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
Контактный центр Контактный центр

Журналист Егор Лапшов провел несколько дней в обществе контактеров

Esquire
_Не музыка еще, уже не шум _Не музыка еще, уже не шум

Как научить машину сочинять музыку и писать картины

Популярная механика
Ваш ребенок — интроверт: семь признаков Ваш ребенок — интроверт: семь признаков

У детей-интровертов есть масса преимуществ

Psychologies
Линза по имени Солнце Линза по имени Солнце

Используя Солнце как огромную линзу, можно сделать четкий снимок экзопланеты

Популярная механика
«Убийца подлодок»: что известно о секретном российском вертолете «Минога» «Убийца подлодок»: что известно о секретном российском вертолете «Минога»

Вертолет проекта «Минога», скорее всего, получит обозначение Ка-65

Популярная механика
Как победить аллергию с помощью гаджета: проверяем на себе Как победить аллергию с помощью гаджета: проверяем на себе

Тест очистителя воздуха Dyson Pure Hot+Cool на настоящих аллергиках

Популярная механика
Для Москвы разработали план попадания в десятку самых посещаемых городов Европы Для Москвы разработали план попадания в десятку самых посещаемых городов Европы

К 2025 году Москва должна войти в десятку самых посещаемых городов в Европе

Forbes
Большое летнее путешествие Большое летнее путешествие

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

Yoga Journal
Коллаборации поп-звезд с брендами: лучшие тренды этого лета из Кореи Коллаборации поп-звезд с брендами: лучшие тренды этого лета из Кореи

О главных коллабах корейских поп-звезд

Cosmopolitan
Само несовершенство. Почему женщины не любят себя Само несовершенство. Почему женщины не любят себя

Как полюбить себя, если с самого детства от вас требовали быть идеалом

Forbes
Мой любимый спорт — плавание Мой любимый спорт — плавание

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

Glamour
Мода: Андрей Кравцов Мода: Андрей Кравцов

Дизайнер, создавший бренд SH’U («Шью»)

Собака.ru
Какие бывают женщины: типы, черты и характеры (спойлер: целых 18 типажей) Какие бывают женщины: типы, черты и характеры (спойлер: целых 18 типажей)

Главное прекратить думать, что есть типажи плохие, а есть хорошие

Playboy
10 признаков того, что вы слишком уступчивы, и что с этим делать 10 признаков того, что вы слишком уступчивы, и что с этим делать

Уступчивость — один из «киллеров успеха»

Psychologies
Глоток еды Глоток еды

Вода — это отлично, но влага может также поступать в организм и из пищи

Yoga Journal
Новые миры Новые миры

Юбилей высадки на Луну – повод задуматься, куда и зачем мы можем полететь еще

Популярная механика
Россия и Саудовская Аравия договорились продлить сделку ОПЕК+ Россия и Саудовская Аравия договорились продлить сделку ОПЕК+

Россия и Саудовская Аравия договорились продлить сделку ОПЕК+

Forbes
Услышать каждого: как Google создает систему голосового управления для людей с инвалидностью Услышать каждого: как Google создает систему голосового управления для людей с инвалидностью

Системы, управляемые голосом, сейчас представляют собой рынок объемом в $49 млрд

Forbes
5 шагов к осознанной благотворительности 5 шагов к осознанной благотворительности

Как люди приходят в благотворительность и с чего начать свой путь

Psychologies
8 нововведений, которые сильно изменят жизнь автомобилистов 8 нововведений, которые сильно изменят жизнь автомобилистов

Несколько очень обсуждаемых инициатив июня 2019 года для автомобилистов

РБК
«Мысленный волк» Валерии Гай Германики: фильм-провокация на религиозную тему «Мысленный волк» Валерии Гай Германики: фильм-провокация на религиозную тему

Режиссер Валерия Гай Германика вернулась на «Кинотавр»

Esquire
Новые законы антикварного рынка: как обставить квартиру с пользой для кошелька Новые законы антикварного рынка: как обставить квартиру с пользой для кошелька

Рынок антиквариата терпит небывалый кризис

Forbes
Автоюристы больше не нужны? Автоюристы больше не нужны?

При спорах по ОСАГО автомобилистов будет защищать финансовый омбудсмен

АвтоМир
Преступление и наказание. Чем обернется для России дело о сбитом «Боинге» Преступление и наказание. Чем обернется для России дело о сбитом «Боинге»

Добиться признания ответственности России в катастрофе может быть затруднительно

Forbes
«Если бы у Фредди Меркьюри и Кейт Буш был ребенок, им был бы Иво»: интервью с артистом Иво Димчевым «Если бы у Фредди Меркьюри и Кейт Буш был ребенок, им был бы Иво»: интервью с артистом Иво Димчевым

Иво Димчев об участии в X Factor, о ВИЧ, любви и музыке

Esquire
Недовольны своей внешностью? Включайте чувство юмора! Недовольны своей внешностью? Включайте чувство юмора!

Как не поддаваться влиянию гламурных образов, рассказывает психолог Рене Энгельн

Psychologies
Вечный король Вечный король

Уже десять лет фанаты Майкла Джексона верят, что он инсценировал смерть

StarHit
Как познакомиться с девушкой в интернете: красивые и оригинальные идеи Как познакомиться с девушкой в интернете: красивые и оригинальные идеи

Дельные советы о том, как найти классную девушку онлайн

Playboy
Стимуляция бедности. Почему увеличение детского пособия никому не принесет пользы Стимуляция бедности. Почему увеличение детского пособия никому не принесет пользы

Увеличивая размер пособия, правительство оказывает медвежью услугу матерям

Forbes
Открыть в приложении