Як бактерії перемогли антибіотики

А Флемінг попереджав!

У 1945 р. в інтерв'ю New York Times батько пеніциліну Олександр Флемінг, усвідомивши загрозу захоплення антибіотиками, застеріг людей від зловживання цими препаратами. "Прийде час, коли пеніцилін можна буде купити в будь-якому магазині. Тоді виникає небезпека, що неосвічена людина зможе легко призначити собі дозу і піддати мікроби несмертельним для них кількостей лікарського засобу, зробивши їх стійкими", - написав Флемінг. У 2015 р. ВООЗ опублікувала доповідь, присвячений мутацій хвороботворних бактерій. У ньому, зокрема, йдеться, що світу загрожує постантибиотическая ера. "Без прийняття термінових, скоординованих заходів світ може опинитися в ері постантибиотиков, коли загальні інфекції і незначні травми, виліковні протягом десятиліть, можуть знову виявитися смертельними", - говорить заступник генерального директора ВООЗ з питань безпеки в області охорони здоров'я доктор Кейджі Фукуда.
Схоже, песимістичні прогнози збуваються. Місяць тому вчені виявили бактерії з геном, що забезпечує стійкість до одному із самих сильних антибіотиків - колистину, який застосовують, коли ніякі інші препарати вже не здатні знищити небезпечні мікроорганізми. Таким чином, сталося те, чого всі так боялися: світ опинився на порозі появи бактеріальних інфекцій, для лікування яких навіть формально не існує ні ліків.

На порозі глобальної катастрофи

Вчені підрахували, що стійкість бактерій до одного або декількох антибактеріальних препаратів тільки європейським країнам обходиться в 1,5 млрд євро додаткових витрат на охорону здоров'я. Крім того, щорічно фіксується 25 тис. смертей від госпітальних інфекцій в Європі і 90 тис. - в США. У країнах, що розвиваються, ситуація набагато гірша, але оцінити її складно із-за відсутності достовірної статистики. Так що проблема стійкості бактерій до антибіотиків - глобальна, вона стосується всіх без винятку держав світу.

В кінці жовтня вчені з різних наукових і медичних інститутів США опублікували в журналі Lancet результати дослідження ефективності антибіотиків. Виявилося, що приблизно половина бактерій, які заносять в організм інфекції після проведення рутинних хірургічних операцій, стійкі до вживаних антибіотиків. Не дивно, що багато лікарі б'ють на сполох і називають зниження ефективності антибіотиків "тікає бомбою". За словами провідного автора дослідження професора Раманана Лакшминараяна з Центру вивчення динаміки хвороб у Вашингтоні, зростаюча стійкість бактерій до антибіотиків збільшила кількість смертей немовлят у бідних країнах і літніх людей багатих. У міру старіння населення буде дедалі більше операцій, а значить, ситуація буде погіршуватися. Лора Пиддок, професор мікробіології з Університету Бірмінгема, каже, що людству терміново потрібні антибіотики нового покоління, до яких у бактерій поки немає стійкості. Інакше все може закінчитися масовим вимиранням.

Проблема настільки серйозна, що в європейських країнах її вже вирішують на урядовому рівні. Зокрема, вона обговорювалася на зустрічі лідерів G7 в Брюсселі. А прем'єр-міністр Великобританії Девід Кемерон закликав глав всіх країн і світові фармацевтичні компанії об'єднати зусилля у створенні універсального антибіотика, який знищує всі без винятку бактерії. "Якщо цього не зробити, людство повернеться в середньовіччі, коли люди вмирали від виліковних інфекцій", - заявив він.

На думку вчених, серед головних причин розвитку резистентності - надмірне і неправильне застосування антибіотиків. Директор американського Центру з контролю і профілактики захворювань Стів Соломон відзначає, що через часте використання антибіотиків протягом останніх 70 років бактерії виробили стійкість практично до всіх існуючих препаратів. Доктор Чарльз Пенн, координатор ВООЗ по роботі у сфері запобігання розвитку резистентності до протимікробних препаратів, каже, що часто навіть лікарі погано розуміють різницю між бактеріями, вірусами та іншими патогенами, а відповідно, не можуть визначити, коли варто приймати антибіотики. За його словами, дуже часто вони їх призначають при вірусних інфекціях, таких як застуда, грип та діарея, не утруднюючи себе пошуком альтернативної терапії.

Важливу роль у розвитку бактеріальної стійкості зіграло також надмірне і неправильне застосування антибіотиків в сільському господарстві: у тваринництві, птахівництві їх часто застосовують практично безконтрольно. Ними обробляють овочі і фрукти, особливо імпортні, що транспортуються на великі відстані, - для збільшення терміну зберігання. У підсумку начинена антибіотиками їжа потрапляє в організм людини. При постійному "подкармливании" ліками бактерії звикають до них і виробляють стійкість. У підсумку, коли людина, захворівши, приймає антибіотик, він не діє.

