не пять дней вместо десяти. Увы, пока развивающиеся страны (включая Россию) не включены в эту борьбу в полной мере.
Разрабатывать вакцины
Одним из решений проблемы устойчивости к антибиотикам является предупреждение развития инфекции, т.е. заражения. Для этого широко применяется вакцинация. В отличие от антибиотиков, к ним резистентность не вырабатывается: вакцина не борется с конкретными штаммами, а создает специфический иммунитет против них заранее.
Разумеется, необходима разработка новых вакцин, в том числе и для предупреждения таких инфекций, как стафилококк и других агрессивных и «подхвативших устойчивость» микробов. Конечно, никто не мешает микроорганизмам эволюционировать, как это делает вирус гриппа, против которого приходится каждый год составлять новую вакцину. Тем не менее, состав вакцины почти всегда удаётся сделать достаточно эффективным. Однако пока вакцины против стафилококка показывают лишь ограниченную и непродолжительную эффективность, так что разработки продолжаются.
«Испортить» бактерию на клеточном уровне
Многие антибиотики работают именно так. Антибиотики могут нарушать синтез клеточной мембраны микроорганизма, клеточной стенки, синтез нуклеиновых кислот, аминокислот, белков. Однако мишенями прежних лекарств были ферменты или пептиды, связанные со стадиями сборки белка. В свою очередь бактерии могут мутировать и менять структуру своих ферментов, делая их недоступными для препаратов или делать антибиотик неактивным, или снижать проницаемость для антибиотика и даже как бы «выталкивать» из себя антибиотик.
В последнее время идет активная разработка новых антибиотиков, которые взаимодействуют с такими базовыми структурами внутри бактерии, что тем не удается с ходу изменить их и приспособиться.
Так, в 2016 году в человеческом носу было обнаружено вещество, действующее против особо опасных бактерий вида Staphylococcus aureus (MRSA) (эта бактерия также относится к стафилококкам, но не вредит организму). Это вещество получило название «Лугдунин» в честь бактерии, которая его синтезирует. Лугдунин имеет необычную химическую структуру и может быть прототипом для нового класса антибиотиков — «Фибупептид».
Еще одно вещество, синтезируемое бактерией Eleftheria terrae, получило название «Теиксобактин». Оно преодолевает многие виды лекарственной устойчивости (в том числе и мультирезистентный туберкулёз). Это вещество целится в молекулярные комплексы, которые бактерия никак не может изменить путем мутаций, поэтому готовых генов против теиксобактина в природе нет, и он не может «подхватить устойчивость» от другой бактерии. Правда, не исключено, что с годами бактерии все-таки найдут способ и приспособятся даже к теиксобактину. Но выиграть время тоже важно.
Возможны и другие подходы к воздействию на бактерии — например, комбинация антибиотика с молекулами класса алкилрезорцинов. Это молекулы, которые выделяют растения и бактерии в окружающую среду для защиты от внешних факторов и паразитов. Алкилрезорцины портят бактерию изнутри, воздействуя сразу и на мембраны клеток, и на белки, и на геном, что дает возможность антибиотику все-таки воздействовать на неё. Биологи назвали комбинацию антибиотика с алкилрезорцинами «суперпулей»: эффективность лечения повышается в 1000 раз, а развитие устойчивости замедляется в 10-30 раз.
Менахем Шоам из Кливлендского университета заражал мышей устойчивым к антибиотикам стафилококком (смертельной бактерией MRSA, против которой сейчас не существует никакого лечения), дожидался сепсиса и вводил им молекулы, которые не дают бактериям вырабатывать токсины. Все мыши выжили, в то время как без лечения умерло две трети зараженных животных.
Еще один способ усилить эффект антибиотика был предложен учеными из Бостонского университета. Они добавляли к антибиотику ионы серебра. Зная антисептические свойства серебра, исследователи предположили, что современный антибиотик при добавлении небольшого количества этого вещества может убить в 1000 раз больше бактерий.
Взять в союзники врагов наших врагов
Ещё одно перспективное и пока не очень хорошо изученное направление борьбы — разработка бактериофагов, вирусов, поражающих бактерии. Эти вирусы так же изменчивы, как и сами бактерии и могут приспособиться к их резистентности. Но для этого требуется все время собирать и обновлять «коллекции» бактериофагов.
Так, в 2018 году Грэм Хэтфул из университета Питтсбурга спас пятнадцатилетнюю девушку, больную муковисцидозом. После пересадки легких ее организм атаковали бактерии, устойчивые к антибиотикам, и она умерла бы, если бы не экспериментальное лечение: врачи ввели ей генетически модифицированные вирусы, убивающие этот вид бактерий. Девушка выздоровела, а бактерии не показали никаких признаков формирования устойчивости к вирусам.
Отучить бактерии вырабатывать резистентность
Это, конечно, самый надёжный способ. Поэтому механизм резистентности сейчас досконально изучается, чтобы возможно было отредактировать геном бактерии и отучить её мутировать. При помощи метода редактирования генома CRISPR нарушаются несколько ключевых биохимических процессов в клетках. Метод получил название CHAOS (Controlled Hindrance of Adaptation of OrganismS — «контролируемое подавление адаптаций организмов»). После этого старые добрые антибиотики снова заработают, и мы сможем жить с бактериями в состоянии контролируемой войны. Но и этот метод пока только разрабатывается.
Кто быстрее эволюционирует — бактерии или мы? Ответ на этот животрепещущий вопрос мы узнаем через несколько десятилетий.
Читайте также:
