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
Аттилио Марро, Bvlgari — о московской резиденции и люксе Аттилио Марро, Bvlgari — о московской резиденции и люксе

О новом пространстве на Большой Никитской, а также о роскоши и игре на гитаре

РБК
Крошка Ро Крошка Ро

Блогер Марьяна Ро выбралась в реальный мир без одежды

Maxim
Био-механизм Био-механизм

Пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете

Вокруг света
Дом во льдах Дом во льдах

История дрейфующих станций «Северный полюс» – это летопись подвига во имя науки

Популярная механика
Пересменка поколений: какими были первые 30 лет «Кинотавра» Пересменка поколений: какими были первые 30 лет «Кинотавра»

9–16 июня в Сочи проходит 30-й Открытый российский кинофестиваль «Кинотавр»

РБК
Нужно ли нам бессмертие? Нужно ли нам бессмертие?

Насколько мы готовы к средству, которое гарантирует бессмертие

Psychologies
Как правильно принимать витамины и зачем это нужно Как правильно принимать витамины и зачем это нужно

Какую роль витамины играют в обменных процессах и как не навредить организму

РБК
«Плывем по улице Ленина»: что жители Иркутской области рассказывают о наводнении «Плывем по улице Ленина»: что жители Иркутской области рассказывают о наводнении

Что говорят о происходящем в Братске непосредственные очевидцы?

Forbes
Последним сдался килограмм Последним сдался килограмм

В Париже завершилась длившаяся несколько десятилетий революция в метрологии

Наука и жизнь
5 оригинальных направлений для летнего отпуска 5 оригинальных направлений для летнего отпуска

В список 100 дел для запоминающегося лета обязательно включи увлекательный отдых

Cosmopolitan
Арабские фэшиониста: 10 главных отличительных черт Арабские фэшиониста: 10 главных отличительных черт

Что кроется за успешным модным образом арабских красавиц

Cosmopolitan
На какой высоте вешать телевизор на стену? На какой высоте вешать телевизор на стену?

Насколько высоко должен стоять или висеть телевизор?

CHIP
«Развода я боялась больше всего на свете» «Развода я боялась больше всего на свете»

У многих развод ассоциируется с подавленностью, одиночеством, болью

Psychologies
Сергей Жуков: «Бываю дома два раза в месяц» Сергей Жуков: «Бываю дома два раза в месяц»

Певец и его супруга Регина о детях-трудоголиках и миллионных доходах

StarHit
В Португалии обнаружена новая В Португалии обнаружена новая

Исследуя прибрежные скалы, экологи обнаружили странный разноцветный налет

Популярная механика
Жестокий партнер вдруг перестал вас мучить. В чем причина? Жестокий партнер вдруг перестал вас мучить. В чем причина?

Партнер всегда относился к вам жестоко, и вдруг его словно подменили. Почему?

Psychologies
Шеф-повар Иппеи Уемура — о суточных щах, рыбе и уважении Шеф-повар Иппеи Уемура — о суточных щах, рыбе и уважении

Шеф из Марселя приехал, чтобы приготовить ужин вместе с Александром Райляном

РБК
Бизнесмен, которых хотел скупить всех. Чем известен новый владелец Sotheby's Бизнесмен, которых хотел скупить всех. Чем известен новый владелец Sotheby's

Французский телеком-магнат Патрик Драи сам купил Sotheby's

Forbes
Сергей Петров рассказал о незаконной прослушке и роли ФСБ в деле «Рольфа» Сергей Петров рассказал о незаконной прослушке и роли ФСБ в деле «Рольфа»

Уголовное дело «Рольфа» основывается на прослушке разговоров

Forbes
Дело сестер Хачатурян или дело всей России: можно ли защитить себя и не сесть в тюрьму Дело сестер Хачатурян или дело всей России: можно ли защитить себя и не сесть в тюрьму

Почему российское правосудие носит обвинительный характер

Esquire
Не поступил? Живем дальше Не поступил? Живем дальше

Случилось страшное: ребенок не поступил в ВУЗ

Домашний Очаг
Предприниматель Дарья Лисиченко — о Konkovo market, аренде и брендах Предприниматель Дарья Лисиченко — о Konkovo market, аренде и брендах

О большой переделке ТК «Коньково» в Konkovo market

РБК
10 главных причесок июня 10 главных причесок июня

Отращивать усы или нет – решать вам, а с гелем для волос пора бы распрощаться

GQ
Увидеть красоту своих шрамов Увидеть красоту своих шрамов

Мы хотели бы быть идеальными и поэтому часто недовольны своей внешностью

Psychologies
Bellingcat назвал людей, предположительно причастных к крушению «Боинга» в Донбассе Bellingcat назвал людей, предположительно причастных к крушению «Боинга» в Донбассе

Организация ссылается на информацию из открытых источников

Forbes
«Планы у нас грандиозные»: вторая женщина-миллиардер из России о выходе в Европу и ставке на малый бизнес «Планы у нас грандиозные»: вторая женщина-миллиардер из России о выходе в Европу и ставке на малый бизнес

В каких европейских странах Wildberries в этом году начнет работу

Forbes
Терпение лопнуло. Почему Теодор Курентзис ушел из Пермской оперы Терпение лопнуло. Почему Теодор Курентзис ушел из Пермской оперы

Куда исчез бюджет и проект реконструкции нового здания Пермской оперы

Forbes
Начало родов: когда ехать в роддом? Начало родов: когда ехать в роддом?

Как узнать, пора уже ехать в роддом или можно еще побыть дома?

9 месяцев
Не только о себе думаем Не только о себе думаем

Хотите сделать мир лучше? Бьюти-бренды готовы предоставить вам такую возможность

Glamour
Открыть в приложении