Растущая устойчивость человеческого организма к противомикробным препаратам — одна из главных угроз для глобального здравоохранения. И остановить этот губительный процесс мы можем только общими усилиями ученых, врачей, пациентов. «Всемирная неделя повышения осведомленности о проблеме устойчивости к противомикробным препаратам», которая проходит каждый год с 18 по 24 ноября по инициативе Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), — подходящий повод, чтобы больше узнать о проблеме, касающейся буквально каждого из нас.
Почему же эта тема заслуживает целой недели всемирного внимания? Ответ прост, но от этого не мене грозен: антибиотикорезистентность, или устойчивость микробов к лекарствам, уже не абстрактная угроза будущего, а новая «тихая пандемия», которая уносит жизни людей по всему миру. Причина ее кроется в неумолимом законе эволюции. Микроорганизмы, как и все живые существа, борются за выживание. Каждый раз, когда мы используем антибиотик неправильно: преждевременно прекращаем курс, принимаем лекарство без необходимости при вирусной инфекции или злоупотребляем антибиотиками в сельском хозяйстве, мы проводим жестокий «естественный отбор», в результате которого выживают самые сильные и устойчивые бактерии, дающие начало новым поколениям, против которых бессильны существующие лекарства.
Этот естественный эволюционный процесс ставит человечество перед тревожной перспективой: инфекционные заболевания, ставшие, казалось бы, безобидными — ангина, цистит, синусит — могут вновь стать для людей смертельной угрозой.
Что такое бактерии и почему они не всегда «враги»
В каждом человеческом организме расположен целый многомиллионный бактериальный «мегаполис», кипящий жизнью. Его обитатели трудятся день и ночь: защищают границы, производят витамины, помогают переваривать обед и даже влияют на наше настроение. Этот бурлящий мир — наш собственный микробиом, а его главные жители — бактерии. Крошечные, но невероятно влиятельные организмы, которые находятся повсюду: в нашем кишечнике, на коже и даже в воздухе, которым мы дышим. Без этой невидимой армии наша жизнь была бы просто невозможна.
Но если они такие полезные, откуда берутся болезни? Все дело в хрупком балансе сил внутри этого сообщества. Подавляющее большинство бактерий — наши верные союзники, но есть и «преступные элементы» – патогенные штаммы. Полезные бактерии, как добропорядочные граждане, работают на благо всего организма, а патогенные — словно мародеры, которые заботятся только о себе.
Как они вызывают болезнь? Их атаки проходят по разным сценариям. Одни, как диверсанты, проникают в клетки и разрушают их изнутри. Другие, словно вандалы, просто размножаются в тканях и отравляют организм своими токсинами – продуктами жизнедеятельности. И чаще всего это происходит, когда наша внутренняя «полиция» — иммунная система — ослабевает, или когда мы невольно истребляем мирные бактерии, в том числе и бесконтрольным приемом антибиотиков. Нарушенный баланс — вот что открывает дорогу для настоящих врагов.
От случайной находки до спасения миллионов: история открытия антибиотиков
Отправной точкой в истории антибиотиков принято считать 1928 год, когда британский бактериолог Александр Флеминг (1881-1955) обнаружил удивительный феномен. В одной из чашек Петри с культурой стафилококков случайно попали споры плесневого гриба Penicillium notatum. Флеминг заметил, что вокруг колонии плесени бактерии погибли, и предположил существование вещества, способного уничтожать бактерии, которое он назвал «пенициллин». Однако выделить и очистить его в достаточном количестве он не смог.
Это совершила группа ученых Оксфордского университета под руководством Говарда Флори (1898-1968), Эрнста Чейна (1906-1979) и Нормана Хитли (1911-2004) в 1940 году. Именно они разработали технологию стабильного получения и очистки пенициллина, что позволило начать его массовое производство и клиническое применение.
При этом у нашей страны, тогда называвшейся СССР, была своя «пенициллиновая история: выдающийся советский микробиолог Зинаида Виссарионовна Ермольева в 1942 году самостоятельно получила первый отечественный пенициллин (крустозин) из штамма плесени Penicillium crustosum, что спасло жизни тысяч советских солдат во время Великой Отечественной войны. Именно работы Ермольевой стали фундаментом для советской школы антибиотикотерапии.
Так началась эра антибиотиков. С тех пор их развитие шагнуло далеко вперед: от природных веществ ученые перешли к их модификациям и полностью синтетическим соединениям, тем самым получив целый арсенал препаратов.
Мишени для удара: как антибиотики обезвреживают бактерии
Антибиотики — это химические вещества, избирательно подавляющие жизнедеятельность микроорганизмов. Они действуют прицельно: разрушают или блокируют структуры и процессы, характерные только для бактериальных клеток, например клеточную стенку, не затрагивая клетки человека. Это обеспечивает так называемый селективный эффект, то есть препарат вредит самой бактерии, но не повреждает клетки макроорганизма.
Основные механизмы действия антибиотиков можно разделить на несколько групп.
- Нарушение синтеза клеточной стенки бактерий.
