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
Зои Кравиц Зои Кравиц

Дочь Ленни Кравица очаровывает своей волшебной красотой в фантастическом эпосе

Playboy
Марс, пульс, температура Марс, пульс, температура

Зонд InSight: заглянуть внутрь Марса

Популярная механика
Цистит: почему обостряется летом? Цистит: почему обостряется летом?

Что может спровоцировать развитие болезни и что надо знать, чтобы не заболеть

9 месяцев
Время собирать кельтские камни Время собирать кельтские камни

Интеллектуальная и загадочная игрушка — кельтский камень

Наука и жизнь
Скандальный штраф с камер: власти объяснили, почему они правы Скандальный штраф с камер: власти объяснили, почему они правы

Почему остановившийся пропустить пешехода водитель получил штраф?

РБК
5 лучших показов с первых мужских недель моды 5 лучших показов с первых мужских недель моды

Стартовали показы мужских коллекций сезона весна–лето 2020

Esquire
Чьи работы собирал Щукин и что висит в Пушкинском Чьи работы собирал Щукин и что висит в Пушкинском

До 15 сентября ГМИИ им. А.С. Пушкина показывает европейский модернизм

РБК
Можно ли мужчинам носить шорты в офис? Отвечают эксперты и известные женщины Можно ли мужчинам носить шорты в офис? Отвечают эксперты и известные женщины

Затрагиваем жаркую (во всех смыслах) тему и разбиваем стереотипы

Playboy
Только посмотрите Только посмотрите

На этой неделе в ГМИИ им. А.С. Пушкина открывается новая выставка

Grazia
Почему нужно увидеть выставку Энтони Гормли на Делосе Почему нужно увидеть выставку Энтони Гормли на Делосе

Выставка Sight Энтони Гормли

РБК
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
Как наследница миллиардера Бронфмана попала в группу Nxivm, в которой практиковалось сексуальное рабство Как наследница миллиардера Бронфмана попала в группу Nxivm, в которой практиковалось сексуальное рабство

Наследница миллиардера Эдгара Бронфмана Клэр была вовлечена в секту

Forbes
Сбербанк заподозрил основателя Антипинского НПЗ в двойной бухгалтерии Сбербанк заподозрил основателя Антипинского НПЗ в двойной бухгалтерии

Сбербанк обнаружил у Антипинского НПЗ забалансовые обязательства

Forbes
11 лучших женщин-роботов в кино 11 лучших женщин-роботов в кино

Каких женщин-киборгов мы повидали за свою жизнь

Maxim
«Мне это не подходит!»: три фразы о жизни по совести «Мне это не подходит!»: три фразы о жизни по совести

Елена Ульмасбаева и Леонид Барац комментируют фразы, помогающие им слышать себя

Psychologies
Инвестор на распутье. Как вкладывать деньги в эпоху тотального противоречия Инвестор на распутье. Как вкладывать деньги в эпоху тотального противоречия

Инвесторам дают множество противоречивых советов о том, куда вложить деньги

Forbes
«Те, кто услышит меня сегодня, могут заработать побольше». Игорь Сечин об «экономическом шовинизме» США и акциях Тesla «Те, кто услышит меня сегодня, могут заработать побольше». Игорь Сечин об «экономическом шовинизме» США и акциях Тesla

На ПМЭФ глава «Роснефти» выступил с подчеркнуто жесткой по отношению к США речью

Forbes
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
Гоша Рубчинский и Gucci, арт и андеграунд в Берлине. Как искусство влияет на моду Гоша Рубчинский и Gucci, арт и андеграунд в Берлине. Как искусство влияет на моду

Forbes Life побывал на фестивале Reference Berlin

Forbes
Книги: Андрей Курпатов Книги: Андрей Курпатов

Врач-психотерапевт и основатель интеллектуального кластера «Игры разума»

Собака.ru
«Незаметный рынок» на $50 млрд. За что придется заплатить после покупки произведения искусства «Незаметный рынок» на $50 млрд. За что придется заплатить после покупки произведения искусства

Купить произведение искусства — это только полдела

Forbes
Зачем люди «покоряют» Эверест и почему гибнут в очереди на восхождение Зачем люди «покоряют» Эверест и почему гибнут в очереди на восхождение

Что заставляет людей взбираться на тысячи метров вверх

Популярная механика
Три показателя молодости, о которых важно позаботиться заранее Три показателя молодости, о которых важно позаботиться заранее

Как выглядеть молодой и сильной вне зависимости от возраста

Psychologies
Ирина Хакамада «Дочь вправе жить, как хочет!» Ирина Хакамада «Дочь вправе жить, как хочет!»

Бывший политик рассказала о даре необычного ребенка о том, как преодолеть кризис

StarHit
Три мифа о детской агрессии Три мифа о детской агрессии

Установки, которые мешают родителям скорректировать агрессивное поведение детей

Psychologies
Ах, оставьте Ах, оставьте

Что важно учесть, оставляя ребенка одного дома на несколько дней

Добрые советы
Совершенно секретно: как выглядят родители звезд, которых они скрывают от всех Совершенно секретно: как выглядят родители звезд, которых они скрывают от всех

Рассказываем о родителях звезд, которые избегают публичности

Cosmopolitan
Взорвать мир Взорвать мир

Взрывным словом «тако» мексиканские шахтеры назвали любимое блюдо

Вокруг света
Не добивайте жертву: пять запретных фраз Не добивайте жертву: пять запретных фраз

Насколько губительны последствия виктимблейминга

Psychologies
Открыть в приложении