Содержание:
- Стратегии замедления роста резистентности
- Развитие новых вакцин
- “Саботаж” бактерии на клеточном уровне
- Мобилизация врагов наших противников
- Лишить бактерии способности развивать резистентность
- Часто задаваемые вопросы:
Антибиотикорезистентность, или как ее еще называют, антибиотическое сопротивление, это способность микроорганизмов противостоять действию антибиотиков, благодаря чему они продолжают размножаться, игнорируя воздействие лекарственного препарата.
Стоит помнить, что эпоха до открытия антибиотиков была чрезвычайно мрачной: инфекционные болезни, такие как чума, оспа, холера, были настоящим страхом для людей. В то время летальность от этих заболеваний достигала 50% и больше. Практически все дети болели корью и скарлатиной, а также многие – дифтерией.
И только с появлением антибиотиков смертность от инфекций снизилась в десятки и сотни раз. Заболевания, которые были ранее смертельными, стали излечимыми. Однако с течением времени возникла проблема – резистентность к антибиотикам.
Микроорганизмы развивают устойчивость к антибиотикам через механизмы случайных мутаций или обмена генетической информацией между различными штаммами. Стоит отметить, что увеличенное использование антибиотиков может способствовать развитию антибиотикорезистентности, особенно в больницах, где микроорганизмы могут легко и быстро обмениваться генетической информацией.
Особую опасность представляет факт того, что антибиотики широко используются не только в медицине, но и в растениеводстве, животноводстве, пищевой и консервной промышленности. Из-за этого антибиотики попадают в организм человека, оказывая негативное влияние на его микрофлору.
Ситуация обостряется с каждым годом: только в 2018 году в США и Европе от инфекций, устойчивых к антибиотикам, умерло около 50 000 человек. Если не принять меры, то к 2050 году смертность от таких инфекций может достигнуть 10 млн человек в год по всему миру.
Итак, мы находимся на пороге новой эпохи, когда даже самые обычные операции могут стать смертельно опасными, а от пневмонии может умирать каждый третий. Также станет затруднительным лечение, требующее подавления иммунитета, например, химиотерапия рака.
Следовательно, встает вопрос: что делать, чтобы избежать глобального краха в области антибиотиков и не столкнуться с катастрофическими последствиями для всего человечества? Как преодолеть вызов антибиотикорезистентности? Эти вопросы требуют немедленного рассмотрения и принятия конструктивных решений на всех уровнях – от медицинского сообщества до правительственных структур.
Стратегии замедления роста резистентности
Америка и Европа уже оценили глубину проблемы и предприняли активные шаги к ее решению. Разрабатываются стратегии, направленные на замедление распространения резистентности к антибиотикам: в качестве кормовых добавок запрещено использование антибиотиков, применяемых в терапии человека, а в большинстве европейских стран использование антибиотиков для стимулирования роста животных и птиц является недопустимым.
Борьба ведется против необоснованных назначений антибиотиков в случае вирусных или грибковых инфекций, против самовольного использования антибиотиков пациентами, кроме того, непосредственная продажа антибиотиков без рецепта становится незаконной. Вместо использования антибиотиков широкого спектра действия, где это возможно, применяются препараты с узким спектром действия: целенаправленное воздействие на конкретный вид бактерий замедляет развитие резистентности.
Естественно, каждый из нас может сделать свой вклад в борьбу с резистентностью, придерживаясь строгих рекомендаций врача по использованию антибиотиков и выполняя полный курс лечения, а не сокращая его до пяти дней вместо рекомендованных десяти. К сожалению, развивающиеся страны, включая Россию, пока не участвуют в этой борьбе в полной мере.
Развитие новых вакцин
Превентивные меры против развития инфекций, то есть против заражения, являются одним из ключевых подходов к решению проблемы резистентности к антибиотикам. Здесь вакцинация играет важную роль. В отличие от антибиотиков, вакцины не вызывают развития резистентности: они не борются с конкретными штаммами, а заранее формируют специфический иммунитет против них.
Разумеется, необходимо создание новых вакцин, в том числе против таких инфекций, как стафилококк и других агрессивных и “устойчивых” микробов. Несмотря на то, что микроорганизмы продолжают эволюционировать, как это происходит с вирусом гриппа, для борьбы с которым ежегодно создается новая вакцина, состав вакцин в большинстве случаев оказывается достаточно эффективным. Однако пока вакцины против стафилококка демонстрируют лишь ограниченную и краткосрочную эффективность, поэтому работа по их совершенствованию продолжается.
“Саботаж” бактерии на клеточном уровне
Множество антибиотиков функционируют именно таким образом. Они могут нарушать процесс создания клеточной мембраны микроорганизма, клеточной стенки, синтеза нуклеиновых кислот, аминокислот, белков. Однако, обычно старые медикаменты целевали на ферменты или пептиды, которые связаны с этапами формирования белка. В то же время, бактерии могут преобразовываться и изменять структуру своих ферментов, делая их недоступными для лекарств, или нейтрализовать антибиотик, или уменьшать свою проницаемость для антибиотика и даже как бы “выталкивать” антибиотик из себя.
Ныне активно ведется создание новых антибиотиков, которые взаимодействуют с такими фундаментальными структурами внутри бактерии, которые трудно изменить и адаптировать.
Например, в 2016 году в носу человека было обнаружено вещество, действующее против особо опасных бактерий вида Staphylococcus aureus (MRSA) (эта бактерия также относится к стафилококкам, но не вредит организму). Это вещество было названо “Лугдунин” в честь бактерии, которая его производит. Лугдунин обладает необычной химической структурой и может быть основой для нового класса антибиотиков – “Фибупептид”.
