Устойчивые микробы. Как они защищаются

ВИРУСЫ, бактерии, простейшие, грибки и другие микроорганизмы, очевидно, существуют на Земле с тех самых пор, как появилась жизнь. Благодаря своей поразительной приспособляемости эти микробы — простейшие из всех организмов — могут жить в самых суровых условиях, в которых не выживают другие живые существа. Их удается обнаружить как в кипящих вулканических источниках на дне океанов, так и в толще арктических ледников. И вот теперь эти микробы дают отпор самому мощному оружию, направленному против них,— противомикробным препаратам.

Уже сто лет назад было известно, что некоторые микробы, или микроорганизмы, вызывают болезни, но в те времена еще никто не слышал о противомикробных препаратах. Поэтому, если человек заражался серьезным инфекционным заболеванием, многие врачи не могли предложить больным ничего, кроме моральной поддержки. Оставалось лишь надеяться, что иммунная система больного сама справится с инфекцией. Если его иммунная система не была достаточно сильной, последствия были плачевными. Даже небольшая царапина, в которую попадал микроб, нередко приводила к смерти.

Открытие первых безопасных противомикробных препаратов — антибиотиков — стало настоящей революцией в медицине *. Медицинское применение сульфамидных препаратов в 1930-х годах и таких препаратов, как пенициллин и стрептомицин в 1940-х годах, привело к многочисленным открытиям в последующие десятилетия. К 1990-м годам в арсенале у медиков имелось около 150 препаратов 15 категорий.

Крушение надежд

В 1950—60-х годах некоторые собрались праздновать победу над инфекционными заболеваниями. Некоторые микробиологи даже считали, что эти заболевания вскоре забудутся, как страшный сон. В 1969 году руководитель здравоохранения  США заверил конгресс, что не за горами то время, когда «книга инфекционных заболеваний будет закрыта». В 1972 году лауреат Нобелевской премии Макфарлан Бернет вместе с Дейвидом Уайтом написали: «Наиболее вероятный прогноз относительно инфекционных заболеваний заключается в том, что эта тема вскоре станет слишком скучной, чтобы ее обсуждать». Были и такие, кто полагал, что эти заболевания вообще исчезнут.

Уверенность в том, что инфекционным заболеваниям положен конец, привела к всеобщей самонадеянности. Одна медсестра, которая не понаслышке знала, какую серьезную опасность представляли микробы до открытия антибиотиков, заметила, что некоторые молодые медсестры начали пренебрегать элементарными нормами гигиены. Когда она напоминала им, что нужно мыть руки, они отвечали: «Не волнуйтесь. Теперь у нас есть антибиотики».

Такая надежда на всемогущество антибиотиков и их безудержное применение привели к катастрофическим последствиям. Инфекционные заболевания не исчезли. Более того, они вновь обрушились на человечество, но уже с новой силой, став основной причиной смертности в мире! Распространению инфекций также способствовали и такие факторы, как военные конфликты, широко распространенное в развивающихся странах недоедание, недостаток чистой воды, плохие санитарные условия, рост международного туризма и глобальные климатические изменения.

Устойчивые бактерии

Мало кто предполагал, что живучесть обычных микробов станет такой серьезной проблемой. Однако, оглядываясь назад, можно с уверенностью сказать, что предвидеть лекарственную устойчивость у микробов было нетрудно. Почему? Рассмотрим схожую ситуацию, связанную с внедрением инсектицида ДДТ в середине 1940-х годов *. В то время владельцы молочных ферм ликовали от радости, поскольку после применения инсектицида мухи практически полностью исчезли. Однако некоторые все же выжили и передали последующим поколениям устойчивость к ДДТ. Вскоре мухи, невосприимчивые к ДДТ, расплодились в неимоверных количествах.

Еще до использования ДДТ и даже до начала массового производства пенициллина в 1944 году, стало ясно, каким опасным оружием обладают болезнетворные бактерии. Обнаружить это удалось микробиологу Александру Флемингу, открывшему пенициллин. В своей лаборатории он наблюдал, как последующие поколения Staphylococcus aureus (внутрибольничного стафилококка) образовывали клеточные стенки, все более устойчивые к открытому им препарату.

