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
3 варианта идеального холостяцкого завтрака (5 минут и минимум усилий) 3 варианта идеального холостяцкого завтрака (5 минут и минимум усилий)

Колбаса, гречка, яйца — все, что вы любите

Playboy
Кристиан Бэйл набрал 15 килограмм, чтобы сыграть психопата Дика Чейни Кристиан Бэйл набрал 15 килограмм, чтобы сыграть психопата Дика Чейни

Во все уважающие себя списки главных фильмов года «Власть» точно попадет

GQ
10 ядов животного мира с крайне специфическим действием 10 ядов животного мира с крайне специфическим действием

Яд – эффективная вещь, когда нужно справиться с превышающим по размеру существом

Популярная механика
Время собирать кельтские камни Время собирать кельтские камни

Интеллектуальная и загадочная игрушка — кельтский камень

Наука и жизнь
«За каждым артефактом — судьба человека-победителя». Зачем Владимиру Потанину олимпийские медали «За каждым артефактом — судьба человека-победителя». Зачем Владимиру Потанину олимпийские медали

Российский бизнесмен выкупил одну из крупных коллекций олимпийских артефактов

Forbes
Умные вещи века Умные вещи века

10 переизобретений, без которых ты раньше отлично жил, но теперь – не сможешь

Maxim
Artnet: самая дорогая картина мира находится на яхте наследного принца Саудовской Аравии Artnet: самая дорогая картина мира находится на яхте наследного принца Саудовской Аравии

Картина Леонардо да Винчи «Спаситель мира»

Forbes
Алкогений: Бен Аффлек Алкогений: Бен Аффлек

Актерище и режиссерище Бен Аффлек – самый неанонимный алкоголик на свете

Maxim
«В железном занавесе никто не заинтересован»: западная компания, которая не боится вложить в Россию $260 млн «В железном занавесе никто не заинтересован»: западная компания, которая не боится вложить в Россию $260 млн

Интервью Forbes с гендиректором британского оператора дата-центров IXcellerate

Forbes
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
Суданские активистки о жестоком разгоне протестующих и будущем страны Суданские активистки о жестоком разгоне протестующих и будущем страны

Три очень смелых девушки рассказали, как они пережили последствия революции

Vogue
Домик у озера Домик у озера

Здесь тоже есть хорошие пляжи, прекрасные виды и много рыбы

Лиза
Редкая птица Редкая птица

Паулина Андреева — из тех актрис, кто не стремится к бешеной популярности

Glamour
Хедлайнерами Midsummer Night’s Dream станут Acid Pauli и Lee Burridg Хедлайнерами Midsummer Night’s Dream станут Acid Pauli и Lee Burridg

Легендарная вечеринка Midsummer Night’s Dream возвращается

Cosmopolitan
«Это дело породило некоторые вопросы». Кремль призвал силовиков обратить внимание на дело Голунова «Это дело породило некоторые вопросы». Кремль призвал силовиков обратить внимание на дело Голунова

Дело Ивана Голунова — это повод для пристального внимания соответствующих служб

Forbes
Большое летнее путешествие Большое летнее путешествие

Мы нашли на карте мира места, в которых связаны путешествия и йога

Yoga Journal
А девушка запела А девушка запела

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

Glamour
Коварный ротавирус Коварный ротавирус

Что важно знать о ротавирусе?

Лиза
Самый громкий провал американского авиапрома: Boeing-2707 Самый громкий провал американского авиапрома: Boeing-2707

Сверхзвуковые пассажирские лайнеры Ту-144 и Concorde

Популярная механика
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
О ком забыли в сериале «Чернобыль»: советские роботы на аварии АЭС О ком забыли в сериале «Чернобыль»: советские роботы на аварии АЭС

Роботы, участвовавшие в ликвидации последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС

Forbes
Хочешь жить — умей лениться: колумнист Esquire Дуайт Гарнер рассуждает о вреде амбиций и пользе лени Хочешь жить — умей лениться: колумнист Esquire Дуайт Гарнер рассуждает о вреде амбиций и пользе лени

Дуайт Гарнер призывает отказаться от чрезмерных амбиций и отдаться лени

Esquire
Правда о Синдбаде-мореходе Правда о Синдбаде-мореходе

Как арабы стали мореплавателями, в точности неизвестно

Наука и жизнь
Как определить, ты действительно устал или тебе просто лень (и все вокруг правы)? Как определить, ты действительно устал или тебе просто лень (и все вокруг правы)?

Действительно ли вы измотаны или просто недостаточно мотивированы?

Playboy
Элеонора Каризи о моде и блогинге Элеонора Каризи о моде и блогинге

It girl рассказала, почему сменила тексты на фотографии, а Турин на Милан

Vogue
Ве­ли­кий нехо­чу­ха Ве­ли­кий нехо­чу­ха

GQ раз­би­ра­ет­ся, по­че­му че­ло­ве­ку из­ме­нил его ос­нов­ной ин­стинкт

GQ
Как часто нужно заниматься спортом? Исследования + мнения экспертов Как часто нужно заниматься спортом? Исследования + мнения экспертов

Полезная инфа, если хочешь добиться прогресса и не навредить себе

Playboy
Жертвы торговых войн: почему американские акции могут упасть Жертвы торговых войн: почему американские акции могут упасть

Протекционизм и торговые войны могут обрушить котировки глобальных лидеров

Forbes
9 научно доказанных способов произвести хорошее первое впечатление 9 научно доказанных способов произвести хорошее первое впечатление

У тебя появится много новых друзей! (А с ними и возможность занять больше денег)

Maxim
Открыть в приложении