Устойчивость болезнетворных бактерий к антибиотикам — серьёзная угроза людям

Наука и жизньНаука

Назад в доантибиотиковую эру?

Дмитрий Макаров, старший научный сотрудник ФГБУ «Всероссийский государственный центр качества и стандартизации лекарственных средств для животных и кормов».

Александер Флеминг, первооткрыватель первого антибиотика — пенициллина. Фото: TR 1468 in Imperial War Museums/Wikimedia Commons/PD.

Возрастающая устойчивость болезнетворных бактерий к антибиотикам — серьёзная угроза человечеству. Не исключено, что в будущем она обернётся новыми страшными эпидемиями. Но в чём причина такой устойчивости — в бесконтрольном применении антибиотиков в медицине, в использовании их в огромных объёмах в животноводстве или в чём-то ещё? Как возникает устойчивость микроорганизмов к антибактериальным препаратам?

Первые препараты против болезнетворных бактерий — сульфаниламиды, пенициллин и др. — начали успешно применять в клинической практике в 30—40-е годы ХХ века, и уже тогда устойчивость к ним представляла собой проблему. Дело в том, что явление антибиотикорезистентности возникло задолго до открытия человечеством антибиотиков. Миллиарды лет бактерии и грибы вырабатывали антибиотики — вещества для борьбы с другими бактериями и грибами. Те, в свою очередь, приобретали механизмы защиты от этих соединений.

Молекулярных механизмов защиты микроорганизмов от антибиотиков не так много. Они всегда связаны с изменениями в генах, и устойчивость к антибиотикам наследуется, переходя из поколения в поколение. Учёные обнаружили такие гены даже в арктической вечной мерзлоте возрастом 30 тысяч лет и в образцах кишечной микрофлоры «тирольского человека» — найденной в Альпах мумии возрастом более 5000 лет. И сейчас в окружающей среде и организмах диких животных бактерии, устойчивые к различным антибиотикам, и гены устойчивости встречаются повсеместно.

Клетка микроорганизма может приобрести устойчивость к антибиотику двумя способами. Первый — случайное изменение генов, то есть мутация. Антибиотик часто действует на микроорганизм, связываясь с мишенью — молекулой белка внутри клетки — и не давая ей выполнять свои функции. Такой мишенью может быть, например, фермент, при помощи которого протекают какие-то жизненно важные для клетки биохимические реакции. Мутация, произошедшая в гене мишени, может так её менять, что антибиотик потеряет или ухудшит способность связываться с ней и утратит свою силу.

Второй путь приобретения устойчивости для бактериальной клетки — получить гены устойчивости от другой клетки. Например, клетка может приобрести гены ферментов, разрушающих молекулы антибиотика, или гены специальных белков-насосов, которые выкачивают антибиотик из клетки наружу, предотвращая его губительное действие. Однако для закрепления и сохранения антибиотикорезистентности на уровне популяции микробов необходимо воздействие на популяцию самого антибиотика, создающего селективное (то есть осуществляющее отбор) давление, в результате которого выживают лишь клетки, обладающие устойчивостью. Выиграв конкурентную борьбу, они размножаются, распространяются и передают свои гены дальше. Чтобы устойчивые клетки получили преимущество, количество антибиотика должно быть в определённом диапазоне, ведь, если доза слишком мала, антибиотик не будет подавлять ни устойчивые, ни чувствительные бактериальные клетки, и никакая селекция не произойдёт, а слишком большая доза, наоборот, начнёт подавлять даже устойчивые клетки, и они опять не получат никакого преимущества.

Плазмиды — независимые генетические элементы, найденные в бактериальной клетке, которые могут легко передаваться от одной бактерии к другой. Гены антибиотикорезистентности у бактерий чаще всего располагаются в этих маленьких молекулах ДНК.

То есть при воздействии антибиотика на популяцию происходит самый настоящий естественный отбор по дарвиновской модели, и можно сказать: «То, что микробов не убивает, делает их сильнее».

Сложно определить объёмы антибиотиков, вырабатываемых бактериями и грибами в природе, но, по оценкам, они огромны. Неизвестно, кто производит антибиотики в большем количестве — микроорганизмы в природе или человек для своих нужд. Процессы отбора устойчивых микробов эффективно идут и в окружающей среде.

