Врачевание болезни на пользу
Прививка для врага
Во период Второй важный войны доступность пенициллина позволила сократить цифра смертей от инфекции ран. При всем при том уже в 1944 году, через всего только четыре года после этого начала производства пенициллина, появились штаммы бактерий, на которых пенициллин не действовал. Первой устойчивой бактерией стал золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus). В 1967 году в глухой деревеньке в Папуа-Новой Гвинее был обнаружен пневмококк (Streptococcus pneumoniae). В 1976 году американские солдаты, возвращающиеся домой из Азии, привезли гонорею, устойчивую к пенициллину. В 1983 «выращенный» в больницах кишечный энтерококк (Enterococcus faecium) присоединился к списку микробов, перехитривших пенициллин. В 1979-1987 годах только 0,02% пневмококковых штаммов в американских госпиталях были устойчивы к пенициллину. А в 1994 были обнаружены штаммы, устойчивые уже ко всем известным антибиотикам.
Отчего же бактерии «привыкают» к антибиотикам и становятся резистентными? Всё довольно просто. Антибиотики воздействуют на популяцию бактерий, а в ней вечно найдётся немного «ненормальных» бактерий, которые стали жертвой мутации. Есть вероятность, что некоторые из этих мутаций обеспечат бактерии невосприимчивость к антибиотику. Получается, что антибиотик убивает «нормальные» бактерии, но не может достигнуть до бактерий-мутантов. Выжившие в схватке размножаются и процветают. Сквозь поколения появляется популяция микробов, на все сто невосприимчивых к данному антибиотику.
Ещё единственный недруг человека — бактерия Acinetobacter baumannii. Антибиотики истребляют патогенные бактерии, но не могут воздействовать на те из них, в которых произошли какие-то мутации — например, бактерия изменила форму стенок. Эти мутанты крепнут, размножаются — и быстро мы получаем штамм устойчивой к определённому антибиотику бактерии. В настоящее время чтобы побороть её, придётся применять другое лекарство, неизвестный бактерии антибиотик. Но посредством некоторе момент хитрая бактерия привыкнет и к нему. Получается, что стезя поиска новых антибиотиков — это тупик. Фото: CDC/ Janice Haney Carr
Инфа об организме, химических соединениях, участвующих в его жизнедеятельности, «зашита» в ДНК. Мутация ДНК создаёт вероятность «прописывать» новую информацию. Если новая информация окажется вредоносной в данных условиях, то организмы, несущие её в своей ДНК, просто не выживут. Способов обретать полезную информацию у бактерий неизмеримо больше, чем у больше сложных организмов: это могут быть спонтанные мутации, обмен кусочками ДНК между разными бактериями («бактериальный секс»). Наиболее увлекательный схема — приобретение бактериями плазмид (коротких кольцевых ДНК). Плазмиды рассматриваются как простейшая независимая форма жизни, наподобие вирусов. Эти колечки ДНК могут независимо реплицироваться (размножаться) с помощью бактерии, при этом дополняя информацией родную ДНК микроба. Так, к примеру, с плазмиды бактерия может «считать» код белка, способного биться с антибиотиком. Бактериям, в различие от человека, значительно проще приспосабливаться к меняющимся окружающим условиям. Чем сложнее организм, чем длиннее его ДНК, тем опаснее становятся его мутации. Высшие животные обладают мощной защитной базой, стабильно проверяющую ДНК на целостность на разных стадиях синтеза. Возможность ошибки при синтезе новой цепочки ДНК ничтожно мала: один эпизод на несколько миллиардов! Конечно, подчас «опечатки» оказываются незамеченными. Но на то, чтобы мутация оказалась полезной и распространилась, уйдёт миллионы лет. Простым организмам не нужна такая защита, им требуется изменчивость. Тем не менее для бактерий уже повышенной частотой мутаций считается один происшествие на сто тысяч.
Действо антибиотика состоит в том, что он тормозит или подавляет какую-либо химическую реакцию, жизненно важную для микроба. Родоначальник антибиотиков, пенициллин, разрушает бактериальную стенку, прикрепляясь к ней. Просторно имеющий известность амоксициллин стенку не разрушает, но не даёт ей сформироваться, останавливая, таким образом, размножение бактерий. Антибиотики гентамицин, эритромицин, стрептомицин, тетрациклин прикрепляются к стенке внутрибактериальной органеллы рибосомы — клеточного завода по производству белков. Предприятие останавливает работу, и бактерия погибает. Антибиотики кроме того могут «вмешиваться» в биохимические пути внутри бактериальной клетки, создавая существенные проблемы для её жизнедеятельности.