Клеточная стенка — это жесткий каркас, защищающий бактерию. Некоторые антибиотики блокируют ферменты, ответственные за сборку этого каркаса. В результате бактерия, теряя прочную оболочку, становится уязвимой и разрывается под действием осмотического давления. - Подавление синтеза белка.
Без белков бактерия не может функционировать и размножаться. Некоторые антибиотики связываются с бактериальными рибосомами — органеллами, синтезирующими белки, нарушая процесс «сборки» белковых молекул. Это приводит к остановке роста и гибели микроорганизма. - Нарушение репликации ДНК и транскрипции РНК.
Другие антибиотики мешают бактериям копировать и «читать» свою генетическую информацию. Они блокируют ферменты, которые раскручивают ДНК для ее удвоения, или останавливают работу фермента, создающего РНК — рабочей копии ДНК, по которой клетка «узнает», какие белки ей нужно производить, чтобы жить и размножаться. Когда этот процесс останавливается, бактерия теряет способность к жизни и ее программа просто перестает выполняться. - Повреждение цитоплазматической мембраны.
Также есть антибиотики, которые действуют как детергенты, встраиваясь в липидный слой мембраны бактерии и нарушая ее целостность. Приводя таким образом к неконтролируемой утечке жизненно важных компонентов из клетки и ее быстрой гибели.
Арсенал против инфекций: какие бывают антибиотики
Антибиотики можно классифицировать несколькими способами.
1. По механизму действия
• Бактерицидные — убивают бактерии, разрушая их клеточные стенки.
• Бактериостатические — останавливают рост и размножение микробов, давая иммунитету время их уничтожить.
2. По спектру действия
• Узкого спектра — действуют прицельно на конкретного возбудителя.
• Широкого спектра — работают против многих бактерий, но могут вредить и полезной микрофлоре.
3. По поколениям
• 1-е поколение — проверенная классика.
• 2-4 поколения — улучшенные версии с большей эффективностью и устойчивостью к бактериальным ферментам.
Также есть антибиотики первого выбора, которые применяются при обычных инфекциях и антибиотики резерва — «тяжелая артиллерия», которую используют только против устойчивых или опасных бактерий.
Когда антибиотики перестают работать
Антибиотикорезистентность — естественное эволюционное явление, при котором бактерии, ранее уязвимые для действия антибиотиков, становятся к ним невосприимчивыми и лекарство, которое должно было уничтожить инфекцию, перестает работать. Устойчивость микробов — закономерный результат их колоссальной скорости размножения и приспособляемости. Этот процесс ускоряется и усугубляется целым рядом факторов, созданных самим человечеством.
Ключевыми драйверами резистентности являются.
- Неправильное применение антибиотиков. Назначение этих препаратов для лечения вирусных инфекций, таких как грипп или ОРВИ, против которых они бессильны, является одной из главных причин. В такой ситуации антибиотик не находит свою бактериальную «мишень» и бездействует, зато бактерии в нашем организме в это время «знакомятся» с препаратом и учатся его распознавать.
- Неполные курсы лечения антибиотиками. Когда пациент, почувствовав облегчение, прекращает прием препарата раньше срока. При этом лекарство может уничтожить лишь самые слабые бактерии, а самые выносливые и устойчивые особи выживают, получая возможность размножиться и передать гены устойчивости следующему поколению. Таким образом, недолеченная инфекция становится «тренировочным полигоном» для создания супербактерий.
- Массовое использование антибиотиков в сельском хозяйстве. Профилактическое применение антибиотиков на животноводческих фермах для стимуляции роста и предотвращения болезней животных, содержащихся в скученных условиях, привело к попаданию этих препаратов в окружающую среду. Тем самым заставив бактерии вырабатывать устойчивость, которая в итоге передается людям через продукты и окружающую среду.
Результатом этой «гонки вооружений» стало появление так называемых супербактерий — штаммов, устойчивых к действию большинства, а иногда и всех известных антибиотиков.
К ним относятся:
- MRSA (метициллин-резистентный Staphylococcus aureus): золотистый стафилококк, не поддающийся лечению обычными антибиотиками. Вызывает тяжелейшие пневмонии, инфекции кожи, крови и т.д.;
- устойчивая Klebsiella pneumoniae: палочка, способная вызывать пневмонию, сепсис и менингит. Некоторые ее штаммы умеют разрушать обычные антибиотики вроде пенициллина и цефалоспоринов, оставляя врачам крайне мало вариантов лечения пациентов;
- VRE (ванкомицин-резистентные энтерококки): бактерии, вызывающие внутрибольничные инфекции, против которых не действует, например, даже ванкомицин — антибиотик резерва.
Природные антибиотики и современные технологии
Природные антибиотики — это биологически активные соединения, продуцируемые живыми организмами в процессе метаболизма для подавления жизнедеятельности других микроорганизмов и конкурентной борьбы за ресурсы. В отличие от синтетических препаратов они являются продуктом миллионов лет эволюции и служат основой для большинства современных противомикробных средств. Перечислим некоторые из источников природных антибиотиков.
- Растения. Чеснок и лук содержат аллицин, убивающий бактерии и грибы. Куркумин из корня куркумы борется с воспалением и микробами. Эфирные масла тимьяна, чайного дерева и орегано разрушают мембраны бактерий.
