Шанс выжить: ученые придумали как бороться с устойчивостью к антибиотикам

По данным Британского министерства здравоохранения, ежегодно в странах Евросоюза из-за бактериальных инфекций, с которыми не справились антибиотики, умирает 700 тыс. человек. А к 2050 году их число вырастет до десяти миллионов. Проблема антибиотической резистентности приобретает масштабы глобальной катастрофы. И это при том, что в последние 20 лет годы новых препаратов, способных эффективно бороться с бактериями, ученые создать не сумели.

По словам аналитика из биомедицинской организации Wellcome Trust Тима Джинкса, исследующего лекарственно-устойчивые инфекции, резистентность бактерий к антибиотикам - это проблема эволюции. При использовании таких лекарств в организме у пациента погибают почти все бактерии. Но выжившие, самые сильные, гораздо лучше сопротивляются воздействию препаратов. Затем эти стойкие микроорганизмы  размножаются, и следующее их поколение становится еще более устойчивым. Резистентность бактерий обусловлена также тем, что антибиотики слишком часто и неадекватно применяются как в медицине, так и ветеринарии и даже в животноводстве. Ведь не секрет, что многие фермеры для профилактики заболевания скота добавляют в корм сильные антибиотики. Кроме того, нередко врачи назначают пациентам антибиотики без необходимости и ошибаются с дозировкой. В итоге бактерии не погибают, а наоборот, приспосабливаются к ситуации, выживают и приобретают устойчивость к препаратам.

Специалисты Центра по контролю и профилактике заболеваний США составили список из 18 самых мощных лекарственно-устойчивых бактерий. Среди них: метициллин - резистентный золотистый стафилококк, лекарственно-устойчивые штаммы туберкулеза, гонореи, кишечной палочки (E. coli) и прочие. Бороться с такими бактериями с помощью антибиотиков особенно сложно, поскольку у них очень прочная клеточная стенка, состоящая из двух мембран. Компонентам антибиотика необходимо проникнуть через обе мембраны, сохранив при этом свой лечебный эффект. Сделать это непросто, поэтому существующие препараты перед упомянутыми бактериями зачастую бессильны.

Похоже, эту проблему, наконец, удалось решить объединенной группе

британских и китайских ученых. Результаты их исследования опубликованы в журнале Nature.

Используя сверхмощный свет, исследователи изучили в мельчайших деталях клеточные стенки грамотрицательной (резистентной к антибиотикам) бактерии кишечной палочки E. Coli. Наружная мембрана грамотрицательной бактерии защищает клетку от опасных для нее веществ, включая многие антибиотики, и в то же время обеспечивает обмен с окружающей средой питательными веществами и продуктами метаболизма. Особое внимание ученые уделили так называемым бактериальным воротам внешней мембраны, пропускающим, или наоборот, блокирующим проникновение внутрь бактерии химических веществ.

Как выяснилось, эти ворота состоят из бета-структурированного белка BAM (beta-barrel assembly machinery). Это своеобразный канал, который, кроме всего прочего, питает бактерию. Если его блокировать, вирус погибнет. Именно на основе этого открытия можно будет создать новое поколение антибиотиков. По словам ведущего автора исследования, профессора Чанцзяна Дуна из Университета Восточной Англии, белки BAM исключительно важны, и если их разрушить, можно убить грамотрицательные бактерии. А поскольку ВАМ находится на наружной стороне стенки микроорганизма, на него можно воздействовать при помощи препаратов, не проникая для этого сквозь мембрану. Компоненты антибиотика будут просто закрепляться на этом белке, нарушая его работу: синтез клеточных стенок прекратится, и бактерия погибнет.

Это радикально новый подход к преодолению бактериальной резистентности: до того пытались создать лекарства, способные уничтожить бактерию целиком, что сделать весьма проблематично, а в нынешних условиях практически нереально. Новая же технология позволит разрушить микроорганизм изнутри.

Есть и еще одна перспективная разработка, обещающая победить бактерии. В сентябре прошлого года престижную научную премию Фонда Ласкеров получила Эвелин Виткин из Рутгерского университета. Изучая мутацию генов у бактерий, она  выяснила, что повредить цепочку ДНК могут радиация, ультрафиолетовое излучение и некоторые химические вещества. Как в бактериях, так и в организме человека есть так называемая SOS-система, которая оперативно исправляет такие повреждения. Особые ферменты определяют дефектный участок ДНК, заменяют его новым путем синтеза новой последовательности нуклеотидов. Но когда SOS-система дает сбои, поврежденный участок ДНК восстановиться не может, что приводит к возникновению самых разных заболеваний, в том числе онкологических.

SOS-система не только выполняет репарационные функции, но и способствуют эволюции бактерий, их приспособлению к новым условиям существования. Дело в том, что поврежденная цепочка восстанавливается с небольшими погрешностями, обусловленными в том числе, новыми потребностям организма, условиями новой среды. Идея Эвелин Виткин состоит в том, что если отключать SOS-систему бактерии, то она просто погибнет. Таким образом решится проблема резистентности к антибиотикам, причем немедикаментозным способом.

Большие надежды ученые возлагают и на новый антибиотик Teixobactin, который нашли специалисты из Северо-Восточного Бостонского университета. Его обнаружили в необычных бактериях, которые живут в грязи. Ученые уже провели ряд испытаний на мышах и препарат вылечил грызунов от тяжелых инфекций, не оказав никакого побочного эффекта (в отличие от всех имеющихся аналогов). Новый антибиотик в лабораторных условиях легко справился с тяжелейшими штаммами туберкулеза, различными типами стрептококка, стафилококка и даже поборол сибирскую язву. В его состав входят особые компоненты, потенциально способные помочь человечеству побороть даже рак. Возглавивший разработку профессор Ким Льюис рассказывает, что Teixobactin удалось вырастить в пробирках, тогда как  ни одну из всех полезных для человечества бактерий невозможно получить в лабораторных условиях.

Teixobactin радикально отличается от всех других антибиотиков типом действия. Убивая бактерии, он блокирует жировые молекулы, которые необходимы для построения стенок клетки, лишая таким образом микроорганизмы шансов на изменение и сопротивление. И даже если они изменятся, бактерии все равно не должны развиться в заболевание. Препарат предотвращают рост микроорганизмов и подавляют их деление, поэтому к нему крайне сложно развить устойчивость. Она может появиться разве что спустя десятилетия после применения антибиотика. Препарат пока не прошел испытания на людях, поэтому не известно, как на него отреагирует человеческий организм.