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

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
Древняя тайна в сердцевине ваших хромосом Древняя тайна в сердцевине ваших хромосом

Генетики нашли большие фрагменты ДНК вымерших видов человека

СНОБ
«Все выдумки не стоят естества…» «Все выдумки не стоят естества…»

На свете есть немало людей, уверенных, что небо над нами бороздят НЛО

Наука и жизнь
Как сохранить крепкую семью, если один из партнеров не может иметь детей Как сохранить крепкую семью, если один из партнеров не может иметь детей

Как уберечь любовь, если супруги хотят ребенка, но физически это невозможно

Psychologies
Видео начинает и выигрывает: чему учит война Instagram и Youtube Видео начинает и выигрывает: чему учит война Instagram и Youtube

Видео начинает и выигрывает: чему учит война Instagram и Youtube

Forbes
Лучшие рестораны, кафе и бары в московских парках Лучшие рестораны, кафе и бары в московских парках

Вина и закуски в кафе и ресторанах Парка Горького

Forbes
Семья Александра Ткачева собрала земли на  $1 млрд Семья Александра Ткачева собрала земли на  $1 млрд

Земельная экспансия агрохолдинга, принадлежащего семье Александра Ткачева

Forbes
Физики нашли способ спасти кота Шредингера Физики нашли способ спасти кота Шредингера

Ученые нашли способ предсказать результаты квантовых скачков

Популярная механика
Путешествуя с Чичиковым, Татьяной Лариной и другими героями русской классики Путешествуя с Чичиковым, Татьяной Лариной и другими героями русской классики

На чём ездили люди до изобретения двигателя внутреннего сгорания

Наука и жизнь
Что делать с легкими влюбленностями, когда ты в отношениях? Что делать с легкими влюбленностями, когда ты в отношениях?

Никто из нас не застрахован от случайных влюбленностей

Playboy
Красочный Insta-тренд: учимся носить тай-дай на примере Instagram-модниц Красочный Insta-тренд: учимся носить тай-дай на примере Instagram-модниц

Как носить вещи, окрашенные в технике tie-dye

Cosmopolitan
Celera 500l: что известно о самом секретном самолете в мире Celera 500l: что известно о самом секретном самолете в мире

Таинственный самолет от Otto Aviation

Популярная механика
Био-механизм Био-механизм

Пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете

Вокруг света
Что значит «одеваться не по возрасту»: мнение стилиста Что значит «одеваться не по возрасту»: мнение стилиста

Что думают стилисты о фразе «Не по возрасту оделся!»

Psychologies
Faces&Laces 2019: 10 причин посетить выставку в этом году Faces&Laces 2019: 10 причин посетить выставку в этом году

8 и 9 июня пройдет тринадцатая выставка Faces&Laces

Cosmopolitan
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
Толпой и еще толпее Толпой и еще толпее

Почему люди, собравшиеся большими группами, начинают вести себя странно?

Maxim
«Куратор», «Бык» и «Сторож» Юрия Быкова: криминальная Россия на «Кинотавре» «Куратор», «Бык» и «Сторож» Юрия Быкова: криминальная Россия на «Кинотавре»

Три криминальных фильма на «Кинотавре»

Esquire
От Сталинграда до ГАЗа: как в СССР появилась «Победа» От Сталинграда до ГАЗа: как в СССР появилась «Победа»

28 июня 1946 года была собрана первая партия автомобилей ГАЗ-М20 «Победа»

Популярная механика
98% россиян считают необходимым учить детей ответственному отношению к животным 98% россиян считают необходимым учить детей ответственному отношению к животным

О конференции, посвященной ответственному отношению к домашним животным

Cosmopolitan
Рядовой с запасом Рядовой с запасом

Обновленный пикап Isuzu пытается разыграть на российском рынке особую партию

АвтоМир
Народные легенды Народные легенды

Мы проникли в святая святых — запасник музея Volkswagen в Вольфсбурге

АвтоМир
Идите в Африку гулять: современное искусство, шопинг и лучшие рестораны Йоханнесбурга Идите в Африку гулять: современное искусство, шопинг и лучшие рестораны Йоханнесбурга

Йоханнесбург превратился в арт-хаб для творческой интеллигенции

Forbes
Крутой воппер Крутой воппер

Дэниел Шварц возрождает Burger King, сеть быстрого питания с 60-летней историей

Forbes
РБК узнал детали новой пенсионной накопительной системы РБК узнал детали новой пенсионной накопительной системы

Принцип участия будущих пенсионеров в системе до сих пор не определен

Forbes
«Прокачай» свою яичницу: 14 лучших товаров для готовки этого идеального блюда «Прокачай» свою яичницу: 14 лучших товаров для готовки этого идеального блюда

Сделай свое «коронное» блюдо еще круче!

Playboy
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
Коллекция Bikkembergs весна–лето 2019 создана для путешественников Коллекция Bikkembergs весна–лето 2019 создана для путешественников

Новая коллекция Bikkembergs

Esquire
Мерил Стрип: Лекарство от старости Мерил Стрип: Лекарство от старости

Любящая жена, мать четырех детей, трижды «оскароносица», актриса

Лиза
Русский след: 10 приложений от русскоязычных разработчиков Русский след: 10 приложений от русскоязычных разработчиков

Мобильные сервисы, созданные с участием специалистов из России и стран СНГ

РБК
Открыть в приложении