Як обдурити бактерії

Протягом останніх 70 років проходить змагання фармацевтів і бактерій. По мірі того, як певні антибіотики перестають діяти, на ринок виходять нові аналоги, до яких мікроорганізми з часом виробляють стійкість. Все це, схоже, сізіфова праця і навряд чи може стати рішенням проблеми на довготривалій основі.

Єдиним виходом є створення революційних антивірусних технологій.
Найефективніша на сьогодні методика використання бактеріофагів, тобто заражають бактерії вірусів. Пробравшись в клітини мікроорганізмів, фаги діляться, поки не заповнюють всю бактерію. У підсумку вона лопається, як повітряна кулька. Перевага такої терапії в тому, що фаги еволюціонують разом з бактеріями, а значить, імунітет до них мікроорганізми не набувають.

Принципово також, що бактеріофаги дуже вибагливі: їх можна "нацькувати" на конкретні шкідливі бактерії, інших вони знищувати не стануть. З іншого боку, phage терапія має чимало слабких сторін, зокрема, це досить складна і часто небезпечна для організму процедура. Тому вчені активно шукають більш прийнятні альтернативи.

Так, вчені з Університету Східної Англії навчилися руйнувати щільну ліпідну оболонку, завдяки якій грамнегативні бактерії є особливо стійкими до антибіотиків. Важливість відкриття полягає в тому, що вони зуміли впливати на захисний бар'єр патогенів, а не на них самих. Це означає, що в майбутньому лікарських засобів не потрібно буде проникати всередину бактерій, а відповідно, мікроорганізми не зможуть виробити до них стійкість.

Мікробіології з Університету Британської Колумбії знайшли пептид, який запобігає розмноженню бактерій, здатних утворювати біоплівки: вони розмножуються на шкірі, в легенях, серці, інших тканинах і є причиною 70% всіх інфекцій в організмі людини. За словами очолив розробку професора кафедри мікробіології та імунології Боба Хенкока, особливий пептид, що складається з 12 амінокислот, здатний боротися з багатьма штамами бактерій, в тому числі і з не піддаються лікуванню більшістю антибіотиків. Відкриття може стати новим етапом у створенні новітніх ефективних антибактеріальних препаратів.

Важливе відкриття зробила і команда британських вчених з лондонського Університету Біркбек і університетського коледжу Лондона. Вони розкрили механізми, з допомогою яких бактерії обмінюються стійкими до антибіотиків генами. Знаючи, як відбувається такий процес, можна розробити нові сполуки, здатні перекрити канал розповсюдження гена лекарствоустойчивости.

Окрема область досліджень резистентності бактерій - нанотехнології. Так, вчені з Бернського університету в Швейцарії виявили, що для подолання бактеріальної стійкості можна використовувати наночастинки на основі ліпідів, схожі за своєю будовою на мембрану клітини-господаря. Ці наночастинки діють в якості приманки для бактеріальних токсинів. Притягаючи токсини і з'єднавшись з ними, вони легко їх знищують без шкоди для здорових клітин організму.

Нещодавно в Массачусетському технологічному інституті розробили "фагмиды" - наночастинки, які зможуть ефективно знищувати хвороботворні бактерії. Ідея та ж, що і при використанні бактеріофагів, але з принциповою відмінністю: патогенна клітина вмирає, але мікроорганізми при цьому не вибухають. "Вибух бактерії може призвести до вивільнення небезпечних токсинів. У нашій технології подібні побічні ефекти виключені", - пояснив керівник дослідження Джеймс Коллінс. Науковці уже підтвердили ефективність частинок на Escherichia coli, а найближчим часом вони спробують знищити за допомогою "фагмид" збудника холери.

Хоча всі згадані кошти поки лише на стадії тестувань, зусилля вчених вселяють надію, що одного разу знайдеться дешева, безпечна та ефективна альтернатива антибіотикам і людство найближчим часом не вимре від холери.

Їх дуже багато

Стійкість до антибіотиків навчилися виробляти самі різні інфекції. Зокрема, в доповіді ВООЗ наголошується, що широко поширена інфекція кишкової палички, яка традиційно лікувалася фторхінолонами, антибіотиками широкого спектру дії, вже виробила резистентність. В Австрії, Австралії, Канаді, Франції, Японії, Норвегії, Словенії, Південній Африці, Швеції і Великобританії підтверджена неефективність лікування гонореї третім поколінням цефалоспоринів. Європейські вчені також встановили, що 60% стафілококових інфекцій (викликають гнійно-запальні вогнища і інтоксикацію) "подружилися" з метициллином. Медики кажуть, що у пацієнтів з метицилін-стійкий золотистим стафілококом на 64% вище ризик померти, ніж у сприйнятливих до антибіотиків людей.
Особливо небезпечні грамнегативні бактерії: Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa та Acinetobacter baumannii. До речі, саме для боротьби з такими інфекціями і використовувався колістин, який часто залишався останнім доступним засобом для врятування життя.