В природе гены устойчивости к антибиотикам часто выполняют и другие, никак не связанные с антибиотиками функции. Например, белки-насосы, выводящие антибиотики из клетки, могут быть нужны для избавления её и от других токсичных соединений. В таком случае их гены распространяются и в отсутствие воздействия антибиотиков. Разнообразие генов устойчивости к антибиотикам в природе чрезвычайно велико, и наше счастье, что только часть из них обнаружена у опасных для человека микроорганизмов.

С начала применения различных классов антимикробных средств в медицине и ветеринарии селективное давление на микроорганизмы, вызывающие заболевания человека и животных, чрезвычайно возросло — в первую очередь это относится к больничным микробам. В условиях всё увеличивающихся масштабов применения антимикробных средств распространение антибиотикорезистентности было всего лишь вопросом времени.

В наши дни распространению устойчивости к антибиотикам способствуют также рост численности и скученности населения в развивающихся странах, доступность антибактериальных препаратов и всё более активное перемещение по миру людей, животных, продуктов питания и других товаров, а с ними — и устойчивых микроорганизмов.

Если до начала применения антибиотиков человеком гены антибиотикорезистентности у бактерий находились преимущественно на хромосоме, то теперь чаще располагаются на плазмидах — маленьких кольцевых молекулах ДНК, которые могут легко передаваться от одной бактерии к другой. Посредством плазмид гены устойчивости передаются от микроба к микробу не только одного вида, но и других. В частности, болезнетворные бактерии могут получить такие гены от безобидной микрофлоры кишечника человека и животных и даже от свободноживущих бактерий окружающей среды. При этом плазмиды могут нести гены устойчивости сразу к нескольким различным классам антимикробных средств, да и разных плазмид в клетке может быть несколько. Свойство множественной устойчивости делает болезнетворные бактерии особенно опасными. К сожалению, встречаются даже так называемые панрезистентные бактерии, то есть устойчивые сразу ко всем видам эффективных против них препаратов. Определяемое плазмидами свойство устойчивости обратимо: в отсутствие селективного давления клетка может такую плазмиду потерять, чтобы не тратить ресурсы на поддержание ненужного генетического материала. Помимо плазмид существуют и другие формы и механизмы передачи генов устойчивости, например через поражающие бактерии вирусы — бактериофаги.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Можно ли прогнозировать колебания уровня Каспийского моря? Можно ли прогнозировать колебания уровня Каспийского моря?

Какие прогнозы колебаний уровня воды в Каспии доступны сегодня?

Наука и жизнь
Зачем музыканты становятся дизайнерами Зачем музыканты становятся дизайнерами

Чем работа над песней похожа на создание платья

Vogue
Княжна Саша, или Приключения русских имён за рубежом Княжна Саша, или Приключения русских имён за рубежом

Княжна Саша — пример трансформации русского имени в англоязычной литературе

Наука и жизнь
Ваш ребенок — интроверт: семь признаков Ваш ребенок — интроверт: семь признаков

У детей-интровертов есть масса преимуществ

Psychologies
Михаил Бахтин Михаил Бахтин

Зачем Бахтин понадобился Андропову и почему он так известен в Европе и Штатах?

Дилетант
Неделя потребления: ди-джей в Большом и поясная сумка в Berluti Неделя потребления: ди-джей в Большом и поясная сумка в Berluti

Чем нам запомнилась эта неделя

Forbes
Какие часы носит Конор Макгрегор? Какие часы носит Конор Макгрегор?

Честно говоря, проще ответить на вопрос, какие часы он не носит

GQ
Секрет долголетия и процветания за $99: как бывшая жена Сергея Брина заработала $690 млн Секрет долголетия и процветания за $99: как бывшая жена Сергея Брина заработала $690 млн

История основательницы проекта 23andMe Анны Войжитски

Forbes
Приплыли. 8 исторических причалов московского центра Приплыли. 8 исторических причалов московского центра

О прошлом и настоящем речных трамвайчиков в Москве

СНОБ
Что это за диджей? Что это за диджей?