В связи с этим около 60 лет назад Флеминг предсказал, что болезнетворные бактерии в зараженном организме смогут развить устойчивость к пенициллину. Если определенная доза пенициллина не убивает достаточное количество болезнетворных бактерий, новое поколение бактерий, устойчивое к пенициллину, начнет беспрепятственно размножаться. В результате заболевание примет форму, против которой пенициллин окажется бессильным.

Вот что по этому поводу говорится в книге «Парадоксальность применения антибиотиков»: «Предсказания Флеминга сбылись, но в таком масштабе, которого он и представить себе не мог» («The Antibiotic Paradox»). Как это произошло? Как выяснилось, у некоторых штаммов бактерий гены, или крошечные схемки  в их ДНК, образуют ферменты, подавляющие действие пенициллина. Поэтому даже интенсивный курс лечения пенициллином нередко оказывается бесполезным. Это открытие стало настоящим ударом!

В попытке взять верх над инфекционными заболеваниями, начиная с 1940-х вплоть до 1970-х годов и частично в 1980—90-х годах, в медицине стали регулярно применять новые антибиотики. Эти новые препараты, в отличие от прежних, оказывались более эффективными в борьбе с бактериями. Однако длилось это недолго. Спустя несколько лет штаммы микробов приобрели устойчивость и к этим новым антибиотикам.

Как выяснилось, бактерии обладают поразительной способностью приобретать устойчивость. Они могут изменять клеточную стенку и препятствовать проникновению антибиотиков или даже изменять свою структуру и оставаться невредимыми. Более того, бактерии способны исторгнуть антибиотик сразу же после его проникновения в их внутреннюю среду или же просто нейтрализовать его, разложив на составные части.

С расширением использования антибиотиков умножается число устойчивых штаммов бактерий. Является ли это преддверием глобальной катастрофы? Не совсем, по крайней мере в большинстве случаев. Если один антибиотик оказывается неэффективным в борьбе с инфекцией, обычно применяют другой. Хотя проблема лекарственной устойчивости доставляет немало трудностей, до недавнего времени она была вполне разрешима.

Множественная лекарственная устойчивость

Затем, к своему ужасу, ученые обнаружили, что бактерии способны обмениваться генами. Вначале думали, что это могут делать только бактерии одного вида. Однако позднее одни и те же устойчивые гены обнаружили у совершенно разных видов бактерий. В результате подобных обменов бактерии  разных видов приобретают устойчивость ко многим широко используемым препаратам.

Более того, в 1990-х годах в ходе исследований было обнаружено, что некоторые бактерии могут приобрести лекарственную устойчивость сами по себе. Даже в присутствии всего лишь одного антибиотика у некоторых видов бактерий развивается устойчивость сразу ко многим антибиотикам, как природным, так и синтетическим.

Неутешительный прогноз

Хотя большинство антибиотиков до сих пор успешно применяется в лечении многих больных, насколько эффективным будет такое лечение в будущем? В книге «Парадоксальность применения антибиотиков» отмечается: «Мы не можем больше ожидать, что с любым инфекционным заболеванием можно справиться с помощью первого попавшегося антибиотика». В ней также говорится: «В некоторых частях мира недостаток антибиотиков свидетельствует о том, что ни один из имеющихся антибиотиков не является эффективным... Люди заболевают и умирают от инфекций, о которых 50 лет назад говорилось, как о доживающих свои последние деньки».

Но бактерии не единственные микробы, которые приобретают устойчивость к лекарственным препаратам. Вирусы, грибки и другие микроскопические паразиты также необычайно устойчивы. Они образуют штаммы, грозящие свести на нет все усилия ученых, направленные на открытие и разработку новых противомикробных препаратов.

Так где же выход? Можно ли справиться с лекарственной устойчивостью или, по крайней мере, как-то сдержать ее? Как сохранить позиции, завоеванные с помощью антибиотиков и других противомикробных препаратов, в мире, непрерывно осаждаемом инфекционными заболеваниями?

[Сноски]

[Рамка/Иллюстрация, страница 6]

Что такое противомикробные препараты?

Антибиотики, которые вам назначает врач, относятся к группе препаратов, называемых противомикробными. Эти препараты включаются в общее понятие «химиотерапия» — лечение разного рода заболеваний при помощи химических средств. Хотя выражение «химиотерапия» часто используется в связи с лечением онкологических заболеваний, первоначально оно относилось — и все еще относится — к лечению инфекционных заболеваний. В этих случаях такое лечение принято называть противомикробной химиотерапией.

