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
Музыкальные фестивали лета, ради которых стоит выехать за границу Музыкальные фестивали лета, ради которых стоит выехать за границу

Летние месяцы созданы для того, чтобы наслаждаться музыкой под открытым небом

РБК
Ураган Миранда Ураган Миранда

Миранда Керр. Австралийская супермодель, мать двоих детей и жена миллиардера

Maxim
12 фаз профессионального выгорания 12 фаз профессионального выгорания

Как распознать симптомы профессионального выгорания?

Psychologies
Стены помогают Стены помогают

Чтобы оценить современное искусство в Петербурге, не нужно ходить в Эрмитаж

GQ
Стивен Кинг попросил подписчиков вспомнить романы, рассказанные от лица людей с особенностями развития Стивен Кинг попросил подписчиков вспомнить романы, рассказанные от лица людей с особенностями развития

Стивен Кинг работает над новым произведением и попросил читателей помочь

Esquire
Главная премьера недели: что нам готовит второй сезон Главная премьера недели: что нам готовит второй сезон

Российская премьера второго сезона "Большой маленькой лжи" состоится 10 июня

Esquire
Блогеры и бренды. Как люксовые марки пытаются идти в ногу со временем Блогеры и бренды. Как люксовые марки пытаются идти в ногу со временем

Что получают бренды, не побоявшиеся ассоциировать себя с новыми героями

Forbes
Сколько стоит освобождение от рабства, или неожиданная связь между детьми и шоколадом Сколько стоит освобождение от рабства, или неожиданная связь между детьми и шоколадом

Повышение цен на какао-бобы позволит избавиться от детского труда на плантациях

Forbes
Как все-таки надо мыть овощи и фрукты: пошаговое руководство Как все-таки надо мыть овощи и фрукты: пошаговое руководство

Пора уже разобраться в этом вопросе раз и навсегда

Playboy
Секстинг вместо секса Секстинг вместо секса

Не секстинг виноват в том, что исследователи называют кризисом секса

Playboy
Встреча века Встреча века

В Пушкинcком стартуют выставки коллекций Сергея Щукина и Fondation Louis Vuitton

Vogue
Изображение чёрной дыры: что на самом деле получили астрономы Изображение чёрной дыры: что на самом деле получили астрономы

Но что мы видим на полученном изображении чёрной дыры

Наука и жизнь
«Мы поддерживаем Ивана»: кто продает на Avito газеты с передовицей «Я/Мы Иван Голунов» за 15 000 рублей «Мы поддерживаем Ивана»: кто продает на Avito газеты с передовицей «Я/Мы Иван Голунов» за 15 000 рублей

«Ведомости», «Коммерсантъ» и РБК впервые вышли с одинаковой первой полосой

Forbes
Как перестать беспокоиться и начать жить Как перестать беспокоиться и начать жить

Если вы хотите оградить себя от всех стрессов сразу, у вас ничего не получится

Psychologies
11 богатейших американок младше 40 лет, заработавших состояние самостоятельно 11 богатейших американок младше 40 лет, заработавших состояние самостоятельно

Самые богатые селф-мейд женщины США в возрасте до 40 лет

Forbes
Самые популярные смотровые площадки мира: 9 мест, где лучше всего любоваться видом Самые популярные смотровые площадки мира: 9 мест, где лучше всего любоваться видом

Лучше места для обзора с высоты выше птичьего полета

Playboy
«Люди Икс: Темный Феникс» — последний фильм до покупки Fox компанией Disney, который задумывался эпичным, а вышел рассеянным «Люди Икс: Темный Феникс» — последний фильм до покупки Fox компанией Disney, который задумывался эпичным, а вышел рассеянным

О фильме «Люди Икс: Темный Феникс»

Esquire
Море зовет! Море зовет!

Следуем примеру олимпийской чемпионки Татьяны Навки и едем к морю

OK!
Пещерное сознание Пещерное сознание

Что хорошего в жизни под туфовыми сводами пещер

Вокруг света
ASUS ZenBook S13: зачем ноутбуку военные стандарты ASUS ZenBook S13: зачем ноутбуку военные стандарты

Современные ноутбуки весьма разнообразны, но в массе своей похожи

Популярная механика
Как объяснить странную погоду этой весной? Ответ дает новая климатическая модель Как объяснить странную погоду этой весной? Ответ дает новая климатическая модель

Как потепление Арктики влияет на атмосферное струйное течение

Forbes
Искусство на миллион. Как утроить свои активы, инвестируя в искусство Искусство на миллион. Как утроить свои активы, инвестируя в искусство

Филип Хоффман рассказал Forbes Life о том, как и какое искусство нужно покупать

Forbes
Системное хозяйство Системное хозяйство

Владимир Евтушенков занял второе место в списке крупнейших латифундистов России

Forbes
Мировая за $282 млн: Walmart выплатит компенсацию в обмен на снятие обвинений в коррупции Мировая за $282 млн: Walmart выплатит компенсацию в обмен на снятие обвинений в коррупции

Американский ритейлер Walmart согласился выплатить $282 млн

Forbes
Между солнышком лесным и «Металликой» Между солнышком лесным и «Металликой»

Почему Ольга Чикина все еще боится выходить на сцену

Русский репортер
«Причудливый способ вывести деньги»: что вызывает вопросы в деле основателя «Рольф» Сергея Петрова «Причудливый способ вывести деньги»: что вызывает вопросы в деле основателя «Рольф» Сергея Петрова

Балансовая стоимость «Рольф Эстейт» по итогам 2014 года составила 4,2 млрд

Forbes
20 вопросов к Вигго Мортенсену 20 вопросов к Вигго Мортенсену

Американо-датский актер Вигго Мортенсен отвечает на 20 вопросов

Playboy
Кроссовки дня: посвященные ядовитым змеям «асиксы» от команды журнала Sneaker Freaker Кроссовки дня: посвященные ядовитым змеям «асиксы» от команды журнала Sneaker Freaker

Кроссовки в честь австралийской тигровой змеи

Esquire
Что это за диджей? Что это за диджей?

Идрис Эльба наконец-то узнал, как делать мечты реальностью

Glamour
Открыть в приложении