Устойчивость к антибиотикам: бактерии вышли из-под контроля!

Проблема устойчивости к антибиотикам не новая. С каждым годом микроорганизмы становятся сильнее, а арсенал средств против них постепенно исчерпывается. Неужели в конечном итоге бактерии одержат полную победу над человеком?!

Бактерии вышли из-под контроля

За почти 90 лет антибиотики спасли сотни миллионов жизней. Тяжелые бактериальные инфекции капитулировали перед смертоносной силой новых лекарств. Вплоть до 60-х годов прошлого столетия медики были уверены в безоговорочной победе над бактериями, однако все оказалось не так просто. Микробы постепенно стали адаптироваться к антибиотикам, вырабатывая к ним устойчивость. И сегодня это одна из серьезнейших проблем, которая может обернуться настоящим апокалипсисом для человечества.  

В 2014 году Всемирная организация здравоохранения забила тревогу в связи с тем, что все больше бактерий начинают выходить из-под контроля. Настоящей катастрофой резистентные формы антибиотиков становятся для отделений интенсивной терапии, где имеется множество патогенных микробов с устойчивостью ко многим антибактериальным препаратам.

ESKAPE

Аббревиатура ESKAPE указывает на наиболее опасные и часто встречаемые внутрибольничные микроорганизмы: Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acetinobacter baumanni, Pseudomonas aeruginosa и Enterobacter spp. Сложнее всего дела обстоят с грамотрицательными бактериями, поскольку их клеточная оболочка не позволяет лекарству проникнуть внутрь клетки. А если антибиотик и проникает, то специальные молекулярные насосы в клетке его выкачивают.

Сегодня в портфелях ведущих фармацевтических компаний почти не осталось действенных антибиотиков против устойчивых форм бактерий. За последние несколько лет у энтерококков появилась резистентность к ванкомицину и ампициллину. Наиболее тревожная новость в том, что бактерии виртуозно справляются и с антибиотиками нового поколения, например, даптомицину или лизенолиду.

Александр Флеминг

Угроза эпидемий и финансового кризиса

Борьба с антибиотикорезистентностью пока не приносит плодов. Новые антибиотики выходят на рынок крайне редко. Из-за неудач, которые предпринимаются учеными в поисках эффективных антибактериальных препаратов, интерес фармкомпаний к антибиотикам также снижается. Компания просто невыгодно вкладывать сотни миллионов долларов в разработку и производство препарата, которые спустя несколько лет может оказаться неэффективным. В то же время специалисты в сфере здравоохранения говорят о грядущей угрозе смертоносных эпидемий, и если человечество сейчас не предпримет усилий в поисках новых препаратов, то жертвами инфекций могут стать десятки и сотни миллионов людей.

Сегодня врачи отмечают, что проблема устойчивости бактерий к антибиотикам серьезно влияет на заболеваемость и повышает смертность. Теперь пациентов приходится лечить дольше, применяя больше антибиотиков, что влечет за собой и финансовые затраты. Поскольку данная проблема с каждым годом становится все более сложной, то эксперты опасаются финансового коллапса в медицинской сфере. Для борьбы с антибиотикорезистентными формами бактерий некоторые клиники используют современные технологии, в частности, строят отдельные корпуса, где стены продуваются специальным обеззараживающим потоком воздуха. Однако такая технология крайне дорогая, и позволить ее себе могут только очень богатые клиники.

В США и некоторых странах Европы проведены серьезные исследования касательно влияния антибиотикорезистентных форм на производительность труда. Выяснилось, что из-за таких инфекционных болезней государство теряет миллиарды долларов, а на здравоохранения приходится выделять дополнительные суммы.

Review on Antimicrobial Resistance

В связи с растущей проблемой устойчивости бактерий к антибиотикам, правительство Британии запросило у своих ученых провести масштабное исследование Review on Antimicrobial Resistance. Согласно прогнозам британских специалистов, уже к 2050 году смертность из-за устойчивости к антибиотикам составит более 10 миллионов человек! Затраты на борьбу с этой проблемой достигнут 3,5% от общемирового ВВП.

Бывший премьер-министр Великобритании Дэвид Кэмерон, чье правительство и заказало исследование, был крайне взволнован выводами ученых. Политик отметил, что если человечество никак не сможет повлиять на явление антибиотикорезистентности, то в ближайшем будущем мы можем столкнуться со сценарием, когда антибиотики перестают работать, а мы скатимся в темные века, когда медицина была бессильной против инфекций.