Идрис Эльба наконец-то узнал, как делать мечты реальностью

Glamour
«Ему поступали угрозы»: все, что известно о деле журналиста Ивана Голунова «Ему поступали угрозы»: все, что известно о деле журналиста Ивана Голунова

Корреспондент издания Meduza.io был задержан в Москве по делу о сбыте наркотиков

Forbes
5 китайских дизайнеров на Pitti Uomo, о которых нужно знать 5 китайских дизайнеров на Pitti Uomo, о которых нужно знать

Рассказываем о многоообещающих участниках предстоящей выставки

Vogue
«У бизнеса никакого риска уже не осталось. Только страх». Каким увидели будущее и настоящее России на завтраке у Грефа «У бизнеса никакого риска уже не осталось. Только страх». Каким увидели будущее и настоящее России на завтраке у Грефа

Что нужно России для того, чтобы совершить «прорыв», и помогут ли ей нацпроекты

Forbes
«Если не умру, сяду на двадцать лет». Как больная раком героиновая наркоманка, признанная умершей, пыталась доказать, что она жива «Если не умру, сяду на двадцать лет». Как больная раком героиновая наркоманка, признанная умершей, пыталась доказать, что она жива

История «умершей» наркоманки Кристины Бальчевой

СНОБ
Поле битвы: Земля Поле битвы: Земля

Эпо­ха су­пер­дер­жав за­кон­чи­лась

GQ
Игра престолов Игра престолов

Неужели теплые отношения герцогов Сассекских и Кембриджских – только видимость

Grazia
Ретро ФМ Ретро ФМ

Марина Филиппова оформила дом 1970‑х годов в Тосканской деревне

AD
Тени прошлого Тени прошлого

Готова ли ты избавиться от назойливых воспоминаний и начать жить настоящим?

Лиза
Место женщины — где угодно: какие общественные запреты давно устарели Место женщины — где угодно: какие общественные запреты давно устарели

Похоже, некоторые культурные и профессиональные запреты довольно живучи

Psychologies
Как победить аллергию с помощью гаджета: проверяем на себе Как победить аллергию с помощью гаджета: проверяем на себе

Тест очистителя воздуха Dyson Pure Hot+Cool на настоящих аллергиках

Популярная механика
Александр Роднянский — о «Кинотавре» и повторении чужих успехов Александр Роднянский — о «Кинотавре» и повторении чужих успехов

Президент «Кинотавра» Александр Роднянский о том, что стало с фестивалем

РБК
Пойдем в кино, Иляна Пойдем в кино, Иляна

Ланч с кинокритиком Антоном Долиным

Glamour
Твиты британки об отсутствии черных актеров в «Чернобыле» вызвали истерику в сети. Почему? Твиты британки об отсутствии черных актеров в «Чернобыле» вызвали истерику в сети. Почему?

Где граница допустимой нереалистичности в художественном кино?

Playboy
Три мифа о детской агрессии Три мифа о детской агрессии

Установки, которые мешают родителям скорректировать агрессивное поведение детей

Psychologies
Любера: 30 лет спустя Любера: 30 лет спустя

Что стало с парнями в клетчатых штанах

Русский репортер
Услышать каждого: как Google создает систему голосового управления для людей с инвалидностью Услышать каждого: как Google создает систему голосового управления для людей с инвалидностью

Системы, управляемые голосом, сейчас представляют собой рынок объемом в $49 млрд

Forbes
Русский след: 10 приложений от русскоязычных разработчиков Русский след: 10 приложений от русскоязычных разработчиков

Мобильные сервисы, созданные с участием специалистов из России и стран СНГ

РБК
Про-эйдж. Почему модные бренды делают ставку на возраст Про-эйдж. Почему модные бренды делают ставку на возраст

Как эйджизм ушел из моды?

Forbes
Вербальное насилие: как ранят слова Вербальное насилие: как ранят слова

Насколько серьезны последствия психологического насилия

Psychologies
Где поесть в Лондоне. Гастрономический гид ресторатора Ильи Тютенкова Где поесть в Лондоне. Гастрономический гид ресторатора Ильи Тютенкова

Илья Тютенков отправился в Лондон, чтобы смахнуть пыль с вековых барных стоек

РБК
Открыть в приложении