- Животные продукты. Мед подавляет рост микробов за счет фермента, вырабатывающего перекись водорода. Прополис, создаваемый пчелами, богат флавоноидами с антимикробным действием.
- Естественные ферменты, которые вырабатываются нашим организмом для защиты от микробов. Например, лизоцим: он содержится в слюне, слезах и других биологических жидкостях и разрушает клеточные стенки бактерий, помогая предотвратить инфекции.
- Минералы. Коллоидное серебро убивает микробы, но требует осторожного применения из-за токсичности.
- Микроорганизмы. Актиномицеты (Streptomyces) обитают в почве, и именно они дают около 70% известных антибиотиков, включая стрептомицин и тетрациклин. Бациллы живут в почве и на растениях, выделяя бацитрацин и грамицидин. Плесневые грибы (Penicillium, Cephalosporium) встречаются на разлагающихся органических остатках и служат источником пенициллинов и цефалоспоринов.
Во всем мире, в том числе и в России, ученые продолжают искать новые пути, чтобы победить инфекции, устойчивые к лекарствам. Один из шагов в этом направлении сделали исследователи Саратовского госуниверситета совместно с коллегами из Уральского Федерального университета. Они создали наночастицы из хитозана — природного полимера из панцирей ракообразных, безопасного для человека и обладающего антимикробными свойствами, и L-аспарагиновой кислоты — естественной аминокислоты, участвующей в работе клеток. Эти наночастицы уничтожают широкий спектр бактерий, включая стафилококк и кишечную палочку, а также проявляют противовирусные, противогрибковые и противовоспалительные свойства. Испытания показали, что вещество безопасно для клеток крови и тканей человека, а также способно ускорять рост соединительной ткани. Ученые считают, что такие наночастицы могут стать основой для создания новых лекарств, вакцин и биотехнологических материалов будущего. Еще один шаг к победе над «супербактериями» —совместная работа ученых из Московского физико-технического института, Курчатовского центра геномных исследований, Первого Московского государственного медицинского университета им. И. М. Сеченова Минздрава России, Института биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН и Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН. Исследователи синтезировали новый антибиотик, способный уничтожать метициллин-резистентный золотистый стафилококк, один из самых опасных источников внутрибольничных инфекций. Созданное вещество, получившее название BX-SI043, показало высокую эффективность и при этом низкую токсичность для клеток человека и животных.
Также к борьбе с устойчивыми микробами подключились и ученые Уральского федерального университета вместе с коллегами из научно-исследовательских университетов Индии. Они создали вещество, которое снимает воспаление и боль, а заодно убивает опасные бактерии, включая устойчивый золотистый стафилококк. Вещество создали на основе ибупрофена и мефенаминовой кислоты — противовоспалительных препаратов, к которым добавили специальные химические фрагменты, усилившие их действие и снизившие побочные эффекты. По эффективности оно сравнимо с мощным антибиотиком гентамицином, но требует гораздо меньших доз. Сейчас исследователи готовятся проверить действие разработки на живых организмах. Результаты опытов и описание синтезированных молекул были опубликованы в Journal of Molecular Structure. Работу поддержало Минобрнауки России (госзадание № 124020200072–0) в рамках Десятилетия науки и технологий.
Вопросы и ответы: что важно знать каждому
Можно ли заменить обычные антибиотики природными средствами (чесноком, медом, прополисом)?
Нет. Эти средства слишком слабы, чтобы лечить серьезные бактериальные инфекции. Они могут помочь лишь как легкая поддержка при простуде, но не заменяют лекарства, назначенные врачом.
Почему антибиотики часто вызывают проблемы с желудочно-кишечным трактом (диарею, вздутие)?
Потому что большинство антибиотиков действуют неизбирательно. Они уничтожают не только «плохие» патогенные бактерии, но и «хороших» представителей полезной микрофлоры кишечника, которая отвечает за пищеварение, синтез витаминов и защиту от инфекций. Гибель полезных бактерий приводит к дисбактериозу, который проявляется в виде расстройства ЖКТ.
Почему нельзя «пропить антибиотики для профилактики» простуды и гриппа?
Антибиотики не работают против вирусов, которые вызывают простуду и грипп. Их «профилактический» прием в этом случае не только бесполезен, но и преступно вреден.
Как рядовому человеку защитить себя от устойчивых бактерий?
Не принимайте антибиотики без назначения или «на всякий случай», соблюдайте курс лечения.
В каких случаях без антибиотиков не обойтись, а в каких они бесполезны?
При бактериальных инфекциях — ангине, пневмонии, пиелонефрите, сепсисе, гнойных воспалениях — нужны антибиотики. А при вирусных заболеваниях — гриппе, ОРВИ, коронавирусе без осложнений, а также при обычном насморке— они бесполезны.
Правильное применение антибиотиков — ответственность не только врача, но и пациента. От наших действий сегодня зависит, будут ли эти лекарства спасать жизни завтра.
Автор текста Анастасия Будаева
Изображение на обложке: Freepik
Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.