Устойчивость к антибиотикам

Основная задача – разорвать клеточную стенку бактерий

Клеточная стенка бактерий – основной защитник микроорганизмов от вредоносного воздействия извне, в том числе и антибиотиков. Бактерии постоянно обновляют клеточную стенку, что позволяет им эффективно защищаться от неприятеля.

Ключевым элементом клеточной стенки бактерий является пептидогликан – полимер, состоящий из плотных углеводных нитей, которые сшиты белковыми мостиками. Это прочная структура, придающая клеточной стенке механической жесткости. В плазматической мембране бактериальной клетки имеется молекула липид ІІ, которая отвечает за транспортировку строительных элементов пептидогликана бактериальной стенки. Многие антибиотики в качестве мишени нацелены именно на липид ІІ. Это очень удобно, поскольку в большинстве бактерий имеется одна и та же молекула липида ІІ, а в клетках человека его нет.

Долгое время липид ІІ считался своего рода ахиллесовой пятой бактерий, однако недавно бактерии научились сопротивляться и к тем антибиотикам, которые действуют на липид ІІ, в частности к ванкомицину. Этот антибиотик прекрасно справлялся с энтерококками, но сегодня у этих бактерий уже имеется к нему резистентность.

антибиотики

В поисках новых антибактериальных средств ученые стали искать их в естественных средах обитания бактерий, где между отдельными микроорганизмами идет борьба на выживание. То есть, сами бактерии вынуждены бороться с другими бактериями при помощи химических веществ, которые они синтезируют. Так, в 2015 году группой американских ученых из Национального института здоровья в Мэриленде был открыт антибиотик тейксобактин, который обнаружили в почве. Исследования тейксобактина на культурах клеток показывают, что он действует не только на липид ІІ плазматических мембран бактерий, но и липид ІІІ – молекулу, которая является предшественников тейхоевой кислоты (еще одного важного компонента клеточной стенки бактерий). Другими словами, тейксобактин может стать хорошей альтернативой ванкомицину, однако опыты на животных пока не проводились, и до возможного внедрения этого препарата в медицинскую практику еще далеко. Пока результаты исследований на культурах клеток показывают, что токсичность тейксобактина на клетки человека очень низкая, что хорошо.

В настоящее время разрабатываются и другие антибиотики, нацеленные на липид ІІ, среди которых можно назвать низин, микробиспорицин и оритаванцин. Последний уже одобрен в США, и сегодня его используют для лечения ряда кожных инфекций.

Как формируется резистентность к антибиотикам

Антимикробные пептиды

После того, как стало понятно, что бактерии научились обходить атаки синтетических веществ, ученые стали искать естественные антибактериальные вещества. Антимикробные пептиды являются естественными антибиотиками, которые имеются во всех живых организмах, в том числе и у человека. Они случат первичной мерой защиты от патогенных микроорганизмов и задействованы в системе врожденного иммунитета.

На сегодняшний день науке известно до 800 различных антимикробных пептидов, некоторые из которых проявляют и противоопухолевые свойства (например, дефензины).

Для большинства антимикробных пептидов характерны общие черты и свойства. Как правило, это короткие пептиды с высоким положительным зарядом, что позволяет им разрывать клеточные мембраны бактерий (которые заряжены отрицательно).

Выделяют два основных механизма действия антимикробных пептидов: угнетение метаболических процессов и нарушение целостности клеточной стенки. Примечательно, что большинство из этих пептидов действуют по второму сценарию.

Недостатком антимикробных пептидов является тот факт, что они проявляют свои свойства при достаточно высоких концентрациях. Среди преимуществ можно отметить скорость действия, они достаточно быстро поражают бактерии, а также обладают широким спектром действия.

Ряд антимикробных пептидов обладает цитотоксическим эффектом, что позволяет их использовать для лечения заболеваний кожных покровов и слизистых оболочек (без введения этих препаратов в кровь). В настоящее время антимикробные пептиды активно изучаются во многих странах. На их основе создаются противомикробные препараты от ряда инфекционных патологий. Одним из наиболее успешных примеров являются антибиотик рамопланин, который сегодня находится на стадии клинических исследований.