Микробы, или микроорганизмы, представляют собой крошечные организмы, которые можно увидеть только с помощью микроскопа. Противомикробные препараты — это химические средства, поражающие болезнетворных микробов. К сожалению, противомикробные препараты уничтожают также и полезных микробов.

В 1941 году Зельман Ваксман, принимавший участие в открытии стрептомицина, предложил использовать термин «антибиотик» для антибактериальных препаратов, выделяемых из микроорганизмов. Антибиотики наряду с другими противомикробными лекарственными препаратами представляют собой большую ценность ввиду так называемой избирательной токсичности. Избирательность заключается в том, что они могут поражать микробов, не причиняя при этом особого вреда человеку.

Тем не менее все антибиотики в той или иной степени губительны для организма человека. Допустимый предел между дозой, убивающей микробов, и дозой, вредной для человека, называется терапевтическим индексом. Чем больше индекс, тем безопаснее лекарство; и наоборот, чем меньше индекс, тем лекарство опаснее. Так, несмотря на то что были открыты тысячи новых антибиотиков, большинство из них оказались непригодными для медицинского применения ввиду их высокой токсичности для людей и животных.

Первый природный антибиотик для внутреннего применения получил название «пенициллин» по имени гриба-продуцента Penicillium notatum. Пенициллин был впервые применен внутривенно в 1941 году. Вскоре после этого, в 1943 году, из почвенной бактерии Streptomyces griseus был получен стрептомицин. Со временем было открыто множество других антибиотиков, полученных из тканей растений и животных, а также синтетическим путем. Однако бактерии развили устойчивость ко многим из этих антибиотиков, что вызвало кризис мирового масштаба.

[Иллюстрация]

Колония продуцента пенициллина на дне тарелки препятствует росту бактерий.

[Сведения об источнике]

Christine L. Case/Skyline College

[Рамка/Иллюстрации, страница 7]

Виды микробов

Вирусы — это мельчайшие микробы, возбудители таких распространенных инфекционных заболеваний, как простуда, грипп и фарингит. Вирусы вызывают также опасные болезни, например полиомиелит, лихорадку Эбола и СПИД.

Бактерии — это одноклеточные микроорганизмы, настолько примитивные, что не имеют даже ядра и обычно содержат всего лишь одну хромосому. В нашем организме обитают триллионы бактерий и в основном в пищеварительном тракте. Бактерии помогают переваривать пищу и служат основным источником витамина K, необходимого для свертывания крови.

Лишь около 300 из примерно 4 600 известных видов бактерий считаются патогенными, или болезнетворными. И все же бактерии являются источником многих заболеваний у растений, животных и людей. У людей бактерии вызывают гниение зубов, а также такие болезни, как туберкулез, холера, дифтерия, сибирская язва, некоторые виды пневмонии и ряд заболеваний, передающихся половым путем.

Простейшие также являются одноклеточными организмами, но в отличие от бактерий имеют по меньшей мере одно ядро. К ним относятся амебы, трипаносомы, а также паразиты, вызывающие малярию. Паразиты составляют треть всех живых организмов (их насчитывается около 10 000 видов), однако лишь немногие из них вызывают у людей заболевания.

Грибки также являются источниками заболеваний. Эти организмы состоят из ядра и многочисленных переплетающихся нитей, образующих грибницу. Наиболее частое заболевание, вызываемое грибками,— это стригущий лишай, а также микоз стоп и кандидоз. Серьезные грибковые инфекции обычно поражают тех, у кого сопротивляемость организма ослаблена недоеданием, онкологическими заболеваниями, применением лекарственных препаратов или вирусными инфекциями, подавляющими иммунную систему.

[Иллюстрации]

Вирус лихорадки Эбола.

Бактерия Staphylococcus aureus.

CDC/C. Goldsmith

Простейшее Giardia lamblia.

Грибок стригущего лишая.

[Сведения об источнике]

CDC/Janice Carr

Courtesy Dr. Arturo Gonzáles Robles, CINVESTAV, I.P.N. México

© Bristol Biomedical Image Archive, University of Bristol

[Иллюстрация, страница 4]

Александр Флеминг, открывший пенициллин.