Техно

Как бактерии победили антибиотики

Устойчивость болезнетворных бактерий к антибиотикам приобретает все более угрожающие масштабы. Совсем скоро человечество может оказаться бессильным перед бактериальными инфекциями

Фото: Shutterstock

А Флеминг предупреждал!

В 1945 г. в интервью New York Times отец пенициллина Александр Флеминг, осознав угрозу увлечения антибиотиками, предостерег людей от злоупотребления этими препаратами. "Придет время, когда пенициллин можно будет купить в любом магазине. Тогда возникает опасность, что невежественный человек сможет легко назначить себе дозу и подвергнуть микробы несмертельным для них количествам лекарственного средства, сделав их устойчивыми", - написал Флеминг. В 2015 г. ВОЗ опубликовала доклад, посвященный мутациям болезнетворных бактерий. В нем, в частности, говорится, что миру грозит постантибиотическая эра. "Без принятия срочных, скоординированных мер мир может оказаться в эре постантибиотиков, когда общие инфекции и незначительные травмы, излечимые на протяжении десятилетий, могут вновь оказаться смертельными", - говорит заместитель генерального директора ВОЗ по безопасности в области здравоохранения доктор Кейджи Фукуда.
Похоже, пессимистические прогнозы сбываются. Месяц назад ученые обнаружили бактерии с геном, обеспечивающим устойчивость к одному из самых сильных антибиотиков - колистину, который применяют, когда никакие другие препараты уже не способны уничтожить опасные микроорганизмы. Таким образом, про­изошло то, чего все так боялись: мир оказался на пороге появления бактериальных инфекций, для лечения которых даже формально не существует ни одного лекарства.

На пороге глобальной катастрофы

Ученые подсчитали, что устойчивость болезнетворных бактерий к одному или нескольким антибактериальным препаратам только европейским странам обходится в 1,5 млрд евро дополнительных затрат на здравоохранение. Кроме того, ежегодно фиксируется 25 тыс. смертей от госпитальных инфекций в Европе и 90 тыс. - в США. В развивающихся странах ситуация гораздо хуже, но оценить ее сложно из-за отсутствия достоверной статистики. Так что проблема устойчивости бактерий к антибиотикам - глобальная, она касается всех без исключения государств мира.

В конце октября ученые из разных научных и медицинских институтов США опубликовали в журнале Lancet результаты исследования эффективности антибиотиков. Оказалось, что примерно половина бактерий, которые заносят в организм инфекции после проведения рутинных хирургических операций, устойчивы к применяемым антибиотикам. Неудивительно, что многие врачи бьют тревогу и называют снижение эффективности антибиотиков "тикающей бомбой". По словам ведущего автора исследования профессора Раманана Лакшминараяна из Центра изучения динамики болезней в Вашингтоне, растущая устойчивость бактерий к антибиотикам увеличила количество смертей младенцев в бедных странах и пожилых людей - в богатых. По мере старения населения будет требоваться все больше операций, а значит, ситуация будет ухудшаться. Лора Пиддок, профессор микробиологии из Университета Бирмингема, говорит, что человечеству срочно нужны антибиотики нового поколения, к которым у бактерий пока нет устойчивости. Иначе все может закончиться массовым вымиранием.

Ученые обнаружили бактерии с геном, обеспечивающим устойчивость к одному из самых сильных антибиотиков - колистину, который применяют, когда никакие другие препараты уже не помогают

Проблема настолько серьезная, что в европейских странах ее уже решают на правительственном уровне. В частности, она обсуждалась на встрече лидеров G7 в Брюсселе. А премьер-министр Великобритании Дэвид Кэмерон призвал глав всех стран и мировые фармацевтические компании объединить усилия в создании универсального антибиотика, уничтожающего все без исключения бактерии. "Если этого не сделать, человечество вернется в средневековье, когда люди умирали от излечимых инфекций", - заявил он.

По мнению ученых, среди главных причин развития резистентности - чрезмерное и неправильное использование антибиотиков. Директор американского Центра по контролю и профилактике заболеваний Стив Соломон отмечает, что ввиду частого использования антибиотиков в течение последних 70 лет бактерии выработали устойчивость практически ко всем существующим препаратам. Доктор Чарльз Пенн, координатор ВОЗ по работе в области предотвращения развития резистентности к противомикробным препаратам, говорит, что зачастую даже врачи плохо понимают различие между бактериями, вирусами и другими патогенами, а соответственно, не могут определить, когда стоит принимать антибиотики. По его словам, очень часто они их назначают при вирусных инфекциях, таких как простуда, грипп и диарея, не утруждая себя по­иском альтернативной терапии.

Немаловажную роль в развитии бактериальной устойчивости сыграло также чрезмерное и неправильное использование антибиотиков в сельском хозяйстве: в животноводстве, птицеводстве их часто применяют практически бесконтрольно. Ими же обрабатывают овощи и фрукты, особенно импортные, транспортирующиеся на большие расстояния, - для увеличения срока хранения. В итоге начиненная антибиотиками пища попадает в организм человека. При постоянном "подкармливании" лекарствами бактерии привыкают к ним и вырабатывают устойчивость. В итоге, когда человек, заболевая, принимает антибиотик, он не действует.

