С каждым годом бактерий, устойчивых к антибиотикам, становится все больше. Как человек и микроорганизмы пытаются перехитрить друг друга на молекулярном уровне — в материале InScience.News.
Кто придумал антибиотики?
Сегодня весь мир обеспокоен борьбой с вирусными заболеваниями. Настолько, что может показаться, что на их фоне остальные недуги несколько отступили. Однако не стоит забывать, что, помимо вирусов, здоровью человека (правильнее даже сказать, что практически любого живого организма) угрожает множество других возбудителей. Среди них немаловажную роль играют бактерии. Впервые мы встречаемся с ними сразу после рождения, и затем сосуществуем всю свою жизнь. Грубо говоря, бактерии по отношению к человеку можно разделить на друзей и врагов. Первые приносят пользу (или хотя бы не вредят). Представители этой условной группы в большом количестве обитают в кишечнике человека, помогая переваривать пищу. Они же используются в сыроварении, виноделии и производстве хлеба. Бактерии, которые можно отнести к врагам, вызывают заболевания, порой летальные. С ними люди пытаются бороться при помощи антибиотиков — веществ, различными способами препятствующих росту и размножению бактерий или вовсе разрушающих их клетки. Интересно, что антибиотики изобрел не человек, а сами микроорганизмы — бактерии и грибы. Казалось бы, зачем им могут понадобиться такие опасные соединения, которые могут привести к гибели? Секрет кроется в специфичности. Определенный вид микроорганизма синтезирует такой антибиотик, который будет безопасен для него самого и сородичей, а некоторые другие бактерии будет поражать. С помощью такого «химического оружия» микроорганизмы избавляются от конкурентов за питательные вещества и территорию.
Существует около десятка групп природных антибиотиков в зависимости от химического строения и принципа действия. Одни — бактериолитические — убивают клетки микроорганизмов, другие — бактериостатические — лишь препятствуют росту и размножению бактерий, благодаря тому что блокируют синтез белков (например, аминогликозиды, тетрациклины и левомицетин), сборку клеточной стенки (бета-лактамные антибиотики, к которым относятся пенициллин и цефалоспорин) или нарушают работу клеточных мембран (полимиксины).
Как возникает устойчивость?
Итак, человек позаимствовал у самой природы мощное оружие против бактерий. На первый взгляд, это должно обеспечить успех в борьбе с инфекциями. Но до сих пор, согласно статистике ВОЗ, пневмония и туберкулез входят в десятку наиболее распространенных причин смертности в мире. Такая ситуация обусловлена тем, что бактерии за все время существования антибиотиков приобрели способность бороться с ними. Механизмы устойчивости могут быть самыми разными, и зависят они от строения и свойств конкретного химического вещества, которым пытаются воздействовать на бактерию. Так, например, устойчивость к бета-лактамным антибиотикам, которые должны нарушать синтез клеточной стенки у бактерий, возникает благодаря тому, что микроорганизм начинает синтезировать специальные ферменты, расщепляющие антибиотик. Другая, более сложная тактика заключается в том, что бактерия модифицирует мишень, на которую нацелен бета-лактам, — и она перестает узнаваться антибиотиком.
Устойчивость к другим группам, например аминогликозидам, может появляться благодаря тому, что бактерии при помощи собственных ферментов видоизменяют антибиотик, «навешивая» дополнительные химические группы, которые блокируют его активность. Еще один способ получить резистентность — внести изменения в структуру белков-транспортеров, через которые антибиотики проникают в клетку. Эффект от этого можно сравнить с тем, как старым ключом становится невозможно открыть дверь с новым замком.
Что делать?
Когда вопрос антибиотикорезистентности не стоял так остро, как сейчас, врачи решали проблему устойчивости какого-либо патогена к конкретному антибиотику, просто назначая другой — на тот момент эффективный — препарат. Но и к нему со временем приобреталась устойчивость. В результате постоянная смена лекарств привела к тому, что у ряда опасных для человека бактерий появилась множественная устойчивость.
«Раньше, по данным ВОЗ, было шесть групп мультирезистентных бактерий — энтерококк (Enterococcus), золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus), клебсиелла (Klebsiella), Acidobacterium, синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa) и энтеробактерии (Enterobacteriaceae). Сейчас появилось очень много других устойчивых микроорганизмов. Так, в 2017 году к этим представителям были добавлены еще шесть наименований, среди которых оказались условно-патогенные бактерии, которые обитают в воздухе, в непосредственной близости с человеком, на его слизистых, и в норме не вызывают болезней, но опасными становятся при снижении иммунитета. Поэтому появилась крайняя необходимость разработать либо новые антибиотики, либо как-то изменить употребление тех, которые уже используются», — рассказала доктор биологических наук, доцент кафедры микробиологии МГУ имени М.В. Ломоносова Лидия Стоянова.
С каждым годом проблема устойчивости бактерий к антибиотикам становится все более актуальной, и ученые ищут способы преодолеть распространение резистентности или хотя бы замедлить этот процесс. Наиболее простой, казалось бы, способ был подсмотрен у самих же бактерий — это искусственное изменение структуры антибиотика. Если бактерии к этой молекуле ферментативно добавляют дополнительные группы атомов, чтобы обезвредить ее, то ученые химически проводят ту же манипуляцию, чтобы сделать антибиотик «незнакомым» для патогенов. Микроорганизмы просто перестают его узнавать и поэтому не могут заблокировать. Но к таким видоизмененным антибиотикам спустя некоторое время, как и к природным, появляется устойчивость, поэтому проблема все-таки остается нерешенной.
«В настоящее время получить новые антибиотики очень сложно, и все равно в какой-то мере при использовании даже новых соединений вырабатывается устойчивость. Поэтому сегодня одно из наиболее важных требований к антибиотикам — это эффективность в низких концентрациях, поскольку это снижает вероятность развития резистентности. Кроме того, врачи обязательно должны доносить до пациентов, что нельзя при лечении антибиотиками прерывать курс, поскольку это приводит к тому, что в организме остаются популяции микроорганизмов, которые получили какую-то дозу антибиотика, но не погибли. Это приводит к выработке механизмов устойчивости», — объяснила Лидия Стоянова.
Другой подход, который сегодня набирает популярность, связан с использованием бактериоцинов. Такие соединения кардинально отличаются от антибиотиков тем, что представляют собой короткие молекулы белковой природы. Благодаря этому бактериоцины нетоксичны, в отличие от классических антибиотиков, которые обычно в какой-то мере являются токсичными или несут в себе аллергенные факторы. Бактериоцины подавляют рост бактерий, в основном действуя на клеточную стенку. Другое важное преимущество этих белков заключается в том, что в условиях желудочно-кишечного тракта человека они довольно быстро разрушаются и поэтому патогены не успевают приобрести к ним устойчивость.
«На сегодняшний день крайне востребован поиск новых противомикробных соединений, обладающих низкой токсичностью и эффективно работающих в очень низких концентрациях (пикомоли). В этом плане бактериоцины представляются крайне перспективными», — отметила Лидия Стоянова.
Но, вероятно, наиболее верный и доступный способ приостановить распространение антибиотикорезистентности — использовать лекарственные противомикробные препараты строго по назначению врача. Именно массовые попытки самолечения самых разных заболеваний — в том числе вирусных — с помощью антибиотиков сильно ускорили распространение антибиотикорезистентности среди бактерий.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