Еще одно вещество, производимое бактерией Eleftheria terrae, было названо “Теиксобактин”. Оно преодолевает множество форм лекарственной резистентности (включая мультирезистентный туберкулез). Этот агент нацеливается на молекулярные комплексы, которые бактерия не может изменить через мутации, поэтому нет существующих генов, которые могли бы противостоять теиксобактину в природе, и он не может “подхватить устойчивость” от другой бактерии. Однако, не исключено, что со временем бактерии все же найдут способ адаптироваться даже к теиксобактину. Но даже отсрочка в этой борьбе имеет важное значение.
Существуют и другие стратегии воздействия на бактерии, например, комбинация антибиотика с молекулами алкилрезорцинов. Это молекулы, которые выделяют растения и бактерии в окружающую среду для защиты от внешних факторов и паразитов. Алкилрезорцины “испортят” бактерию изнутри, влияя одновременно на мембраны клеток, белки и геном, что дает возможность антибиотику все же оказывать воздействие на него. Биологи называют комбинацию антибиотика с алкилрезорцинами “суперпулей”: эффективность лечения увеличивается в 1000 раз, а развитие устойчивости замедляется в 10-30 раз.
Менахем Шоам из Университета в Кливленде проводил эксперименты, инфицируя мышей бактерией стафилококк, устойчивой к антибиотикам (MRSA, смертоносной и пока не поддающейся лечению), затем он ожидал появления сепсиса и вводил молекулы, которые блокировали возможность бактерий синтезировать токсины. Все мыши пережили испытание, в то время как без лечения две трети инфицированных животных скончались.
Следующий подход к усилению действия антибиотика представлен исследователями из Университета в Бостоне. Они вводили в антибиотик ионы серебра. Изучая антисептические свойства этого металла, ученые предположили, что современный антибиотик с добавлением небольшого количества этого вещества может уничтожить в тысячу раз больше бактерий.
Мобилизация врагов наших противников
Еще одно перспективное, хоть и слабо изученное направление борьбы – использование бактериофагов, вирусов, нападающих на бактерии. Эти вирусы столь же изменчивы, как и бактерии, и могут адаптироваться к их резистентности. Однако для этого требуется постоянно собирать и обновлять “коллекции” бактериофагов.
Так, в 2018 году Грэм Хэтфул из Университета в Питтсбурге умудрился спасти пятнадцатилетнюю девочку с муковисцидозом. После трансплантации легких ее организм подвергся атаке резистентных к антибиотикам бактерий, и она была бы обречена, если бы не экспериментальное лечение: врачи внедрили в нее генетически модифицированные вирусы, способные уничтожать этот вид бактерий. Девушка выздоровела, а бактерии не проявили никаких признаков развития устойчивости к вирусам.
Лишить бактерии способности развивать резистентность
Вероятно, это самый надежный способ. Именно поэтому процесс формирования резистентности сейчас подробно изучается с целью возможного редактирования генома бактерии и лишения её способности к мутациям. С помощью техники редактирования генома CRISPR ученые нарушают несколько ключевых биохимических процессов в клетках. Этот метод получил название CHAOS (Controlled Hindrance of Adaptation of OrganismS — “контролируемое подавление адаптаций организмов”). После этого действие старых проверенных антибиотиков возобновляется, и мы можем поддерживать контролируемое противостояние с бактериями. Однако этот метод все еще находится в стадии разработки.
Кто быстрее эволюционирует — бактерии или человек? Ответ на этот насущный вопрос мы узнаем лишь через несколько десятков лет.
Часто задаваемые вопросы:
1. Вопрос: Как Менахем Шоам из Университета в Кливленде применил новый подход для борьбы со стафилококком у мышей?
Ответ: Менахем Шоам инфицировал мышей бактерией стафилококк, устойчивой к антибиотикам, дождался развития сепсиса, а затем ввел молекулы, которые блокировали способность бактерий вырабатывать токсины. Этот метод позволил спасти все испытываемые мыши.
2. Вопрос: Как ученые из Университета в Бостоне усиливают эффект антибиотиков?
Ответ: Исследователи из Бостонского университета предложили метод, который включает в себя добавление ионов серебра к антибиотику. Они установили, что такой подход может увеличить эффективность антибиотика, позволяя уничтожить в тысячу раз больше бактерий.
3. Вопрос: Что такое бактериофаги и как они могут помочь в борьбе с бактериями?
Ответ: Бактериофаги – это вирусы, которые атакуют и уничтожают бактерии. Они могут адаптироваться к резистентности бактерий и, таким образом, помочь в борьбе с ними. Однако для эффективного использования бактериофагов требуется постоянно обновлять их “коллекции”.
4. Вопрос: Какое перспективное направление в борьбе с резистентностью бактерий предлагает использование технологии редактирования генов CRISPR?
Ответ: Технология редактирования генов CRISPR может быть использована для нарушения ключевых биохимических процессов в клетках бактерий, делая их неспособными к адаптации и развитию устойчивости. Этот подход получил название CHAOS (Controlled Hindrance of Adaptation of OrganismS) и он позволяет возобновить эффективность действия уже существующих антибиотиков.
5. Вопрос: Кто в настоящее время эволюционирует быстрее – бактерии или человек?
Ответ: На данный момент невозможно однозначно ответить на этот вопрос. Ответ станет ясен лишь через несколько десятилетий, поскольку наука продолжает развиваться и исследовать новые подходы к борьбе с резистентностью бактерий.
