Jak zarazki stają się oporne

WIRUSY, bakterie, pierwotniaki, grzyby i inne drobnoustroje niewątpliwie należą do najstarszych organizmów ziemskich. Dzięki wyjątkowej łatwości przystosowywania się te najprostsze formy życia potrafią bytować w warunkach zabójczych dla wszystkich pozostałych organizmów. Można je znaleźć zarówno na dnie oceanów wokół gorących wylotów hydrotermalnych, jak też w lodowatej wodzie akwenów arktycznych. Obecnie usiłują odeprzeć najbardziej zmasowany atak zagrażający ich istnieniu — inwazję antybiotyków.

Sto lat temu wiedziano już, że niektóre mikroorganizmy wywołują choroby, ale nikt jeszcze nie słyszał o antybiotykach. Toteż gdy ktoś zaraził się jakąś chorobą, lekarz niewiele miał zazwyczaj do zaproponowania poza moralnym wsparciem. System odpornościowy chorego sam musiał sobie poradzić z infekcją, a gdy wskutek słabości zawodził, następstwa bywały tragiczne. Nawet niewielkie skaleczenie mogło spowodować śmierć, jeśli wdało się zakażenie.

Odkrycie pierwszych bezpiecznych leków przeciwdrobnoustrojowych — antybiotyków — zrewolucjonizowało medycynę. * W latach trzydziestych ubiegłego stulecia wprowadzono do lecznictwa sulfonamidy, a w latach czterdziestych penicylinę i streptomycynę, co stało się impulsem do dalszych badań i pojawienia się w kolejnych dekadach mnóstwa innych chemioterapeutyków. W latach dziewięćdziesiątych arsenał antybiotyków liczył już 150 preparatów podzielonych na 15 grup.

Niespełnione nadzieje na zwycięstwo

W latach pięćdziesiątych wydawało się, że można już zacząć świętować tryumf nad chorobami zakaźnymi. Wielu mikrobiologów wierzyło, że infekcje niebawem odejdą w przeszłość.  W roku 1969 lekarz naczelny USA oświadczył przed Kongresem, że ludzkość wkrótce „zamknie księgę chorób zakaźnych”. W 1972 roku laureat Nagrody Nobla Macfarlane Burnet wyraził wspólnie z Davidem White’em następującą opinię: „Wszystko wskazuje na to, że choroby zakaźne nie mają przyszłości”. Powszechnie uważano, że zostaną całkowicie wyeliminowane.

Mniemanie, że walka z zakażeniami została już prawie wygrana, przerodziło się w nadmierną pewność siebie. Jedna z pielęgniarek pamiętających jeszcze, jakim zagrożeniem były zarazki przed wynalezieniem antybiotyków, zaobserwowała, że część młodszych koleżanek nie przestrzega podstawowych zasad higieny. Kiedy przypominała im o myciu rąk, odpowiadały: „Nie ma się czym przejmować, mamy teraz antybiotyki”.

Jednak następstwa zbytniego polegania na antybiotykach i ich nadużywania były fatalne. Choroby zakaźne nie dały za wygraną. Co więcej, przypuściły kontratak i stały się główną przyczyną zgonów na świecie! Rozprzestrzenianiu się chorób sprzyjają też takie czynniki, jak działania wojenne, niedożywienie nękające biedne kraje, brak czystej wody i urządzeń sanitarnych, dalekie podróże — odbywane dziś w błyskawicznym tempie, jak również globalna zmiana klimatu.

Oporność bakterii

Mało kto się spodziewał, że zadziwiająca żywotność najzwyklejszych drobnoustrojów okaże się tak wielkim problemem. Jednak gdy dziś analizujemy to zagadnienie, dochodzimy do wniosku, że nabycie przez drobnoustroje oporności na leki nie było trudne do przewidzenia. Dlaczego tak twierdzimy? Weźmy pod uwagę podobną historię z połowy lat czterdziestych ubiegłego wieku, związaną z wprowadzeniem do użytku DDT, środka owadobójczego (substancja ta wchodziła w skład polskiego azotoksu). * Na początku hodowcy cieszyli się, widząc, że dzięki temu insektycydowi muchy prawie wyginęły. Ale część much przeżyła, a ich potomstwo odziedziczyło odporność na DDT. Wkrótce odporne muchy bardzo się rozmnożyły.

Jeszcze zanim zaczęto stosować DDT i zanim w roku 1944 do powszechnego użytku weszła penicylina, szkodliwe bakterie ujawniły niezwykłą zdolność obrony. Dostrzegł to Alexander Fleming, odkrywca penicyliny. W swoim laboratorium obserwował, jak kolejne pokolenia gronkowca złocistego (Staphylococcus aureus) wykształcały ściany komórkowe coraz bardziej nieprzepuszczalne dla penicyliny.