У бактерий в арсенале припасён не один метод защиты: в результате мутаций они могут изменять формы своих стенок (как наружных, так и внутренних), изготовлять ферменты, которые разрушают антибиотики, попадающие вовнутрь бактерии или синтезировать специфические каналы, через которые бактерия попросту «выкачивает» из себя антибиотики — вон из моего дома!
Золотистый король
Королем посреди супербактерий по праву считается метициллин-устойчивый золотистый стафилококк (MRSA). Исследования, результаты которых опубликованы в Журнале Американской медицинской ассоциации (JAMA), показали, что смертность от золотистого стафилококка превышает смертность от СПИДа! Статистика показывает, что ежегодно на сто тысяч дядя приходится тридцать два случая заражения стафилококком, а на сто тысяч заболевших — более восемнадцати тысяч смертей. В то час как для вируса СПИДа из ста тысяч заболевших погибает возле шестнадцати тысяч человек. За отрезок времени с 1999 по 2005 год число госпитализаций в США, связанных с заражением резистентным стафилококком, увеличилось в два с лишним раза и превысило четверть миллиона случаев.
Оранжевый цвет моркови обусловлен содержанием в ней каротиноидов. Как выяснилось, золотистый стафилококк ещё обязан своей окраской пигменту из этой группы. Фото: Stephen Ausmus/ARS/USDA
Изначально устойчивый к антибиотикам стафилококк был зафиксирован в больницах. Но с 1998 года штаммы этой бактерии вышли за пределы лечебных учреждений, появился так называемый «общественный» стафилококк, представляющий особую опасность. Зверюга вырвался на свободу и окреп — «публичные» штаммы опаснее госпитальных, они нетрудно могут поражать молодых и здоровых людей и нелегко поддаются обработке. В округе Бэдфорд штата Виргиния двадцать две школы закрыли на карантин следом смерти 17-летнего ученика от заражения устойчивым штаммом стафилококка. Пробы показали, что в этих школах «разгуливает» связанный с опасностью штамм.
Исследователи из Вашингтонского университета в Сиэтле (University of Washington), медик Феррик Фанг (Ferric Fang) и его коллеги, выяснили, что же является главным оружием этого золотистого микроба. Золотистый стафилококк имеет в своем арсенале фермент, тот, что синтезирует молочную кислоту, реагирующую с окисью азота. Оксид азота — это нативный антибиотик организма, который действенно защищает нас от патогенов. Бактериальный мутант, неспособный делать молочную кислоту, становился идеально беспомощным перед оксидом азота и иммунитетом человека.
В исследовании, опубликованном в феврале этого года в журнале «Science», авторы из Тайваня и Америки предложили методика разработки нового типа антибиотиков. Они выяснили, что золотистый цвет опасного стафилококка — это не дань красоте или моде, а важное снадобье защиты бактерии. Золотистый цвет обусловлен наличием пигмента стафилоксантина, который и является основным оружием бактерии супротив нейтрофилов (клеток иммунной системы) и против оксида азота. Бактериальный фермент, синтезирующий стафилоксантин, структурно похож на один из ферментов человека, ответственный за продуцирование холестерина. Ученые протестировали уже известные блокаторы этого фермента на культуре метициллин-устойчивого золотистого стафилококка. Одно из веществ, обладающее способностью понижать холестерол, оказалось способно блокировать биосинтез стафилоксантина у золотистой бактерии. Угрожающий стафилококк обесцвечивался и становился уязвимым.
Статистика показывает, что 20-40% населения нашей планеты является носителем золотистого стафилококка. Помимо того, главными рассадниками резистентных штаммов становятся госпитали, где сочетается разом строй факторов, способствующих процветанию бактерий. В госпиталях концентрируется большое число носителей и заболевших, соблюдают меры стерильности и употребляют антибиотики. Неудивительно, что рядом 30% госпитального персонала в Британии являются носителями метициллин-устойчивого золотистого стафилококка. Британским медикам повезло больше, чем датским: при наличии позитивного теста на метициллин-устойчивый золотистый стафилококк их не отстраняют от работы.