Как обмануть бактерии

На протяжении последних 70 лет проходит соревнование фармацевтов и бактерий. По мере того, как определенные антибиотики перестают действовать, на рынок выходят новые аналоги, к которым микроорганизмы со временем вырабатывают устойчивость. Все это, похоже, сизифов труд и вряд ли может стать решением проблемы на долговременной основе.

Единственным выходом является создание революционных антивирусных технологий.
Самая эффективная на сегодня методика - использование бактериофагов, то есть заражающих бактерии вирусов. Пробравшись в клетки микроорганизмов, фаги делятся, пока не заполняют всю бактерию. В итоге она лопается, как воздушный шарик. Преимущество такой терапии в том, что фаги эволюционируют вместе с бактериями, а значит, иммунитет к ним микроорганизмы не приобретают.

Фото: Shutterstock

Принципиально также, что бактериофаги весьма избирательны: их можно "натравить" на конкретные вредоносные бактерии, остальных они уничтожать не станут. С другой стороны, фаговая терапия имеет немало слабых сторон, в частности, это довольно сложная и зачастую небезопасная для организма процедура. Поэтому ученые активно ищут более приемлемые альтернативы.

Так, ученые из Университета Восточной Англии научились разрушать плотную липидную оболочку, благодаря которой грамотрицательные бактерии являются особенно устойчивыми к антибиотикам. Важность открытия состоит в том, что они сумели воздействовать на защитный барьер патогенов, а не на них самих. Это означает, что в будущем лекарственным средствам не нужно будет проникать внутрь бактерий, а соответственно, микроорганизмы не смогут выработать к ним устойчивость.

Микробиологии из Университета Британской Колумбии нашли пептид, который предотвращает размножение бактерий, способных образовывать биопленки: они размножаются на коже, в легких, серд­це, других тканях и являются причиной 70% всех инфекций в организме человека. По словам возглавившего разработку профессора кафедры микробиологии и иммунологии Боба Хэнкока, особый пептид, состоящий из 12 аминокислот, способен бороться со многими штаммами бактерий, в том числе и с не поддающимися лечению большинством антибиотиков. Открытие может стать новым этапом в создании новейших эффективных антибактериальных препаратов.

Бактериофаги, наночастицы, пептиды - все эти методы борьбы с бактериями пока находятся только на стадии тестирований. Остается надеяться, что однажды все же появится дешевая, безопасная и эффективная альтернатива антибиотикам

Важное открытие сделала и команда британских ученых из лондонского Университета Биркбек и университетского колледжа Лондона. Они раскрыли механизмы, с помощью которых бактерии обмениваются устойчивыми к антибиотикам генами. Зная, как происходит такой процесс, можно разработать новые соединения, способные перекрыть канал распространения гена лекарствоустойчивости.

Отдельная область исследований резистентности бактерий - нанотехнологии. Так, ученые из Бернского университета в Швейцарии обнаружили, что для преодоления бактериальной устойчивости можно использовать наночастицы на основе липидов, похожие по своему строению на мембрану клетки-хозяина. Эти наночастицы действуют в качестве приманки для бактериальных токсинов. Притягивая токсины и соединившись с ними, они легко их уничтожают без ущерба для здоровых клеток организма.

Недавно в Массачусетском технологическом институте разработали "фагмиды" - наночастицы, которые смогут эффективно уничтожать болезнетворные бактерии. Идея та же, что и при использовании бактериофагов, но с принципиальным отличием: патогенная клетка умирает, но микроорганизмы при этом не взрываются. "Взрыв бактерии может привести к высвобождению опасных токсинов. В нашей технологии подобные побочные эффекты исключены", - объяснил руководитель исследования Джеймс Коллинс. Ученые уже подтвердили эффективность частиц на Escherichia coli, а в ближайшее время они попробуют уничтожить с помощью "фагмид" возбудителя холеры.

Хотя все упомянутые средства пока только на стадии тестирований, усилия ученых вселяют надежду, что однажды найдется дешевая, безопасная и эффективная альтернатива антибиотикам и человечество в ближайшее время не вымрет от холеры.

Их слишком много

Устойчивость к антибиотикам научились вырабатывать самые разные инфекции. В частности, в докладе ВОЗ отмечается, что широко распространенная инфекция кишечной палочки, которая традиционно лечилась фторхинолонами, антибиотиками широкого спектра действия, уже выработала резистентность. В Австрии, Австралии, Канаде, Франции, Японии, Норвегии, Словении, Южной Африке, Швеции и Великобритании подтверждена неэффективность лечения гонореи третьим поколением цефалоспоринов. Европейские ученые также установили, что 60% стафилококковых инфекций (вызывают гнойно-воспалительные очаги и интоксикацию) "подружились" с метициллином. Медики говорят, что у пациентов с метициллин-устойчивым золотистым стафилококком на 64% выше риск умереть, чем у восприимчивых к антибиотикам людей.
Особо опасны грамотрицательные бактерии: Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa и Acinetobacter baumannii. Кстати, именно для борьбы с такими инфекциями и использовался колистин, который зачастую оставался последним доступным средством для спасения жизни.