Назад в доантибиотиковую эру?

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 и читайте статьи из популярных журналов

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

«Полёт журавля слышен издалека» «Полёт журавля слышен издалека»

В Китае всегда придавали огромное значение умению владеть кистью

Наука и жизнь, сентябрь'19
Павильон «Нефть» — эпоха возрождения Павильон «Нефть» — эпоха возрождения

Компания «ЛУКОЙЛ» открыла на ВДНХ уникальный мультимедийный проект

Огонёк, сентябрь'19
Билли Айлиш Билли Айлиш

Правила жизни Билли Айлиш

Esquire, сентябрь'19
История №1 на НТВ и ложная информация у «России 24». Как ТВ осветило дело Ивана Голунова История №1 на НТВ и ложная информация у «России 24». Как ТВ осветило дело Ивана Голунова

История с задержанием журналиста издания «Медуза» Иваном Голуновым

Forbes, июнь'19
Панорамный вид Панорамный вид

Cтарица – не самое раскрученное направление для туризма

АвтоМир, июнь'19
«Плывем по улице Ленина»: что жители Иркутской области рассказывают о наводнении «Плывем по улице Ленина»: что жители Иркутской области рассказывают о наводнении

Что говорят о происходящем в Братске непосредственные очевидцы?

Forbes, июнь'19
Новые миры Новые миры

Юбилей высадки на Луну – повод задуматься, куда и зачем мы можем полететь еще

Популярная механика, июль'19
Положительно заряженная атомная бомба Положительно заряженная атомная бомба

Какую судьбу накаркала своему создателю «Пластилиновая ворона»?

Story, июль'19
«Ему поступали угрозы»: все, что известно о деле журналиста Ивана Голунова «Ему поступали угрозы»: все, что известно о деле журналиста Ивана Голунова

Корреспондент издания Meduza.io был задержан в Москве по делу о сбыте наркотиков

Forbes, июнь'19
Как искусственный интеллект и виртуальная реальность меняют кино Как искусственный интеллект и виртуальная реальность меняют кино

Роботы уже пишут сценарии, подбирают актеров и предсказывают успех в прокате

Vogue, июнь'19
Егор Коваленко: Как повысить уровень правовой культуры в России Егор Коваленко: Как повысить уровень правовой культуры в России

Как можно изменить правовую культуру в России, если подойти к этому основательно

СНОБ, июнь'19
Вечный король Вечный король

Уже десять лет фанаты Майкла Джексона верят, что он инсценировал смерть

StarHit, июнь'19
Никто не похвалит вас за то, что вы стали лучше Никто не похвалит вас за то, что вы стали лучше

Работая над собой, мы хотим, чтобы окружающие заметили перемены в нас

Psychologies, июнь'19
«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, июнь'19
«Я рада, что не нашла свою любовь до 40» «Я рада, что не нашла свою любовь до 40»

Отсутствие постоянного партнера — больная тема для многих людей

Psychologies, июнь'19
Начало родов: когда ехать в роддом? Начало родов: когда ехать в роддом?

Как узнать, пора уже ехать в роддом или можно еще побыть дома?

9 месяцев, июнь'19
Тусовки, внебрачные дети и суды: скандальные члены монарших семей и их истории Тусовки, внебрачные дети и суды: скандальные члены монарших семей и их истории

9 членов королевских семей Европы, с чьими именами связаны громкие скандалы

Cosmopolitan, июнь'19
Аттилио Марро, Bvlgari — о московской резиденции и люксе Аттилио Марро, Bvlgari — о московской резиденции и люксе

О новом пространстве на Большой Никитской, а также о роскоши и игре на гитаре

РБК, июнь'19
Audi RS4 Avant Audi RS4 Avant

Audi RS4 Avant — больше, чем просто универсал с «табуном» под капотом

Quattroruote, июль'19
Пространственный контакт и порядок в ядре глазами «биолога-ядерщика» Пространственный контакт и порядок в ядре глазами «биолога-ядерщика»

Ультрамикроскопическая жизнь генома

Наука и жизнь, май'19
15 малозаметных признаков, что в ваших отношениях серьезные проблемы 15 малозаметных признаков, что в ваших отношениях серьезные проблемы

Маленькие проблемы накапливаются постепенно

Лиза, июнь'19
Бизнес с высоким EQ: какие качества помогают женщине построить успешную карьеру Бизнес с высоким EQ: какие качества помогают женщине построить успешную карьеру

Как обеспечить равную представленность в бизнесе мужчин и женщин

Forbes, июнь'19
В нужное русло В нужное русло

Лучшие занятия для отдыха у воды

National Geographic Traveler, июнь'19
Звездный выпускной: худшие и лучшие бьюти-образы знаменитостей Звездный выпускной: худшие и лучшие бьюти-образы знаменитостей

Как выглядели знаменитости в свой «особенный» день

Cosmopolitan, июнь'19
Машина для любви, а не для войны: история легендарного «хиппи-буса» от VW Машина для любви, а не для войны: история легендарного «хиппи-буса» от VW

Как бюргеры сделали американцев бродягами, беспаспортными и безработными

Maxim, июнь'19
GPS и A-GPS: в чем разница и что лучше? GPS и A-GPS: в чем разница и что лучше?

В чем разница между GPS и A-GPS, и какие преимущества дает буква A

CHIP, июнь'19
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, июнь'19
Приплыли. 8 исторических причалов московского центра Приплыли. 8 исторических причалов московского центра

О прошлом и настоящем речных трамвайчиков в Москве

СНОБ, июнь'19
Как сэкономить на обслуживании авто? 6 неожиданных лайфхаков Как сэкономить на обслуживании авто? 6 неожиданных лайфхаков

Эти советы пригодятся каждому автомобилисту

Playboy, июнь'19
Тетрису 35 лет: темная история советской игры, ставшей самой популярной в мире Тетрису 35 лет: темная история советской игры, ставшей самой популярной в мире

Советский Тетрис завоевал популярность практически во всех странах

Playboy, июнь'19