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
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
Актриса кино для взрослых развенчивает 5 ужасных мифов об этой сфере Актриса кино для взрослых развенчивает 5 ужасных мифов об этой сфере

Некоторые из самых разочаровывающих мифов о фильмах для взрослых

Playboy
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
Кедры решают все Кедры решают все

О людях, которым белочки в тайге помидорчики выращивают

Maxim
Не только о лошадях Не только о лошадях

Должен ли крупный и солидный седан обладать очень мощным мотором?

АвтоМир
«Мы про Фому, а они – про Ерему!»: «Роснефть» публично поспорила с «Транснефтью» из-за трубы «Дружба» «Мы про Фому, а они – про Ерему!»: «Роснефть» публично поспорила с «Транснефтью» из-за трубы «Дружба»

Госкомпании «Роснефть» и «Транснефть» обменялись взаимными упреками

Forbes
«Те, кто услышит меня сегодня, могут заработать побольше». Игорь Сечин об «экономическом шовинизме» США и акциях Тesla «Те, кто услышит меня сегодня, могут заработать побольше». Игорь Сечин об «экономическом шовинизме» США и акциях Тesla

На ПМЭФ глава «Роснефти» выступил с подчеркнуто жесткой по отношению к США речью

Forbes
11 лучших женщин-роботов в кино 11 лучших женщин-роботов в кино

Каких женщин-киборгов мы повидали за свою жизнь

Maxim
Контактный центр Контактный центр

Журналист Егор Лапшов провел несколько дней в обществе контактеров

Esquire
Как объяснить странную погоду этой весной? Ответ дает новая климатическая модель Как объяснить странную погоду этой весной? Ответ дает новая климатическая модель

Как потепление Арктики влияет на атмосферное струйное течение

Forbes
Как не перепутать цель со средством? Как не перепутать цель со средством?

Почему важно разделять цель и средства?

Psychologies
Два колеса фортуны Два колеса фортуны

Какие правила нарушают мотоциклисты и чем это грозит?

АвтоМир
Ящики с водкой, биороботы и голые шахтеры: 11 нестыковок в сериале «Чернобыль» Ящики с водкой, биороботы и голые шахтеры: 11 нестыковок в сериале «Чернобыль»

О вопиющих исторических и технических неточностей в сериале «Чернобыль»

Forbes
Панорамный вид Панорамный вид

Cтарица – не самое раскрученное направление для туризма

АвтоМир
Свободная такса Свободная такса

Жадность адвоката Добровинского может сравниться только с его щедростью

Tatler
«Депутат заявил на заседании Заксобрания: Курентзис не стоит таких денег». Открытое письмо дирижера «Депутат заявил на заседании Заксобрания: Курентзис не стоит таких денег». Открытое письмо дирижера

На сайте Пермской оперы было опубликовано прощальное письмо Теодора Курензиса

Forbes
12 самых ожидаемых сериалов июля: пацаны, куртизанки и странные дела 12 самых ожидаемых сериалов июля: пацаны, куртизанки и странные дела

Империя Netflix наносит ответный удар

Playboy
Семейный капитал Семейный капитал

С ростом доходов и числа наследников встает вопрос расширения жилой площади

АвтоМир
Леонардо Ди Каприо: не нужно себя жалеть Леонардо Ди Каприо: не нужно себя жалеть

Леонардо Ди Каприо о новом фильме Квентина Тарантино «Однажды... в Голливуде»

Cosmopolitan
Мечта под солнцем Мечта под солнцем

Для чего мы заводим курортные романы

Добрые советы
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
«Планы у нас грандиозные»: вторая женщина-миллиардер из России о выходе в Европу и ставке на малый бизнес «Планы у нас грандиозные»: вторая женщина-миллиардер из России о выходе в Европу и ставке на малый бизнес

В каких европейских странах Wildberries в этом году начнет работу

Forbes
От Сталинграда до ГАЗа: как в СССР появилась «Победа» От Сталинграда до ГАЗа: как в СССР появилась «Победа»

28 июня 1946 года была собрана первая партия автомобилей ГАЗ-М20 «Победа»

Популярная механика
Рядовой с запасом Рядовой с запасом

Обновленный пикап Isuzu пытается разыграть на российском рынке особую партию

АвтоМир
Хэ знает Хэ знает

Научный редактор сайта Laba.Media рассказывает историю ученого Хэ Цзянкуя

Esquire
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
Airbnb запустил сервис аренды вилл и островов миллиардеров Airbnb запустил сервис аренды вилл и островов миллиардеров

Airbnb запустил новый сервис Airbnb Luxe

Forbes
Не скрипи! Не скрипи!

Как не допустить развития болезни суставов?

Лиза
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
Открыть в приложении