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
Зависимость от путешествий: как она возникает и чем опасна Зависимость от путешествий: как она возникает и чем опасна

В многочисленных «бесконтрольных» путешествиях таится опасность

Psychologies
А нос и ныне там А нос и ныне там

Что стало с нашими носами и другие интересные факты о искусстве обоняния

Maxim
В унисон с «Артеком» В унисон с «Артеком»

30 и 31 мая в «Артеке» прошел 12-й Международный конкурс «Детская новая волна»

OK!
Как пить дать Как пить дать

Основатель компании «Братья Асканели» рассказывает о винной отрасли в Грузии

СНОБ
Природа в доме Природа в доме

Растения заменяют арт-объекты в гостиных и приглашают на приём в оранжереи

Robb Report
Как профессия муравьёв влияет на их обучаемость Как профессия муравьёв влияет на их обучаемость

Эксперимент учёных выявил связь между профессиями муравьёв и их обучаемостью

Популярная механика
Совершенно секретно: как выглядят родители звезд, которых они скрывают от всех Совершенно секретно: как выглядят родители звезд, которых они скрывают от всех

Рассказываем о родителях звезд, которые избегают публичности

Cosmopolitan
Алиса Хазанова: «Моя героиня сделала выбор в жизни, у нее не было никого, ничего, у нее была только сумасшедшая одержимость профессией» Алиса Хазанова: «Моя героиня сделала выбор в жизни, у нее не было никого, ничего, у нее была только сумасшедшая одержимость профессией»

Спектакль о трагической судьбе советской актрисы Валентины Караваевой

Esquire
Отдых без последствий Отдых без последствий

Подхватить неприятную инфекцию можно везде. Как себя обезопасить?

Лиза
Радиевые девушки: фабричные работницы, отравленные радиацией Радиевые девушки: фабричные работницы, отравленные радиацией

Фабричные работницы светились от радиолюминисцентной краски, которая их убивала

Cosmopolitan
5 фраз, которые стоит регулярно говорить партнеру 5 фраз, которые стоит регулярно говорить партнеру

Ободряющие фразы, регулярно произнося которые вы укрепите романтическую связь.

Psychologies
Тест Samsung Galaxy M20: достойный ответ бюджетным «китайцам» Тест Samsung Galaxy M20: достойный ответ бюджетным «китайцам»

Samsung Galaxy M20 ­— это хороший телефон по привлекательной цене

CHIP
Чем пахнет космос: космическое обоняние Чем пахнет космос: космическое обоняние

Как ощущаются запахи в космосе, и чем вообще этот самый космос пахнет?

Популярная механика
Если бы на Марсе были города Если бы на Марсе были города

Оман — это пустыня, оазисы на берегах высохших рек и бесконечные пляжи

Seasons of life
Странная геометрия Странная геометрия

В дизайне ковров и обоев новый тренд — окончательный слом стереотипов

SALON-Interior
5 экзотических стран без виз: когда ехать, чем заняться, что есть 5 экзотических стран без виз: когда ехать, чем заняться, что есть

Куда сорваться, если отпуск нагрянул внезапно? Мы собрали подборку стран

Cosmopolitan
Дима Билан рассказал об испытаниях, через которые прошел на «Евровидении» Дима Билан рассказал об испытаниях, через которые прошел на «Евровидении»

37-летний Дима Билан прокомментировал результаты завершившего в Израиле конкурса

Cosmopolitan
Тяжелые бомбардировщики Третьего Рейха Тяжелые бомбардировщики Третьего Рейха

Тяжелые бомбардировщики Третьего рейха остались в тени истории

Популярная механика
Вывести из заблуждения Вывести из заблуждения

Десять лет Одиссей возвращался из Трои домой, на родную Итаку…

Вокруг света

Отрывок из цикла "Моя борьба"» Уве Кнаусгора

Esquire
«Ростех» всерьёз взялся за охоту на беспилотники «Ростех» всерьёз взялся за охоту на беспилотники

Комплексы для борьбы с беспилотными летательными аппаратами

Популярная механика
Эмилия Кларк: “Мне фантастически повезло, что я еще жива” Эмилия Кларк: “Мне фантастически повезло, что я еще жива”

Отношения Эмилии Кларк с жизнью и смертью

Psychologies
Линза по имени Солнце Линза по имени Солнце

Используя Солнце как огромную линзу, можно сделать четкий снимок экзопланеты

Популярная механика
Малышка на миллион: захватывающая история секс-куклы Малышка на миллион: захватывающая история секс-куклы

Где появились первые секс-куклы и какие они бывают?

Cosmopolitan
Милана Кержакова после развода с футболистом показала синяки от побоев Милана Кержакова после развода с футболистом показала синяки от побоев

Милана Кержакова впервые дала интервью после громкого бракоразводного процесса

Cosmopolitan
Сердечные электрики: как кардиостимуляторы помогают сердцу биться Сердечные электрики: как кардиостимуляторы помогают сердцу биться

Сердце человека — это электромеханический насос

Популярная механика
Коррупция как благо: остановит ли пьяных водителей конфискация автомобилей Коррупция как благо: остановит ли пьяных водителей конфискация автомобилей

Почему система наказания за пьяное вождение давно нуждается в пересмотре

Forbes
Духовная брань. Где строительство храмов приводило к скандалам Духовная брань. Где строительство храмов приводило к скандалам

Екатеринбургский конфликт для России типичен

Forbes
Найти правильный баланс Найти правильный баланс

Актер Гоголь-центра Никита Кукушкин протестировал автомобиль Genesis G80

OK!
Открыть в приложении