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

Осмий: тяжёлый, дорогой и совсем не пчела Осмий: тяжёлый, дорогой и совсем не пчела

Элемент с самой высокой плотностью

Наука и жизнь
Что это за диджей? Что это за диджей?

Идрис Эльба наконец-то узнал, как делать мечты реальностью

Glamour
Идея! Общаться с иностранцем Идея! Общаться с иностранцем

О чем говорить с гостями на чемпионате мира

Maxim
Не хуже Бэнкси: 10 молодых уличных художников, за которыми нужно следить сегодня Не хуже Бэнкси: 10 молодых уличных художников, за которыми нужно следить сегодня

Несколько уличных художников, творчество которых ничуть не уступает Бэнкси

Esquire
Ольга Зуева: «Теперь любой может быть звездой, а значит, никто» Ольга Зуева: «Теперь любой может быть звездой, а значит, никто»

Ольга Зуева о фильме «На районе» и Даниле Козловском

СНОБ
Выбираем термопоты: рейтинг лучших моделей 2019 Выбираем термопоты: рейтинг лучших моделей 2019

Термопот может стать реальной альтернативной чайнику

CHIP
Выходные на Волге: Нижний Новгород Выходные на Волге: Нижний Новгород

Немного релакса нужно не только нашей голове, но и глазам надо дать отдохнуть

Лиза
Театр: Елизавета Боярская Театр: Елизавета Боярская

Звезда МДТ показала в Малом зале Филармонии мультимедийный спектакль «1926»

Собака.ru
Ну послушай! 5 лучших подкастов о бизнесе и карьере Ну послушай! 5 лучших подкастов о бизнесе и карьере

Любой тренд в обществе в определенный момент обязательно становится бизнесом

Forbes
Джоан Осборн, Дайдо и еще 6 музыкантов, которых прославила одна песня Джоан Осборн, Дайдо и еще 6 музыкантов, которых прославила одна песня

Есть музыканты, главный хит которых мы узнаем с первых нот

РБК
Итоги World's 50 Best Restaurants: победа Mirazur и признание России Итоги World's 50 Best Restaurants: победа Mirazur и признание России

Огласили результаты престижной ресторанной премии World’s 50 Best Restaurants

РБК
Алиса из страны чудес Алиса из страны чудес

Рассказ о фенеке Алисе

Наука и жизнь
«Прокачай» свою яичницу: 14 лучших товаров для готовки этого идеального блюда «Прокачай» свою яичницу: 14 лучших товаров для готовки этого идеального блюда

Сделай свое «коронное» блюдо еще круче!

Playboy
Музыкальные фестивали лета, ради которых стоит выехать за границу Музыкальные фестивали лета, ради которых стоит выехать за границу

Летние месяцы созданы для того, чтобы наслаждаться музыкой под открытым небом

РБК
Новый оброк для бизнеса: чем угрожает экономике углеродный налог Новый оброк для бизнеса: чем угрожает экономике углеродный налог

Углеродный налог может оказаться нагрузкой, которую экономика не выдержит

Forbes
БАМ в документах и датах БАМ в документах и датах

Строительство БАМ — процесс, растянувшийся на несколько десятилетий

Дилетант
Хирург без скальпеля Хирург без скальпеля

Встреча c одним из ведущих российских врачей, имя которого знают во всем мире

StarHit
Конгресс США обнародовал проект санкций против «Северного потока— 2» Конгресс США обнародовал проект санкций против «Северного потока— 2»

Новый проект санкций США

Forbes
Земляничная пора Земляничная пора

Делимся секретами богатого урожая!

Лиза
Мой любимый спорт — плавание Мой любимый спорт — плавание

Зачем наша героиня научилась плавать и почему теперь не променяет воду ни на что

Glamour
Родимое пятно Родимое пятно

«СтарХит» разыскал наследников отечественных знаменитостей

StarHit
Художник, написавший iPhone: почему Джонатан Айв был так важен для Apple Художник, написавший iPhone: почему Джонатан Айв был так важен для Apple

Легендарный дизайнер Джонатан Айв покинет компанию Apple в конце года

Forbes
Славкины заботы Славкины заботы

Как живут мелкие воробьиные птицы — славки

Наука и жизнь
«Желание получить все здесь и сейчас»: Набиуллина, Силуанов, Кудрин и Орешкин о том, что нужно российской экономике «Желание получить все здесь и сейчас»: Набиуллина, Силуанов, Кудрин и Орешкин о том, что нужно российской экономике

На ПМЭФ обсудили стуктурные реформы, слабые институты и риски кредитного пузыря

Forbes
Вывод средств, политика, рейдерство: что стоит за делом против основателя «Рольфа» Сергея Петрова Вывод средств, политика, рейдерство: что стоит за делом против основателя «Рольфа» Сергея Петрова

Основателя «Рольфа» обвинили в незаконном выводе средств за рубеж

Forbes
Ольга Копосова: «Я кайфую без мужа» Ольга Копосова: «Я кайфую без мужа»

Звезда сериала «След» о том, как похудела на 12 кг и почему разъехалась с сыном

StarHit
Александр Кузнецов: «Надо бороться не за Александр Кузнецов: «Надо бороться не за

«РБК Стиль» поговорил с Александром Кузнецовым о любви к «Игре престолов»

РБК
Как скрыть раздел жесткого диска? 4 проверенных способа Как скрыть раздел жесткого диска? 4 проверенных способа

Скрытый раздел на жестком диске создается чаще всего после установки новой ОС

CHIP
20 вопросов к Вигго Мортенсену 20 вопросов к Вигго Мортенсену

Американо-датский актер Вигго Мортенсен отвечает на 20 вопросов

Playboy
Навальный узнал о квартирах на сотни миллионов рублей у семьи сотрудника ФСБ из статьи Голунова Навальный узнал о квартирах на сотни миллионов рублей у семьи сотрудника ФСБ из статьи Голунова

Фонд борьбы с коррупцией Алексея Навального опубликовал новое расследование

Forbes
Открыть в приложении