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
Тест диагностического модуля OBD2: версия 1.5 с подключением через Wi-Fi Тест диагностического модуля OBD2: версия 1.5 с подключением через Wi-Fi

Диагностический модуль OBD2

CHIP
Взятие Зимнего Взятие Зимнего

Северная столица навсегда осталась городом поэтов, революций и метелей

GQ
«Напоминает анекдот про Винни-Пуха»: Россия и Украина оценили перспективы переговоров о транзите газа «Напоминает анекдот про Винни-Пуха»: Россия и Украина оценили перспективы переговоров о транзите газа

Россия и Украина обменялись мнениями о перспективах контракта на транзит газа

Forbes
Сети подземелья Сети подземелья

Почему так сложно запустить wi-fi в метро

Forbes
Кто тут четвертая власть? СМИ против беззакония Кто тут четвертая власть? СМИ против беззакония

Способна ли российская пресса занять достойное место «четвертой власти»?

Forbes
Альфа-банк и «Т Плюс» раскрыли суть претензий к Абызову на 34 млрд рублей Альфа-банк и «Т Плюс» раскрыли суть претензий к Абызову на 34 млрд рублей

Альфа-банк, «Т Плюс» и конкурсный кредитор требуют с Абызова 34 млрд рублей

Forbes
Призраки бывших подружек: как перестать ревновать к ним партнера Призраки бывших подружек: как перестать ревновать к ним партнера

Как быть, если вы не можете перестать ревновать партнера к его прошлому?

Psychologies
Деньги будут, но не сразу: как заработать на долгосрочных трендах Деньги будут, но не сразу: как заработать на долгосрочных трендах

Четыре сектора рынка, которые могут принести высокую доходность

Forbes
«Ужас без конца». Что будет с ценами на бензин после 1 июля «Ужас без конца». Что будет с ценами на бензин после 1 июля

Ожидается подорожания топлива даже в случае продления соглашения о заморозке цен

РБК
«Причудливый способ вывести деньги»: что вызывает вопросы в деле основателя «Рольф» Сергея Петрова «Причудливый способ вывести деньги»: что вызывает вопросы в деле основателя «Рольф» Сергея Петрова

Балансовая стоимость «Рольф Эстейт» по итогам 2014 года составила 4,2 млрд

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
Варвара Визбор: «Вдохновением может быть вкусная еда» Варвара Визбор: «Вдохновением может быть вкусная еда»

Варвара Визбор – о рэпе, совместной работе с L'One и новом альбоме

GQ
Что делать, если вам подбросили наркотики Что делать, если вам подбросили наркотики

Арсений Левинсон о пугающей практике по 228-й статье

Русский репортер
Как Крис Хемсворт и Тесса Томпсон изменили «Людей в черном» Как Крис Хемсворт и Тесса Томпсон изменили «Людей в черном»

Смешно, стильно, но громоздко и банально

GQ
Свет в твоем окне Свет в твоем окне

Близкие Алсу открыли «СтарХиту» неизвестные факты о певице

StarHit
Мечта под солнцем Мечта под солнцем

Для чего мы заводим курортные романы

Добрые советы
«Ему поступали угрозы»: все, что известно о деле журналиста Ивана Голунова «Ему поступали угрозы»: все, что известно о деле журналиста Ивана Голунова

Корреспондент издания Meduza.io был задержан в Москве по делу о сбыте наркотиков

Forbes
Народные примочки Народные примочки

Что думают врачи о популярных в народе методах лечения

Лиза
Почему вам обязательно нужно пойти на выставку Кати Туркиной Почему вам обязательно нужно пойти на выставку Кати Туркиной

Фотограф Vogue Italia в «Рихтере» с 25 июня

Vogue
«Такие миллиарды и такие идиоты». Белоусов узнал, кто раскрыл СМИ его план изъять у бизнеса 500 млрд рублей «Такие миллиарды и такие идиоты». Белоусов узнал, кто раскрыл СМИ его план изъять у бизнеса 500 млрд рублей

Кто из бизнесменов ответственен за передачу письма Белоусова журналистам

Forbes
BMW M5 BMW M5

Феерический V8 не скупится на ощущения

Quattroruote
«Один раз превысил — мы позвоним». Почему каршеринг стал опасным «Один раз превысил — мы позвоним». Почему каршеринг стал опасным

Как в ГИБДД намерены бороться с неадекватами за рулем каршеринговых автомобилей

РБК
Истребитель экстрасенсов Истребитель экстрасенсов

Любопытно заглянуть за кулисы к самым знаменитым волшебникам планеты

Maxim
Кроссовки дня: посвященные ядовитым змеям «асиксы» от команды журнала Sneaker Freaker Кроссовки дня: посвященные ядовитым змеям «асиксы» от команды журнала Sneaker Freaker

Кроссовки в честь австралийской тигровой змеи

Esquire
Оксана Лаврентьева и Александр Цыпкин: «Мы встретились и больше не расставались» Оксана Лаврентьева и Александр Цыпкин: «Мы встретились и больше не расставались»

Оксана Лаврентьева и Александр Цыпкин ответили на вопросы подписчиков блога

Grazia
Обзор беспроводного пылесоса Dyson V11 Absolute: чисто и дорого Обзор беспроводного пылесоса Dyson V11 Absolute: чисто и дорого

Тестируем продвинутый вертикальный пылесос от Dyson

CHIP
Lada Granta Cross Lada Granta Cross

Маска, мы тебя знали как модель Lada Kalina Cross

Quattroruote
Big Baby Tape Big Baby Tape

Big Baby Tape знает наизусть правила рэп-игры, но хочет ввести свои

Esquire
Какие вещи нельзя носить в городе летом Какие вещи нельзя носить в городе летом

И что же надеть им на замену

GQ
Открыть в приложении