Назад в доантибиотиковую эру?

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 и читайте статьи из популярных журналов

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, май'19
Выходные на Волге: Нижний Новгород Выходные на Волге: Нижний Новгород

Немного релакса нужно не только нашей голове, но и глазам надо дать отдохнуть

Лиза, июнь'19
Ураганная энергия Ураганная энергия

Как направить в мирное русло энергию ураганов

Популярная механика, январь'18
Дональд Трамп трижды оконфузился перед британской королевой Елизаветой II Дональд Трамп трижды оконфузился перед британской королевой Елизаветой II

Президент США столкнулся на пути в Букингемском дворце с дырявым горшком

Cosmopolitan, июнь'19
«Нет ничего лучше, чем быть академиком и завлабом» «Нет ничего лучше, чем быть академиком и завлабом»

Каким бы оказался сегодня монолог академика Ж. И. Алфёрова?

Наука и жизнь, апрель'19
Как правильно выбрать телескоп и смотреть звезды Как правильно выбрать телескоп и смотреть звезды

Основные этапы выбора и особенности разных типов телескопов

CHIP, июнь'19
Машину заказывали? Машину заказывали?

Светлана Виноградова о том, как 25 лет подряд ходить на работу как на праздник

Cosmopolitan, июль'19
7% ВВП ушли по умолчанию 7% ВВП ушли по умолчанию

Счетная палата выявила объем непубличных закупок

РБК, июнь'19
Ловушка для банкира Ловушка для банкира

Рынок недвижимости Испании до сих пор не оправился от кризиса 2008 года

Forbes, июль'19
Музыкальный генерал Музыкальный генерал

Хочу предложить вниманию читателей атрибуцию, точка в которой ещё не поставлена

Дилетант, июль'19
Каждый четвертый владелец домашних животных делает ремонт благодаря питомцам Каждый четвертый владелец домашних животных делает ремонт благодаря питомцам

Как домашние животные влияют на частоту ремонтов

Cosmopolitan, июнь'19
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, июнь'19
Ланцет — электрическая ракета: оружие, которое изменит войну Ланцет — электрическая ракета: оружие, которое изменит войну

Семейство барражирующих боеприпасов «Ланцет»

Популярная механика, июнь'19
«Убийца подлодок»: что известно о секретном российском вертолете «Минога» «Убийца подлодок»: что известно о секретном российском вертолете «Минога»

Вертолет проекта «Минога», скорее всего, получит обозначение Ка-65

Популярная механика, июнь'19
Папа в декрете Папа в декрете

Что-то героическое в этом есть

Огонёк, июнь'19
Неугодный клоун Неугодный клоун

Чарли Чаплин и дом с привидениями

Story, июль'19
Бабушка, живущая в сети: как пенсионерка зарабатывает больше миллиона рублей в месяц благодаря YouTube Бабушка, живущая в сети: как пенсионерка зарабатывает больше миллиона рублей в месяц благодаря YouTube

Проект приносит по 1,2 млн рублей выручки и около 300 000 рублей прибыли в месяц

Forbes, июнь'19
Инструкция: биотуризм Инструкция: биотуризм

Советы тем, кто готовится к встрече с дикой природой – ради её сохранения

National Geographic Traveler, июнь'19
«Слуга народа» собрал компанию «Слуга народа» собрал компанию

Украинские партии начали борьбу за места в Верховной раде

РБК, июнь'19
У кошки блоги! У кошки блоги!

Эти звезды Интернета не умеют писать и фотографировать (у них лапки)

Добрые советы, июль'19
Миллиардер Владимир Потанин пожертвовал 100 млн рублей Третьяковской галерее Миллиардер Владимир Потанин пожертвовал 100 млн рублей Третьяковской галерее

На доходы от эндаумента Третьяковка будет пополнять свою коллекцию

Forbes, июнь'19
Вексельберг рассказал об ограничении общения с Блаватником из-за санкций США Вексельберг рассказал об ограничении общения с Блаватником из-за санкций США

В 2018 году американский Минфин включил Вексельберга в SDN-лист

Forbes, июнь'19
«Для меня это тотальный кризис»: Вексельберг рассказал, как его жизнь изменилась из-за санкций США «Для меня это тотальный кризис»: Вексельберг рассказал, как его жизнь изменилась из-за санкций США

Российский миллиардер Виктор Вексельберг дал первое большое интервью

Forbes, июнь'19
Коллеги и пациенты обвинили московского педиатра в мошенничестве Коллеги и пациенты обвинили московского педиатра в мошенничестве

Педиатр якобы годами колол детям физраствор вместо прививок

Women’s Health, июнь'19
«Меня уже 15 раз спрашивали, где Майкл Калви». Что говорил американский бизнес о деле Baring Vostok на ПМЭФ «Меня уже 15 раз спрашивали, где Майкл Калви». Что говорил американский бизнес о деле Baring Vostok на ПМЭФ

Делегация частного бизнеса США оказалась самой представительной на форуме

Forbes, июнь'19
Опасные связи Опасные связи

Развитие компьютерных технологий — результат соперничества сверхдержав

Вокруг света, июль'19
Дела семейные Дела семейные

Вот уж кто знает точное значение выражения «Всё в дом»

Cosmopolitan, июль'19
Мы, нижеподписавшиеся Мы, нижеподписавшиеся

Автомобиль по подписке — что это такое и в чем преимущества

Эксперт, июнь'19
Воздушный бой Воздушный бой

Дроны-истребители, способные уничтожать разведывательные и ударные беспилотники

Популярная механика, июль'19
Собиратель земель кубанских: как бывший чиновник стал одним из крупнейших латифундистов России Собиратель земель кубанских: как бывший чиновник стал одним из крупнейших латифундистов России

Предпринимательская карьера владельца концерна «Покровский» Андрея Коровайко

Forbes, июнь'19