Следы антибиотиков исследователи находят и в воде. Виной тому может быть употребление моющих средств, в состав которых входят антибактериальные компоненты. Получается, что ряд бактерий вырабатывает устойчивость к антибиотикам ещё до того, как попадает в тело человека. Фото (Creative Commons license): John Vetterli
Маленькие приспособленцы
Остановить формирование резистентности бактерий нельзя — все живые организмы приспосабливаются к меняющимся условиям существования. Бактерии существуют уже 3,5 миллиарда лет, они мастерски научились приспосабливаться. Немаловажную образ в развитии устойчивости бактерий к антибиотикам играют изменившиеся условия их обитания — избыток тяжелых элементов, возникающий из-за загрязения окружающей среды, способствует росту устойчивости бактерий к антибиотикам. Лесли Уоррен (Lesley Warren) из канадского университета Мак-Мастера (McMaster University) изучает воздействие воды на резистентность бактерий. Оказалось, что влага содержит в себе следовые количества фармацевтических препаратов, в том числе антибиотики и болеутоляющие. Концентрация настолько мизерна, что они «проходят» через очищающие станции. Однако, в то же время, они могут являться своего рода прививкой для бактерий. «Невозможно стопануть развитие резистентности, — говорит Уоррен, — это абсолютно натуральный процесс. Розыск новых медикаментов не приведёт нас к победе».Кроме того, устойчивые штаммы кишат и в пищевых продуктах. Исследователи из Университета Джонса Гопкинса (Johns Hopkins University) обнаружили устойчивые штаммы бактерий в птице, выращенной на продажу. Тревогу в США подняли ещё раньше: птицам на фермах дают антибиотики, что способствует развитию устойчивых штаммов бактерий, которые поступают в одном пакете с окорочком на прилавки супермаркета. Животноводческие фермы становятся рассадником cупермикробов. В США также пытались выявить связь между использованием бытовых моющих средств и возникновением резистентных бактерий в домашних условиях. Вывод оказался предсказуемым: аккуратность — это хорошо, но стерильность — плохо.
Бесконтрольное и некорректное применение антибиотиков только усугубляет ситуацию — появление нового «сообщества» резистентных штаммов помогает обычным, устойчивым бактериям противиться антибиотикам. Например, в США обычная стрептококковая ангина школьников в 50% случаев перестала поддаваться лечению амоксициллина и пенициллина, но это обусловлено совсем не возникновением нового стрептококка. Половинка детей в текущее время является носителем ряда бактерий, которые защищают стрептококк от «старых» антибиотиков.
История показывает, что тракт постоянной разработки новых антибиотиков может попасть не только малоуспешным, но и вредным для человечества и биосферы в целом. Принципиальное вывод проблемы устойчивых бактерий в то время как не найдено, между патогенными бактериями и приютившими их людьми продолжается гонка вооружений.
Так, в борьбе с золотистым стафилококком крайне эффективной оказалась глина. Минералы, содержащиеся в глине, могут угодить основой недорогих и высокоэффективных антимикробных лекарств нового поколения. Глина содержит сотни разных веществ и микроэлементов. Ученые взяли пробы двадцати образцов глины из разных регионов, три образца оказались способны кончать или весьма снижать подъем таких болезнетворных штаммов, как золотистый стафилококк, микобактерия (Mycobacterium ulcerans), кишечная палка и сальмонелла. Сегодня ученые стараются определить, какие как раз вещества оказывают антисептическое действие, а также постигнуть агрегат их воздействия.
Ученые из Луизианского университета им. Джона Макниза (McNeese State University) возлагают большие надежды на свежий порошок из крови аллигаторов. Кровь зубастых хладнокровных содержит коктейль полезных белков, обеспечивающий суперстойкость иммунитета животных, который очень отличается от человеческого. Аллигаторы несложно справляются с грибковыми, бактериальными и вирусными инфекциями. Сильнодействующий естественный антибактериальный препарат может сделаться для людей универсальным помощником при борьбе с диабетическими язвами, сильными ожогами, супербактериями и грибками.
Отыскать принципиальное заключение проблемы устойчивости бактерий к лекарствам покуда не удаётся. Ряд исследователей считают, что на миг найти решение проблему помогут аллигаторы — позволительно позаимствовать у них полезные белки, которые обеспечивают им стойкий иммунитет, и сотворить на их основе сильнодействующий антибактериальный препарат. Фото (Creative Commons license): Steve Beger
Ученые из Рокфеллеровского университета (The Rockefeller University) предложили «натравливать» на супербактерии бактериофагов — крошечных вирусов, пожирающих бактерии. Использование бактериофагов в таких целях нанесёт потрясение по бактериям, но что работать с оставшейся армией вирусов? Совершенно возможно, что они мутируют и набросятся на другие клетки в организма.
Как бы мужчина не загнал себя в новую ловушку, пытаясь одержать победу в войне с резистентными бактериями. Остаётся только ждать, когда светлые умы изобретут очередное сверхмощное оружие, способное оградить его от мира враждебных бактерий, — такое же мощное, каким были некогда антибиотики.
Ольга Островская