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

Осмий: тяжёлый, дорогой и совсем не пчела Осмий: тяжёлый, дорогой и совсем не пчела

Элемент с самой высокой плотностью

Наука и жизнь
Участник списка Forbes «30 до 30» договорился с ВЭБ.РФ об инвестициях в человекоподобных роботов Участник списка Forbes «30 до 30» договорился с ВЭБ.РФ об инвестициях в человекоподобных роботов

Структура ВЭБ.РФ инвестирует 200 млн рублей в обмен на долю в компании

Forbes
Заблудился в Америке Заблудился в Америке

Дизельпанк: параллельная вселенная словенского художника Андрея Трохи

Популярная механика
Тонкая и звонкая: 9 звезд с самой узкой талией Тонкая и звонкая: 9 звезд с самой узкой талией

Кто из звезд сегодня может похвастать самыми изящными изгибами

Cosmopolitan
Невероятно, но... мясо Невероятно, но... мясо

Имитации мясных продуктов из растений и клеточных культур становятся модными

Популярная механика
Процессор, память или видеокарта? Во что лучше вкладываться при сборке Процессор, память или видеокарта? Во что лучше вкладываться при сборке

На какую из комплектующих стоит тратить бюджет, если он не бесконечный?

CHIP
Как получать удовольствие от любого дела. Даже самого скучного Как получать удовольствие от любого дела. Даже самого скучного

Как получать удовольствие, даже от самой монотонной и неинтересной работы?

Psychologies
Штраф за пробку: какие ловушки ждут автомобилистов Штраф за пробку: какие ловушки ждут автомобилистов

Автомобилисты стали чаще жаловаться на ошибочные, по их мнению, штрафы с камер

РБК
10 признаков скрытой тревоги 10 признаков скрытой тревоги

Скрытая тревога — своего рода механизм защиты психики от возможных проблем

Psychologies
Домик у озера Домик у озера

Здесь тоже есть хорошие пляжи, прекрасные виды и много рыбы

Лиза
Колесо фортуны Колесо фортуны

Ноотропы: стоит ли пробовать допинг для интеллекта

Tatler
Золото сделают более привлекательным для частных инвесторов Золото сделают более привлекательным для частных инвесторов

Сенаторы предлагают отменить НДС на золото в слитках

Forbes
GPS и A-GPS: в чем разница и что лучше? GPS и A-GPS: в чем разница и что лучше?

В чем разница между GPS и A-GPS, и какие преимущества дает буква A

CHIP
«Чернобыль» и жизнь: ложь сериала, обличающего ложь «Чернобыль» и жизнь: ложь сериала, обличающего ложь

Большинство публикаций о сериале «Чернобыль» — восторженные

СНОБ
Airbnb запустил сервис аренды вилл и островов миллиардеров Airbnb запустил сервис аренды вилл и островов миллиардеров

Airbnb запустил новый сервис Airbnb Luxe

Forbes
Гостья из будущего Гостья из будущего

Как живут современные женщины в 50+?

Tatler
Радиевые девушки: фабричные работницы, отравленные радиацией Радиевые девушки: фабричные работницы, отравленные радиацией

Фабричные работницы светились от радиолюминисцентной краски, которая их убивала

Cosmopolitan
Ярмарка тщеславия: самые дорогие и странные опции для автомобилей Ярмарка тщеславия: самые дорогие и странные опции для автомобилей

Как потратить кучу денег на вещи, о которых большинство даже не слышало

Maxim
Китайская криптограмота: как стать мировым лидером блокчейна, запрещая криптовалюты Китайская криптограмота: как стать мировым лидером блокчейна, запрещая криптовалюты

КНР остается передовиком блокчейна и главным фактором мирового рынка криптовалют

Forbes
Игра престолов Игра престолов

Неужели теплые отношения герцогов Сассекских и Кембриджских – только видимость

Grazia
Элементарно, Ватсон! Элементарно, Ватсон!

Лето – лучшее время для путешествия по Англии

Cosmopolitan
5 причин, почему стоит посмотреть сериал «Семейный брак» 5 причин, почему стоит посмотреть сериал «Семейный брак»

Чем так хорош британский проект State of the Union

GQ

Take That решились собраться втроем, чтобы напомнить о себе и своих старых хитах

Playboy
Бизнесмена Василия Бойко-Великого задержали по делу о растрате $500 000 Бизнесмена Василия Бойко-Великого задержали по делу о растрате $500 000

Бизнесмен Василий Бойко-Великий задержан по обвинению в хищении $500 000

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

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

GQ
«Зефир» с парашютом: самый безопасный вертолет в мире «Зефир» с парашютом: самый безопасный вертолет в мире

Curti Aerospace заканчивает сертификацию легкого двухместного вертолета Zefhir

Популярная механика
Био-механизм Био-механизм

Пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете

Вокруг света
5 лучших показов с первых мужских недель моды 5 лучших показов с первых мужских недель моды

Стартовали показы мужских коллекций сезона весна–лето 2020

Esquire
Мода: Андрей Кравцов Мода: Андрей Кравцов

Дизайнер, создавший бренд SH’U («Шью»)

Собака.ru
Тест телевизора LG OLED 55C97LA: фантастическая картинка, превосходный дизайн Тест телевизора LG OLED 55C97LA: фантастическая картинка, превосходный дизайн

LG OLED 55C9 является замечательным телевизором

CHIP
Открыть в приложении