Na podstawie tych obserwacji Fleming już około 60 lat temu ostrzegał, że w zainfekowanym organizmie szkodliwe bakterie mogą nabyć oporności na penicylinę. Dlatego jeśli kuracja nie zniszczy wystarczającej liczby zarazków, ocalałe wydadzą uodpornione potomstwo, które się szybko namnoży. W rezultacie choroba przypuści ponowny atak i nie będzie już jej można wyleczyć penicyliną.

W książce The Antibiotic Paradox (Paradoks antybiotyków) Stuart Levy zauważa: „Rzeczywistość potwierdziła obawy Fleminga, a nawet okazała się okrutniejsza, niż przewidywał”. Dlaczego tak się stało? Otóż zaobserwowano, że geny (odcinki łańcucha DNA) pewnych szczepów  bakterii produkują enzymy neutralizujące działanie penicyliny. W rezultacie nawet długotrwałe kuracje penicylinowe często nie skutkują. Było to szokujące odkrycie!

W trakcie dalszej walki z zakażeniami — w okresie od lat czterdziestych do siedemdziesiątych — medycyna wciąż wzbogacała swój arsenał o nowe antybiotyki. Liczba ich nieco wzrosła także w latach osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych. Nowe leki bywały skuteczne w zwalczaniu bakterii, które stały się oporne na wcześniej stosowane środki. Ale w krótkim czasie pojawiały się szczepy oporne także na te nowsze farmaceutyki.

Ludzkość zrozumiała, że w nabywaniu oporności bakterie wykazują zdumiewającą pomysłowość. Na przykład potrafią wykształcać nieprzenikalne dla antybiotyków ściany komórkowe lub tak się modyfikować pod względem chemicznym, że antybiotyk przestaje na nie działać. Mogą też wypompowywać antybiotyk równie szybko, jak go wchłonęły, albo pozbawiać go siły oddziaływania, powodując jego rozpad.

Wraz ze wzrostem zużycia przez nas antybiotyków oporne szczepy bakterii namnażają się i rozprzestrzeniają. Czy to zupełna klęska medycyny na tym froncie? Nie, przynajmniej w większości przypadków jeszcze tak nie jest. Jeśli na daną infekcję nie skutkuje jeden antybiotyk, prawdopodobnie poskutkuje inny. Oporność bakterii jest kłopotliwa, lecz na razie jakoś sobie z nią radziliśmy.

Oporność wielolekowa

Jakiś czas temu naukowcy ze zgrozą odkryli, że bakterie wymieniają między sobą geny. Na początku uważano, że zdolne są do tego wyłącznie blisko spokrewnione szczepy bakterii. Ale potem te same geny odporności wykryto u zupełnie odmiennych szczepów. Dokonując takich wymian, rozmaite rodzaje  bakterii stały się niewrażliwe na wiele powszechnie stosowanych leków.

Mało tego, badania z lat dziewięćdziesiątych ujawniły, że niektóre bakterie nabywają oporności na leki samodzielnie — bez pomocy innych bakterii. Pewne szczepy mogą nawet pod wpływem jednego antybiotyku stać się oporne na różne antybiotyki — zarówno naturalne, jak i syntetyczne.

Niepokojąca przyszłość

Chociaż dotychczas przeważająca część antybiotyków wywołuje u większości chorych pożądany efekt, to jednak jak skuteczne okażą się one w przyszłości? W cytowanej już książce The Antibiotic Paradox zauważono: „Nie można już oczekiwać, że daną infekcję da się wyleczyć pierwszym wybranym antybiotykiem”. Czytamy tam również: „Są na świecie regiony, gdzie z powodu niedostatku leków żaden antybiotyk nie skutkuje, gdyż po prostu jest niedostępny (...) Ludzie cierpią i umierają na choroby, o których przed półwieczem mówiono, że zupełnie znikną z ziemi”.

Wśród drobnoustrojów nie tylko bakterie nabywają lekooporności. Także wirusy, grzyby i inne mikroskopijne pasożyty wykazują niewiarygodną właściwość przystosowywania się. Tkwi w niej groźba pojawienia się armii zarazków zdolnych do udaremnienia wszelkich ludzkich wysiłków związanych z opracowywaniem i produkcją leków przeznaczonych do zwalczania infekcji.

Czy jest na to rada? Czy zjawisko oporności zarazków uda się zlikwidować lub choćby ograniczyć? Co można zrobić, by antybiotyki nadal stanowiły skuteczną broń w walce z chorobami zakaźnymi coraz bardziej srożącymi się po świecie?

[Przypisy]

[Ramka i ilustracja na stronie 6]

Co to są chemioterapeutyki?

Antybiotyki przepisywane nam przez lekarzy należą do leków chemioterapeutycznych. Leczenie takim lekami (chemioterapeutykami) nosi nazwę chemioterapii. Termin ten kojarzy się głównie z terapią antynowotworową, ale w szerszym znaczeniu odnosił się i dalej odnosi do leczenia różnych chorób substancjami chemicznymi (lekami syntetycznymi). Mówimy na przykład o chemioterapii chorób zakaźnych.

