Статьи
Статья

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.

 

Читайте также
Как поймать темную материю
Как поймать темную материю
Темная материя есть даже в вашей комнате, но как ее поймать?
Венера — наша историческая родина?
Венера — наша историческая родина?
Благодаря находке фосфина в облаках Венеры, астрофизики обрели веру в возможность обнаружения внеземной жизни.
Секреты молодости от Павла Дурова — это научно или нет?
Секреты молодости от Павла Дурова — это научно или нет?
Можно ли верить и следовать семи правилам Дурова?