 

Биохирургия – личинки вместо скальпеля

Мало кому известен один любопытный факт из хирургии древности. Раньше, когда не было скальпелей и элементарных средств по дезинфекции, раны (в том числе и глубокие) лечили с помощью личинок мух Lucilia sericata. Принцип действия такой «биохирургии» заключался в том, что личинки охотно поедали омертвевшие ткани в ране, а также выделяли целый коктейль из антимикробных веществ, обеззараживая рану. Таким образом, рана быстро затягивалась.  

Сегодня возможности антимикробных пептидов активно изучаются и в отношении бактерий, создающих так называемые биопленки. В этом вопросе имеются серьезные подвижки. В частности, разработаны препараты из комбинации различных антимикробных пептидов, которые разбивают биопленки на слизистых тканях животных (например, в тканях органов дыхания).

Устойчивость к антибиотикам и дисбактериоз

Вспомнить о былом

Для решения проблемы антибиотикорезистентности хороши все методы, которые позволяют без ущерба для здоровья человека побороть патогенную инфекцию. Помимо изобретения новых лекарственных средств и подходов, ученые также занимаются улучшением старых методик. О некоторых из них мы вам расскажем.

  • «Посеребрить» антибиотики. Об антисептических свойствах серебра известно дано. Ученый из Бостонского университета Джеймс Коллинз решил проверить, как будут работать антибиотики, если к ним добавить ионы серебра. Было проведено несколько исследований, которые показали, что при добавлении ионов серебра современные антибиотики в состоянии уничтожать в 1000 раз больше патогенных бактерий, что, несомненно, является огромным успехом. Каким же образом достигается столь впечатляющий эффект? Оказывается, при добавлении серебра у бактериальных клеток резко повышается проницаемость клеточной мембраны для лекарственных средств. Кроме того, ионы серебра нарушают метаболизм бактерий, из-за чего в них образуется большое количество реактивных форм кислорода, которые агрессивны в отношении бактериальных клеток.
  • Повернуть эволюцию вспять. Ученые из Калифорнийского университета заметили очень любопытную вещь. Оказывается, когда бактерия становится резистентна к одному антибиотику, то это ее делает более уязвимой к другому антибактериальному препарату. Открытие такого явления позволяют задуматься о создании специфической стратегии лечения несколькими антибиотиками, вынуждая бактерии потерять устойчивость к антибиотику, которым лечили больного изначально.
  • Бактериофаги и бактерии. Природа устроена таким образом, что практически у каждого живого организма имеется свой враг, и бактерии здесь не исключение. Бактериофаги – это вирусы бактерий, которые поражают бактериальные клетки, в которых они размножаются. Примечательно, что о бактериофагах стало известно до открытия пенициллина. Однако о них быстро забыли, когда в медицине стали применять антибиотики. Сегодня же бактериофаги вновь в центре внимания, поскольку они могут стать хорошей альтернативой. Преимущество этих вирусов в том, что они не поражают клеток человека, а бактерии не проявляют к ним резистентности. Еще один способ бороться с патогенными бактериями – использовать против них другие бактерии. Этот принцип хорошо работает в отношении кишечных бактерий, из-за которых развивается дисбактериоз.
Потребление антибиотиков

Уровень потребление антибиотиков на душу населения в %

Прогнозы на будущее

К сожалению, пока прогнозы по борьбе с устойчивостью бактерий к антибиотикам неутешительны. И, тем не менее, мировое научное и медицинское сообщество не покладая рук работают над решением этой проблемы. Как было сказано выше, сегодня разрабатываются новые антибактериальные препараты и создаются новые подходы в лечении инфекционных заболеваний. Однако большинство разработок пока проходят этап доклинических исследований, и говорить об их применении в медицинской практике пока рано. Кроме того, одних только разработок новых антибиотиков недостаточно. Необходимы новые вакцины от патогенных штаммов, улучшение состояния с санитарным контролем и гигиеной, в том числе и в сельском хозяйстве.

Сегодня ряд международных организаций, таких как Инициатива по инновационным лекарственным средствам ЕС, Глобальный фонд и другие запустили программы по поиску и внедрению новых лекарственных средств от патогенных микробов. При этом в эти программы задействованы не только ученые и медики, но и промышленность, сельское хозяйство и другие отрасли экономики. Учитывая столь сильную обеспокоенность и желание справиться с проблемой устойчивости бактерий к антибиотикам, все же, остаются оптимистичные ожидания, и, возможно, человечеству, все же, удастся избежать «апокалипсиса», который может наступить из-за отсутствия контроля над патогенными микроорганизмами.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: