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
Кто они такие: самые известные «инстаграмщицы», которые выбились в высший свет Кто они такие: самые известные «инстаграмщицы», которые выбились в высший свет

С чего начинали и кем стали знаменитые инста-модели

Cosmopolitan
Вы уволены! Почему с вами распрощаются на испытательном сроке Вы уволены! Почему с вами распрощаются на испытательном сроке

Четыре ключевые ошибки, которые допускают сотрудники на новом месте работы

Forbes
Собиратель земель кубанских: как бывший чиновник стал одним из крупнейших латифундистов России Собиратель земель кубанских: как бывший чиновник стал одним из крупнейших латифундистов России

Предпринимательская карьера владельца концерна «Покровский» Андрея Коровайко

Forbes
Полeтит ли «черное» крыло? Полeтит ли «черное» крыло?

Будет ли перенесена дата запуска серийного производства самолета МС-21?

Популярная механика
Когда всем нехорошо Когда всем нехорошо

За пределами официальной пропаганды — мир экспертных мнений

Огонёк
Блуждание во мраке: 17 фактов о самоубийствах Блуждание во мраке: 17 фактов о самоубийствах

Практически каждый хотя бы раз в жизни думал о самоубийстве

Psychologies
Директор медиасервисов «Яндекса» — о сериалах, стриминге и «КиноПоиске» Директор медиасервисов «Яндекса» — о сериалах, стриминге и «КиноПоиске»

Ольга Филипук рассказала о сериальных трендах, «Чернобыле» и Netflix

РБК
Вызов принят Вызов принят

6 июня выходит новый фильм из серии «Люди Икс» – «Темный Феникс»

Grazia
9 лучших фильмов про зомби апокалипсис (посмотри ночью и проверь, какой ты смелый) 9 лучших фильмов про зомби апокалипсис (посмотри ночью и проверь, какой ты смелый)

Тяжелый денек? Пора включить фильмы про зомби апокалипсис!

Playboy
Выше нос! Выше нос!

Компания BMW представила обновленный кроссовер X1

АвтоМир
Разгадавший «Энигму»: трагедия Алана Тьюринга Разгадавший «Энигму»: трагедия Алана Тьюринга

23 июня 1912 года родился один из величайших умов XX века

Cosmopolitan
Три мифа о детской агрессии Три мифа о детской агрессии

Установки, которые мешают родителям скорректировать агрессивное поведение детей

Psychologies
Анна Плетнева Анна Плетнева

Певица уверяет, что она заколдованная и выигрывает всегда у всех мужчин!

Playboy
Кейт Миддлтон в тиаре «Узелки любви» появилась на ужине с Дональдом Трампом Кейт Миддлтон в тиаре «Узелки любви» появилась на ужине с Дональдом Трампом

В Букингемском дворце прошел торжественный ужин в связи с визитом президента США

Cosmopolitan
Как ученый из Китая открыл ящик Пандоры, отредактировав ДНК двух младенцев Как ученый из Китая открыл ящик Пандоры, отредактировав ДНК двух младенцев

В ходе эксперимента Хэ Цзянкуя в Китае родились дети с отредактированной ДНК

Популярная механика
Digital-невеста: как цифровые технологии меняют свадебную индустрию Digital-невеста: как цифровые технологии меняют свадебную индустрию

Молодожены теперь делают селфи на полароид и устраивают VR-квесты для гостей

Forbes
Girls in Vogue: сестры Тотибадзе Girls in Vogue: сестры Тотибадзе

Сестры Тотибадзе о бабушке из Парижа и любимых книгах

Vogue
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
Персональные, но большие: как новый закон изменит торговлю данными Персональные, но большие: как новый закон изменит торговлю данными

Помогут ли поправки в новом законе регулированию оборота больших данных

Forbes
Аналоговый: тест Porsche Macan S Аналоговый: тест Porsche Macan S

Что чувствует покупатель Porsche Macan S, когда впервые садится за руль

Популярная механика
«Премодерация была». Как Гоблин, основатели LavkaLavka, MDK и Promobot попали на прямую линию с Путиным «Премодерация была». Как Гоблин, основатели LavkaLavka, MDK и Promobot попали на прямую линию с Путиным

Какие вопросы задавали Владимиру Путину известные блогеры и бизнесмены

Forbes
Что женщины говорят о своем партнере во время терапии Что женщины говорят о своем партнере во время терапии

Самые частые проблемы женщин в отношениях с партнерами

Psychologies
Крокодил Гендер Крокодил Гендер

Острые темы, обсуждение которых в интернете перерастает в скандал

Esquire
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
Трудный ребенок: 5 приемов воспитания Трудный ребенок: 5 приемов воспитания

Понятные правила для воспитания детей, которые не просто применить в жизни

Psychologies
Летной погоды! Летной погоды!

Grazia собрала специальные предложения на летний отдых от разных отелей

Grazia
Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

Вокруг света
Шведская семья: второе поколение кроссовера Volvo XC60. Шведская семья: второе поколение кроссовера Volvo XC60.

Второе поколение кроссовера Volvo XC60 оказалось достойно похвалы

Forbes
Про-эйдж. Почему модные бренды делают ставку на возраст Про-эйдж. Почему модные бренды делают ставку на возраст

Как эйджизм ушел из моды?

Forbes
Открыть в приложении