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
Трамп — спелая кукуруза и другие звёздные причёски-мемы Трамп — спелая кукуруза и другие звёздные причёски-мемы

Самые смешные мемы про укладки российских и зарубежных селебрити

Cosmopolitan
Лыжники с небес Лыжники с небес

Самолеты на лыжах, пожалуй, еще большая экзотика, чем гидросамолеты

Популярная механика
Домик у озера Домик у озера

Здесь тоже есть хорошие пляжи, прекрасные виды и много рыбы

Лиза
Ядерный грипп Ядерный грипп

Легендарная болезнь, унесшая жизней больше, чем обе мировые войны

Maxim
«Великий комбинатор 1990-х»: как жил Сергей Мавроди «Великий комбинатор 1990-х»: как жил Сергей Мавроди

Esquire проходит по следам «великого комбинатора» 1990-х

Популярная механика
В зеркале заднего вида В зеркале заднего вида

Нынешние события на Украине причудливым образом вписались в историческую канву

Огонёк
Книги: Андрей Курпатов Книги: Андрей Курпатов

Врач-психотерапевт и основатель интеллектуального кластера «Игры разума»

Собака.ru
Вакуумный упаковщик для дома: какой лучше выбрать Вакуумный упаковщик для дома: какой лучше выбрать

Эти устройства созданы для того, чтобы удалять воздух из упаковки

CHIP
Страшнее, чем Brexit: как Google и Facebook оставляют британские стартапы без сотрудников Страшнее, чем Brexit: как Google и Facebook оставляют британские стартапы без сотрудников

Технологические гиганты оставляет местные стартапы в состоянии кадрового голода

Forbes
25 вещей, которые никто и никогда не должен хранить у себя дома (пора выкинуть!) 25 вещей, которые никто и никогда не должен хранить у себя дома (пора выкинуть!)

Эти вещи есть у каждого человека в мире

Playboy
Какие бывают женщины: типы, черты и характеры (спойлер: целых 18 типажей) Какие бывают женщины: типы, черты и характеры (спойлер: целых 18 типажей)

Главное прекратить думать, что есть типажи плохие, а есть хорошие

Playboy
«Птичка полетела к вам». Самое важное из нового расследования Bellingcat «Птичка полетела к вам». Самое важное из нового расследования Bellingcat

Названы люди, предположительно причастные к трагедии с малазийским Boeing 777

Forbes
7 улётных фактов о фильме «Аэроплан!» 7 улётных фактов о фильме «Аэроплан!»

Общепризнанно один из самых смешных кинофильмов всех времен!

Maxim
Какие модные террасы появились в Париже этим летом Какие модные террасы появились в Париже этим летом

Французский Vogue собирает места, где парижские модницы наслаждаются солнцем

Vogue
6 актеров, которые могли бы сыграть Росомаху в будущих фильмах Marvel 6 актеров, которые могли бы сыграть Росомаху в будущих фильмах Marvel

Росомаха обязательно появится на экранах, это вопрос времени

Playboy
Кошмар для Кремля. Чего ждут в Вашингтоне от встречи Зеленского и Трампа Кошмар для Кремля. Чего ждут в Вашингтоне от встречи Зеленского и Трампа

Владимир Зеленский получил приглашение президента США посетить Вашингтон

Forbes
«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
Кувалда, проложившая дорогу автомобилям: рождение автопрома Кувалда, проложившая дорогу автомобилям: рождение автопрома

4 июня 1896 года, Генри Форд совершил поездку на своем первом автомобиле

Популярная механика
Новой Джейн Биркин не будет. Вице-президент Hermès об инстаграм-блогерах, очереди за сумками и диджитализации моды Новой Джейн Биркин не будет. Вице-президент Hermès об инстаграм-блогерах, очереди за сумками и диджитализации моды

Флориан Краен рассказал, почему сегодня нельзя быть консервативными

Forbes
С высоты птичьего полета С высоты птичьего полета

Расскажем о Рио то, что не пишут в путеводителях, а рекомендуют местные жители

АвтоМир
А девушка запела А девушка запела

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

Glamour
Крутой воппер Крутой воппер

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

Forbes
Несостоявшаяся невеста: история проклятого платья Анны Бейкер Несостоявшаяся невеста: история проклятого платья Анны Бейкер

Жутковатая, но романтичная история Анны Бейкер и ее белого платья

Cosmopolitan
Суд отправил журналиста Ивана Голунова под домашний арест Суд отправил журналиста Ивана Голунова под домашний арест

Журналист Иван Голунов отправлен под домашний арест

Forbes
5 причин, почему стоит посмотреть сериал «Семейный брак» 5 причин, почему стоит посмотреть сериал «Семейный брак»

Чем так хорош британский проект State of the Union

GQ
Воплотить невоплощаемое Воплотить невоплощаемое

Псевдорецензии Станислава Лема

Наука и жизнь
Проекции, нарциссы и фрустрация. Как «История игрушек 4» стала лучшим кино-психоанализом для взрослых Проекции, нарциссы и фрустрация. Как «История игрушек 4» стала лучшим кино-психоанализом для взрослых

«История игрушек 4» — один из самых лучших фильмов года... для взрослых

Forbes
Танкеры вместо пробирок Танкеры вместо пробирок

Что стоит за атакой на танкеры в Оманском заливе?

Эксперт
Гамарджоба, Генацвале Гамарджоба, Генацвале

Грузия хороша вне зависимости от политических, экономических и прочих потрясений

АвтоМир
Открыть в приложении