Новый мир супербагов
Почему наше оружие становится все менее и менее эффективным против бактерий, и прежде всего: где мы можем получить замену? Удивительные ответы на некоторые из самых насущных вопросов будущего.
Бактериальные инфекции, такие как гангрена и туберкулез, когда-то были одними из самых смертоносных и страшных болезней, но ситуация резко изменилась, когда стали доступны первые антибиотики: эти небольшие молекулы, в основном нетоксичные и простые в производстве, когда-то превратились в смертельные бактерии. нападает по мелочи. Но защитный щит становится изрешеченным: все больше и больше бактерий вырабатывают устойчивость к прежнему чудо-оружию. Можно ли переломить эту тенденцию?
Откуда берется устойчивость к антибиотикам?
Устойчивость к антибиотикам происходит из того же источника, что и антибиотики: из дикой природы. Все известные классы антибиотиков происходят от организмов, которые используют их для борьбы с нежелательными бактериями. Плесень Александра Флеминга, производящая пенициллин, была лишь первым примером этой универсальной химической войны в мире микробов. А там, где есть оружие нападения, есть и средства защиты - точно так же, как антибиотики были частью арсенала выживания на протяжении миллионов лет, бактерии всегда знали, как защитить себя.
Самые старые известные гены устойчивости происходят от 30 000-летних бактерий, замороженных в арктической вечной мерзлоте. Такие сопротивления можно найти даже на сотни метров ниже поверхности земли. Они возникли задолго до того, как люди начали использовать антибиотики в своих целях. Однако в нормальных условиях эти защитные уловки довольно редки, потому что антибиотики обычно встречаются в природе только в мельчайших концентрациях. Некоторые эксперты подозревают, что в дикой природе они в основном действуют как сигнальные вещества или регулируют определенные гены.
Почему все больше и больше бактерий становятся устойчивыми?
Долгое время было неясно, действительно ли устойчивость к антибиотикам растет во всем мире. Только в 2014 году Всемирная организация здравоохранения получила обзор, в результате которого резистентность растет не только у бактерий, но и у всех патогенных организмов на всех континентах. Они заключают, что постантибиотическая эра в 21 веке вполне возможна.
Другие исследования также подтверждают этот вывод. В 2013 году Центры по контролю и профилактике заболеваний США обнаружили, что устойчивые к антибиотикам патогены являются одной из 15 основных причин смерти в США. Картина довольно смешанная. В то время как некоторые распространенные патогены остаются чувствительными к обычным лекарствам и даже реагируют на древний препарат пенициллин, некоторые заболевания практически невозможно вылечить. К ним относится туберкулез.
Появление резистентности - простое следствие эволюции. Сопротивления присутствуют в окружающей среде. Когда популяции бактерий вступают в контакт с ядом, те организмы, которые нечувствительны или, по крайней мере, толерантны к более высоким концентрациям активного ингредиента, имеют преимущество. Два обстоятельства значительно ускоряют это развитие: с одной стороны, бактерии чрезвычайно быстро размножаются, так что даже очень редкий ген устойчивости может утвердиться за короткое время. С другой стороны, большинство бактерий поглощают ДНК из окружающей среды или обмениваются генетическим материалом с другими бактериями - так резистентность распространяется за границы вида.
Проблема была бы намного меньше, если бы активные ингредиенты использовались экономно и разумно. Но эксперты уже давно жалуются на чрезмерное и безответственное использование антибиотиков в медицине, животноводстве и других областях, таких как аквакультура. Таким образом, вы используете активные ингредиенты по подозрению, во многих странах вы можете купить их бесплатно. Антибиотики иногда используются в сельском хозяйстве в качестве стимуляторов роста, а такие вещества, как колистин, все еще широко использовались в ветеринарии после того, как они были сохранены в резерве у людей на случай чрезвычайных ситуаций. Из-за высокого потребления большие количества антибиотиков также попадают в окружающую среду и водоемы. Считается, что эта крупномасштабная деформация также способствует проблеме резистентности.
Каковы последствия сопротивления?
Даже сегодня все больше и больше людей умирает в результате инфекций, которые раньше можно было вылечить антибиотиками. Однако неясно, сколько их на самом деле. Также неизвестно, как эти инфекции будут развиваться в мире без эффективных антибиотиков. В 2014 году рабочая группа британского правительства предсказала, что в 2050 году 300 миллионов человек умрут преждевременно из-за резистентных микробов. В то время как более трезвые умы считают предположения, лежащие в основе такого высокого числа погибших, нереалистичными, последствия распространения сопротивления также выходят далеко за рамки простой смертности.
В настоящее время антибиотики нужны не только для лечения некоторых острых инфекций. Целый ряд хирургических вмешательств, например имплантация суставов, а также вмешательства на желудочно-кишечном тракте сопряжены со значительным риском инфекции, как и простые роды. Другие ситуации, такие как трансплантация органов и химиотерапия рака, необратимо ослабляют иммунную систему. Особенно в случае серьезных и долговременных медицинских осложнений станет заметен пробел в защите из-за повсеместной резистентности, а риск рутинных медицинских вмешательств у здоровых людей вряд ли возрастет.
