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
Они покорили Америку. Самые богатые иммигрантки в США Они покорили Америку. Самые богатые иммигрантки в США

Самые состоятельные женщины-иммигранток, которым удалось добиться успеха в США

Forbes
Внук Чингисхана Внук Чингисхана

Мы не очень жалуем Батыя, а в Астане, столице Казахстана, есть улица Бату-хана

Дилетант
Обзор смартфона INOI 7i: большой экран недорого Обзор смартфона INOI 7i: большой экран недорого

Тестируем смартфон за 5990 руб. с экраном 6,2 дюйма и отличной батареей

CHIP
Беспроводные колонки с мощным звучанием Беспроводные колонки с мощным звучанием

Тест 35 беспроводных колонок

CHIP
Серьезная крыша Серьезная крыша

Игорь Рыбаков начинает инвестировать в организацию чемпионатов мира по шахматам

Tatler
Свадьба не по правилам Свадьба не по правилам

Брачная церемония – серьезный рубеж в отношениях двоих

Psychologies
Искусство: Егор Крафт Искусство: Егор Крафт

Как создаются дивный новый мир и искусство будущего

Собака.ru
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
Крылья космической бабочки Крылья космической бабочки

О звёздах, галактиках, «эффекте бабочки» и огромном космосе

Наука и жизнь
Городская разработка: цифровая БМП Hunter Городская разработка: цифровая БМП Hunter

11 июня на вооружение армии Сингапура была принята боевая машина пехоты

Популярная механика
Книги: Евгений Водолазкин Книги: Евгений Водолазкин

Каждая книга доктора филологических наук — событие для всей страны

Собака.ru
Самый дорогой объектив по цене Kia Rio: Sony 600 mm F4 GM OSS Самый дорогой объектив по цене Kia Rio: Sony 600 mm F4 GM OSS

На что способен объектив почти за 1 млн рублей? Разбираемся в обзоре

CHIP
Директор Foreo в России — о морщинах, моргании и подделках Директор Foreo в России — о морщинах, моргании и подделках

Яркие щеточки Foreo — один из самых популярных гаджетов в Instagram

РБК
Проза Esquire: отрывок из нового романа «Спящие воспоминания» нобелевского лауреата Патрика Модиано Проза Esquire: отрывок из нового романа «Спящие воспоминания» нобелевского лауреата Патрика Модиано

В июне выходит книга нобелевского лауреата Патрика Модиано «Спящие воспоминания»

Esquire
Некоторые равнее: почему Силуанов вновь уступил Сечину Некоторые равнее: почему Силуанов вновь уступил Сечину

Во что выльется решение о налоговых вычетах для Приобского месторождения

Forbes
«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
Порфайл: танцовщик и хореограф Владимир Варнава Порфайл: танцовщик и хореограф Владимир Варнава

Хореограф Владимир Варнава рассказал о танце в своей жизни и своей жизни в танце

Esquire
Визионер гейминга: история разработчика, перевернувшего индустрию видеоигр Визионер гейминга: история разработчика, перевернувшего индустрию видеоигр

Отрывок из книги Терри Вулфа «Кодзима — гений.

Forbes
Венецианская сладкая жизнь и история в одном месте Венецианская сладкая жизнь и история в одном месте

Мы знаем, в каком отеле вы захотите отдохнуть этим летом

Vogue
Все, что вам нужно знать о детоксе Все, что вам нужно знать о детоксе

Вдруг вы решите отказаться от кофе или сахара

GQ
Тянемся к лучшему Тянемся к лучшему

Как и зачем садиться на шпагат и вставать на мостик, чтобы потом не было больно

Tatler
Пойдем в кино, Иляна Пойдем в кино, Иляна

Ланч с кинокритиком Антоном Долиным

Glamour
Элементарно, Ватсон! Элементарно, Ватсон!

Лето – лучшее время для путешествия по Англии

Cosmopolitan
Показ Jacquemus прошел в лавандовых полях Прованса Показ Jacquemus прошел в лавандовых полях Прованса

Было жарко – в прямом и переносном смысле

GQ
50 оправданий людей, которые не хотят меняться 50 оправданий людей, которые не хотят меняться

Что мешает нам стать другими, даже если мы знаем, что перемены необходимы

Psychologies
«Тыжедевочка»: 5 образов и установок, от которых отказываются женщины «Тыжедевочка»: 5 образов и установок, от которых отказываются женщины

Веками женщины были вынуждены играть навязанные обществом роли

Psychologies
11 самых ожидаемых фильмов июля: Спайдермен, Симба и паразиты 11 самых ожидаемых фильмов июля: Спайдермен, Симба и паразиты

Как Marvel переживет потерю Железного человека и Кэпа?

Playboy
От чекистов к олигархам: человек-легенда Филипп Бобков От чекистов к олигархам: человек-легенда Филипп Бобков

Жизнь Филиппа Бобкова стала отражением главных тектонических разломов эпохи

Forbes
Коварный ротавирус Коварный ротавирус

Что важно знать о ротавирусе?

Лиза
Открыть в приложении