Вопрос науки: человек против бактерий, кто кого?

Изобретение пенициллина спасло жизни многим людям, однако бактерии подготовили для нас эволюционный ответ. Они передумали погибать от антибиотиков. Чем это грозит человечеству?

Александра Сергеевича Пушкина, а так же огромное число других больных и раненых можно было бы спасти, будь в распоряжении врачей прошлого антибиотик, любой – хотя бы пенициллин. В наши дни антибиотики окружают нас буквально со всех сторон. Проблема однако в том, что бактерии подготовили для нас эволюционный ответ. Они передумали погибать от антибиотиков. О том, чем нам то грозит расскажет доктор биологических наук, профессор университета Радгерса в Соединенных Штатах и профессор Сколковского института науки и технологий Константин Викторович Северинов. 

Антибиотики – это химические вещества, которые угнетают рост клеток, не обязательно бактерий. Большинство антибиотиков биологического происхождения: их производят микробы, в основном бактерии, а также некоторые грибы, чтобы общаться друг с другом. Живя в одном организме (например, в вас!) микробы образуют сообщества, где каждый должен дать другому знать, что он уже здесь есть, и это место, этот лакомый кусочек пищи, например, уже облюбован им, а не кем-то другим. Коммуникационная система у них очень простая: огородить участок и никого не пускать, выпустив наружу яд, химическое вещество. Естественно, что те микробы, которые производят антибиотики, сами к этому конкретному антибиотику устойчивы. Антибиотиков много. Много разных языков.

1:0 Открытие пенициллина

1928 год. Лаборантка Александра Флеминг по всей видимости недостаточно чисто сделала свою работу и в чашке Петри оказался гриб, который образовал колонию. Флеминг заметил, что вокруг колоний гриба бактерии не растут и задумался, почему. Так был обнаружен пенициллин, которым начали лечить людей в 1942 году, во время войны.  Но уже в 1945 году возникли первые случаи устойчивости, то есть уже тогда появились пациенты, на которых лечение не действовало, так как бактерии их организма уже приспособились к антибиотику. 

Дальше – больше: в 1946 году уже 14% людей, которых пытались пролечить в больницах, не отвечали на пенициллин. В 1950 году – 59%. Появление, в 60-х годах устойчивые к пенициллину штаммы стали появляться вне больниц: в природе, в сельском хозяйстве, где угодно. В 90-х годах 95% больничных штаммов устойчивы к пенициллину, именно поэтому пенициллином мы больше не лечимся. 

1:1 Пенициллин перестал работать

В сущности, это результат грандиозного, в таком глобальном масштабе, планетарного эксперимента по эволюции. Произошла эволюция. В результате изменения окружающей среды, а именно добавления большого количества антибиотика в среду микробы стали устойчивы к этому антибиотику. 

Микробов на нашей планете 10 в тридцатой штук. Не спрашивайте, как их посчитали, но их приблизительно столько. Это очень много. И там всегда возникнет хоть какой-нибудь вариант, который сможет приспособиться ко всему, что мы можем придумать. Возникает вопрос – что же делать, если пенициллин не работает, можно ли повторить успех Флеминга и выделить другие антибиотики, не пенициллины?

2:1 Человечество ищет другие антибиотики 

В 50-60-е годы открыли десятки новых типов антибиотиков.  Со временем возникла проблема, что методы, которые использовались для поиска новых антибиотиков прекратили работать, потому что ученые находили все то же самое. Дело в том, что большинство микробов отказываются расти у нас на этих пресловутых чашках Петри. Ведь все, что делали в золотой век поиска антибиотиков, это культивировали микробы на каких-то питательных средах – мясном бульоне, например, или на яичном желтке, если вы хотите быть более таким вычурным. Но выяснилось, что 99,9 % микробных клеток, которые нас окружают, просто в наших лабораторных условиях не растут. А раз они не растут, то вы не можете спросить, кодируют ли они какой-то антибиотик. Они просто недоступны. Нужно ловить их в естественном состоянии. Так, совсем недавно датские ученые выделили новый класс антибиотиков, подавляющий рост золотистого стафилококка из содержимого носа одного из исследователей. 

2:2 Бактерии снова приспособились

И с каждым из новых антибиотиков повторилась история возникновения устойчивости, как с пенициллином. Как они это делают? Как микробы учатся так быстро?

На самом-то деле микробы общаются друг с другом еще и на языке ДНК, они передают друг другу генетическую информацию. Причем они могут передавать информацию организмам другого вида, другого типа, другого рода и так далее.  Плазмиды, очень маленькие молекулы ДНК, как правило кольцевые, живут внутри бактерий, и размножаются вместе с ними и могут перескакивать из одной бактерии в другую. Вне бактерии такая кольцевая молекула существовать не может, ей нужна среда. Это молекула, захваченная бактерией, что-то типа паразита, живущего внутри бактерии. Плазмиды могут случайно захватывать какие-то гены бактерий и перетаскивать вместе с собой в другую бактерию, другие виды, другие роды. 

Если случайно какая-то бактерия получила плазмиду, в которой почему-то есть ген устойчивости, она будет расти и делиться и будет их все больше и больше. И мы, врачи, вынуждены переходить на другой антибиотик.

Закон больших чисел. Так много бактерий, что всегда это произойдет. Это невозможно контролировать. И сейчас есть плазмиды с генной устойчивостью, на них есть гены устойчивости к десяткам различных антибиотиков.

3:2 Человечество совершенствует поиск

Возникло новое совершенно направление науки, называемое геномикой, мы научились определять гены последовательности ДНК организмов, даже не имея этого организма, не держа его в руках. Информацию о том, как делается тот или другой микроб, можно просчитать и хранить на компьютере. Есть специальные люди – биоинформатики, крайне быстро развивающаяся область нашей науки, это люди, которые читают генетические тексты, и интерпретируют их. Дальше они делают предсказания, и действительно говорят, что мы думаем, что вот этот ген или эта группа генов могла бы кодировать какой-то белок. То есть, они существенно сужают поиск новых антибиотиков.

Сможет ли мы когда-нибудь найти универсальный антибиотик? Нет. Что же делать? Нужно искать новые антибиотики, но при этом нужно понимать, что мы никогда не решим проблему устойчивости.

 

31.03.2017 12:04:23