Но ситуация также будет иметь последствия для тех, кто меньше пострадал от инфекций. Бактериальные инфекции станут более частыми, в среднем более серьезными, длительными и, следовательно, значительно более дорогими. Системы здравоохранения многих стран уже сталкиваются с серьезными проблемами из-за дефицита финансирования. Устойчивость к антибиотикам еще больше увеличит усилия и затраты. Кроме того, фрукты, овощи, мясо и рыба, вероятно, станут значительно дороже, потому что теперь они защищены от бактерий антибиотиками.
Почему так мало новых антибиотиков?
Снова и снова читаешь, что нехватка новых антибиотиков - это в первую очередь экономическая проблема; Антибиотики не смогли окупить свои затраты на разработку. Отчасти это правда: антимикробные агенты имеют довольно короткий срок службы. Гораздо выгоднее с экономической точки зрения разработать лекарство от хронического заболевания, которое пациенты должны принимать годами. Кроме того, новые антибиотики, скорее всего, будут отложены на крайний случай.
Но это только часть объяснения. Потому что некоторые крупные фармацевтические компании все еще исследуют новые антибиотики, но с ограниченным успехом. Оказалось, что найти новые антибиотики чрезвычайно сложно. Промышленный исследователь объяснил в интервью в 2013 году, что многие многообещающие активные ингредиенты оказались слишком токсичными. Особо следует отметить, что классическая стратегия современных исследований в области лекарственных средств, заключающаяся в выявлении перспективных молекулярных мишеней и поиске активных веществ против них, потерпела неудачу в исследованиях антибиотиков. Несмотря на первоначальную эйфорию, бесчисленные секвенированные бактериальные геномы ничего не изменили.
На горизонте может произойти смена парадигмы: вернуться к химии натуральных продуктов, где вы ищете интересные молекулы в биологических образцах. Эти методы очень трудоемки, но обнаружение тейксобактина при анализе почвенных микробов, которые не растут в лаборатории, показывает, что этот подход имеет потенциал.
Но надежды на новый золотой век антибиотиков, вероятно, преувеличены. Тот факт, что благодаря антибиотикам человечество в течение нескольких десятилетий имело преимущество в борьбе с бактериями, вероятно, является уникальной исторической удачей, которая была небрежно растрачена. Эксперты предполагают, что все классы активных ингредиентов, которые легко найти, малотоксичны и просты в использовании, найдены. Золотые годы закончились.
Открытие пенициллина, безусловно, является одним из важнейших достижений медицины. Это началось летом 1928 года, когда бактериолог Александр Флеминг, работая в больнице Святой Марии в Лондоне, заметил, что одна из его бактериальных культур поросла плесенью. Однако вместо того, чтобы просто выбросить их, как его коллеги раньше, он присмотрелся к ним поближе. Он обнаружил, что бактерии больше не размножаются в непосредственной близости от грибка.
Он исследовал влияние плесени (Penicillium notatum) на другие виды бактерий и понял, что бактерии погибают, но не оказывают повреждающего действия на клетки животных и человека. Однако это открытие не вызвало большого резонанса среди ученых, и Говарду Флори и Эрнсту Чейн потребовалось десять лет, чтобы разобраться с грибком. Наконец, в 1940 году они выделили первый пенициллин и испытали его на людях.
Начавшаяся Вторая мировая война неожиданно повысила интерес к новому антибиотику. В США новым штаммам (Penicillium chrysogenum) удалось в 1943 г. произвести активное вещество в количествах, достаточных для лечения сначала раненых солдат, а затем и гражданского населения. В 1945 г. Флеминг, Флори и Чейн были удостоены Нобелевской премии за свою новаторскую работу.. И по сей день с помощью пенициллина спасено бесчисленное количество жизней.
Какие существуют альтернативы антибиотикам?
Антибиотики - не единственное изобретение, которое живые существа используют для борьбы с агрессивными бактериями. У высших живых существ, таких как растения, животные и грибы, несмотря на их огромные различия в иммунной системе, есть общий механизм защиты от микробов: так называемые антимикробные пептиды. Это небольшие белки, длина которых редко превышает 50 аминокислот, которые убивают бактерии и другие микроорганизмы, обычно прокалывая их клеточные мембраны. Подобно антибиотикам, такие вещества можно систематически модифицировать для повышения их эффективности. Некоторые такие вещества в настоящее время тестируются для медицинского применения, но зачастую они довольно дороги.
Способ борьбы с бактериями, которые размножаются снова и снова, заключается в использовании специальных вирусов, бактериофагов. Эта форма терапии использовалась конкретно в России и Восточной Европе с 1920-х годов. С ростом распространения устойчивых микробов все больше и больше людей и учреждений ищут спасения от этой формы терапии, но до широкого медицинского использования вируса еще далеко. До сих пор, несмотря на их долгую историю, они продолжают считаться перспективными кандидатами и не более того. Это связано с рядом нормативных и технических препятствий - в обозримом будущем бактериофаги, вероятно, будут использоваться только в особых случаях, таких как ожоги.
Существует также ряд других процессов, таких как наночастицы из меди или серебра, вирусные ферменты, разрушающие клеточные стенки, или даже бактерии-хищники. Однако ни один из этих подходов не является полноценной заменой ранее применявшихся антибиотиков. Они расщепляются в желудке или не проникают в ткани из кровотока - или так же подвержены резистентности, как и классические антибиотики. Наилучшие шансы на борьбу с бактериальными инфекциями в будущем, скорее всего, связаны с тщательным использованием активных ингредиентов.