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
Что нужно знать о болезни Паркинсона? Что нужно знать о болезни Паркинсона?

Ежегодно люди по всему миру слышат пугающие слова: «У вас болезнь Паркинсона»

Домашний Очаг
Морская звезда Морская звезда

Замечательная Вера Брежнева отвечает на каверзные и не очень вопросы

Maxim
Новый штраф с камер: как выглядит «письмо счастья» Новый штраф с камер: как выглядит «письмо счастья»

Больше 100 фиксирующих непропуск пешеходов камер появятся в Москве к концу года

РБК
Крейсер «Кенигсберг» в африканских водах: Паровой партизан Крейсер «Кенигсберг» в африканских водах: Паровой партизан

Эпопея немецкого рейдера «Кенигсберг» времен Первой мировой

Популярная механика
Продолжение американской войны с Китаем, слежка в Tinder и повышение мобильных тарифов — главные новости за неделю Продолжение американской войны с Китаем, слежка в Tinder и повышение мобильных тарифов — главные новости за неделю

Интересные новости из мира техники, которые вы могли пропустить

CHIP
Звук в умном доме: современные решения и технологии Звук в умном доме: современные решения и технологии

Управлять голосом — закономерный шаг в развитии идей умного дома

Cosmopolitan
Вывод средств, политика, рейдерство: что стоит за делом против основателя «Рольфа» Сергея Петрова Вывод средств, политика, рейдерство: что стоит за делом против основателя «Рольфа» Сергея Петрова

Основателя «Рольфа» обвинили в незаконном выводе средств за рубеж

Forbes
Незамеченная катастрофа: в Судане военные убивают и насилуют людей, но международное сообщество не спешит вмешаться Незамеченная катастрофа: в Судане военные убивают и насилуют людей, но международное сообщество не спешит вмешаться

Судан существует в режиме политической и гуманитарной катастрофы

Esquire
А девушка запела А девушка запела

Эль Фэннинг — девушка, у которой фильмов больше, чем прожитых лет

Glamour
«Это не наши доходы»: организатор командировок Минпромторга рассказал о своем бизнесе «Это не наши доходы»: организатор командировок Минпромторга рассказал о своем бизнесе

Forbes поговорил с директором компании «Служба 007»

Forbes
Любера: 30 лет спустя Любера: 30 лет спустя

Что стало с парнями в клетчатых штанах

Русский репортер
Принять себя: легко сказать, но что мешает? Принять себя: легко сказать, но что мешает?

Как принять, например, свое тело — такое несовершенное, небезупречное?

Psychologies
Что произошло в карьере Месси за последний год? Что произошло в карьере Месси за последний год?

В честь дня рождения аргентинского футболиста вспоминаем, как он провел год

GQ
Выжимаем соки из ПК: разгон процессора Выжимаем соки из ПК: разгон процессора

Как с помощью простых действий в БИОСе увеличить производительность компьютера

CHIP
Кризис нежного возраста. 7 советов родителям подростка Кризис нежного возраста. 7 советов родителям подростка

Как помочь подростку справиться с трудными ситуациями в школе и дома

СНОБ
Опасные связи Опасные связи

Развитие компьютерных технологий — результат соперничества сверхдержав

Вокруг света
История с географией История с географией

Ценителям красивой жизни найдётся отель по вкусу от Ломбардии до Дубая

Robb Report
Мифы о любви, которые мешают отношениям и портят самооценку Мифы о любви, которые мешают отношениям и портят самооценку

Проблемы влюбленных — одна из самых волнующих тем

Psychologies
Творческая сила Творческая сила

Последовательность для раскрытия тазобедренных суставов

Yoga Journal
Путешествие в Петербург: Esquire Weekend впервые прошел в Северной столице Путешествие в Петербург: Esquire Weekend впервые прошел в Северной столице

15 июня Esquire Weekend впервые прошел в Санкт-Петербурге

Cosmopolitan
Почему меняться так трудно: сила привычек и устройство мозга Почему меняться так трудно: сила привычек и устройство мозга

Вы когда-нибудь давали себе обещания, которые не смогли сдержать?

Psychologies
Как правильно выбрать телескоп и смотреть звезды Как правильно выбрать телескоп и смотреть звезды

Основные этапы выбора и особенности разных типов телескопов

CHIP
Почему у мужчин выпадают волосы? 5 причин и 7 способов с этим бороться Почему у мужчин выпадают волосы? 5 причин и 7 способов с этим бороться

Пора прекратить волосяной произвол

Playboy
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
Большое летнее путешествие Большое летнее путешествие

Мы нашли на карте мира места, в которых связаны путешествия и йога

Yoga Journal
Особенности вторичного рынка мужской одежды Особенности вторичного рынка мужской одежды

Особенности мужского рынка вторичных вещей (ресейла) и перепродажи

Esquire
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
Мастера конспирации: звезды, которые до последнего скрывали беременность Мастера конспирации: звезды, которые до последнего скрывали беременность

Звезды, которые успешно скрывали беременность почти до самых родов

Cosmopolitan
Тракторное безумие: «Бизон-Трек-Шоу-2019» Тракторное безумие: «Бизон-Трек-Шоу-2019»

Под Ростовом-на-Дону прошли одни из самых зрелищных автосоревнований России

Популярная механика
Открыть в приложении