Drobnoustroje, czyli mikroorganizmy (potocznie zwane też mikrobami), to maleńkie organizmy niedostrzegalne gołym okiem. Do zwalczania drobnoustrojów chorobotwórczych stosuje się chemioterapeutyki, które niestety zabijają również pożyteczne drobnoustroje.

W roku 1941 Selman Waksman, współodkrywca streptomycyny, wprowadził termin „antybiotyki” w odniesieniu do niektórych chemioterapeutyków otrzymywanych z mikroorganizmów. Wartość antybiotyków i innych środków chemioterapeutycznych wykorzystywanych w lecznictwie polega na ich wybiórczej toksyczności: choć niszczą zarazki, nie wyrządzają poważniejszych szkód choremu.

W rzeczywistości jednak wszystkie antybiotyki są w jakiejś mierze toksyczne dla człowieka. Margines bezpieczeńtwa między dawką leku toksyczną dla zarazków a dawką toksyczną dla organizmu pacjenta wyraża rozpiętość terapeutyczna lub współczynnik terapeutyczny. Im większa rozpiętość, tym bezpieczniejszy lek — i na odwrót. Wykryto już tysiące substancji antybiotycznych, w większości jednak nieprzydatnych w medycynie, ponieważ są zbyt szkodliwe dla ludzi lub zwierząt.

Pierwszym naturalnym antybiotykiem przeznaczonym do użytku wewnętrznego była penicylina otrzymana z pleśni — z pędzlaka Penicillium notatum. Po raz pierwszy podano ją dożylnie w roku 1941. Niewiele później, w roku 1943, z bakterii glebowych Streptomyces griseus wyizolowana została streptomycyna. Z czasem wprowadzono do lecznictwa sporo antybiotyków, zarówno wyodrębnionych z organizmów żywych, jak i otrzymanych sztucznie. Ale bakterie uodporniły się na wiele z nich i ta antybiotykooporność stała się zjawiskiem o zasięgu światowym.

[Ilustracja]

Kolonia pleśni z rodzaju „Penicillium” widoczna na dole powstrzymuje wzrost bakterii

[Prawa własności]

Christine L. Case/Skyline College

[Ramka i ilustracje na stronie 7]

Rodzaje drobnoustrojów

Wirusy są najmniejsze ze wszystkich zarazków. Wywołują wiele znanych chorób, takich jak różne typy przeziębień, gryp, zapalenie gardła. Powodują również bardzo groźne choroby, na przykład Heinego i Medina, AIDS i zakażenie wirusem Ebola.

Bakterie to organizmy jednokomórkowe o tak prostej budowie, że nawet nie mają jąder komórkowych, a każda bakteria zawiera zwykle tylko jeden chromosom. W ludzkim organizmie są biliony bakterii, głównie w przewodzie pokarmowym. Pomagają w trawieniu i stanowią najważniejsze źródło witamin z grupy B oraz witaminy K, niezbędnej w prawidłowym krzepnięciu krwi.

Jedynie jakieś 300 spośród kilku tysięcy znanych gatunków bakterii zalicza się do patogenów (czynników zakaźnych). Mimo to wywołują bardzo liczne choroby u roślin, zwierząt i ludzi — na przykład gruźlicę, cholerę, błonicę, wąglik, próchnicę zębów, niektóre odmiany zapalenia płuc i wiele zakażeń przenoszonych drogą płciową.

Pierwotniaki, tak jak bakterie, są organizmami jednokomórkowymi; komórka pierwotniaka zawiera jednak przynajmniej jedno jądro (czasem więcej). Zaliczają się do nich ameby i świdrowce, jak też pasożyty wywołujące malarię. Mniej więcej jedną trzecią gatunków (ponad 10 000) uważa się za pasożyty, chociaż tylko znikomy odsetek wywołuje u człowieka procesy chorobowe.

Grzyby również należą do czynników chorobotwórczych. Są to organizmy tworzące splątane, nitkowate struktury. Komórki grzybów zawierają jądra. Jednymi z najczęstszych schorzeń wywoływanych przez grzyby są grzybice skóry, w tym grzybice stóp (stopa atlety) oraz drożdżyce. Poważne choroby powodowane przez grzyby zwykle rozwijają się tylko wtedy, gdy system obronny organizmu osłabnie wskutek niedożywienia, choroby nowotworowej, terapii lekowych czy infekcji wirusowych.

[Ilustracje]

Wirus Ebola

Gronkowiec złocisty — bakteria

Lamblia — pierwotniak

Grzyb wywołujący grzybicę stóp

[Prawa własności]

CDC/C. Goldsmith

CDC/Janice Carr

Dzięki uprzejmości dra Arturo Gonzálesa Roblesa, CINVESTAV, I.P.N. México

© Bristol Biomedical Image Archive, University of Bristol

[Ilustracja na stronie 4]

Alexander Fleming, odkrywca penicyliny