Стійкі мікроби. Як вони виживають?

ВІРУСИ, бактерії, найпростіші, грибки та інші мікроорганізми, очевидно, існували на землі від початку зародження життя. Ці найменші істоти особливі тим, що мають надзвичайну здатність пристосовуватися до умов, в яких не можуть жити інші створіння. Мікроорганізми існують скрізь: від гарячих джерел на океанському дні до крижаних арктичних вод. Нині мікробам вдається успішно чинити опір навіть найсильнішим своїм ворогам — антимікробним препаратам.

Близько сотні років тому люди вже знали, що мікроорганізми є збудниками хвороб, однак тоді ще ніхто не чув про антибіотики. Отож, коли хтось підхоплював інфекцію, все, що могли зробити лікарі — це морально підтримати хворого. Імунна система людини мусила самостійно боротись з інфекцією. Якщо ж організм мав слабкий імунітет, наслідки часто були трагічними. Навіть невелика подряпина, в яку потрапляв хвороботворний мікроб, могла призвести до смерті.

Відкриття першого безпечного антимікробного препарату — антибіотика — зробило справжню революцію в медицині *. Використання сульфаніламідних препаратів у 1930-х роках і пеніциліну та стрептоміцину у 1940-х дало початок новим відкриттям у наступних десятиліттях. На початку 1990-х років існувало вже близько 150 препаратів, які належали до 15 груп антибіотиків.

Невиправдані сподівання

У 1950—1960-х деякі люди почали святкувати перемогу над інфекційними хворобами. Декотрі мікробіологи були переконані,  що невдовзі про хвороби згадуватимуть, як про страшний сон. У 1969 році начальник медичного управління США у виступі перед Конгресом сказав, що невдовзі людство «забуде про інфекційні хвороби», а 1972-го року Дейвід Вайт і лауреат Нобелівської премії Мекфарлен Бернет написали: «Цілком імовірно, що історія інфекційних хвороб не буде довгою». Дійсно, чимало людей думали, що ці захворювання згодом повністю зникнуть.

Вважаючи, що інфекційні хвороби зрештою зникнуть, люди забули про обережність. Одна медсестра, котра пам’ятала часи, коли ще не було відкрито антибіотиків, зауважила, що молоді медсестри нехтують елементарними правилами гігієни. Нагадавши їм помити руки, вона у відповідь почула: «Для чого так хвилюватися? Сьогодні в нас є антибіотики».

Однак постійне використання антибіотиків і зловживання ними обернулися лихом. Інфекційні хвороби не лише витримали наступ, а й почали діяти з новою силою, стаючи основною причиною смерті людей по всьому світі! Поширенню інфекцій посприяли також розруха, яку несуть війни, недоїдання в країнах, що розвиваються, брак питної води, погані санітарні умови, зміни у кліматі й можливість швидко подорожувати з одного кінця світу в інший.

Бактерії стають стійкішими

Вражаюча стійкість мікроорганізмів виявилась серйозною проблемою, яка постала зненацька. Однак те, що мікроби розвинуть імунітет до медикаментів можна було передбачити. Як? Наприклад, розгляньмо ситуацію, яка склалася після відкриття інсектициду ДДТ у середині 1940-х років *. Коли фермери застосували новий препарат, то дуже зраділи, побачивши, що комахи зникли. Проте кілька комах уціліло, і їхні нащадки успадкували імунітет до ДДТ. Невдовзі нове покоління шкідників, на яке інсектицид зовсім не діяв, почало інтенсивно розмножуватися.

Ще перед тим як почали використовувати ДДТ і прописувати з 1944 року пеніцилін хворим, бактерії виявили свою надзвичайну захисну зброю. Це помітив д-р Александер Флемінг, відкривач пеніциліну. У своїй лабораторії він побачив, як нові покоління гноєрідного стафілокока (Staphylococcus aureus) поступово розвивали клітинну оболонку, яка не дозволяла антибіотику проникнути всередину бактерії.

Спостереження спонукали д-ра Флемінга ще 60 років тому зробити висновок, що шкідливі бактерії можуть розвивати стійкість до пеніциліну. Якщо не знищити достатньої кількості збудників хвороби, то стійкі нащадки мікробів швидко розмножуватимуться, захворювання спалахне з новою силою і його не вдасться вилікувати пеніциліном.

У книжці «Парадоксальність антибіотиків» (англ.) сказано: «Припущення Флемінга були точними, але реальність виявилася набагато гіршою, ніж він передбачав». Чому? Було з’ясовано, що декотрі штами бактерій, а зокрема їхні гени — мініатюрні схеми ДНК, продукують ферменти, які знешкоджують пеніцилін. Унаслідок цього навіть інтенсивні курси лікування  пеніциліном часто не дають жодних результатів. Яким же це було потрясінням!

Намагаючись перемогти інфекційні хвороби, упродовж 1940—1970-х років учені постійно відкривали нові антибіотики. У 1980-х і 1990-х було винайдено ще кілька антибіотиків. Ці нові медикаменти використовувались проти бактерій, які не піддавалися попереднім антибіотикам. Проте через кілька років нові препарати також стали неефективними.

Люди пересвідчились у тому, що бактерії мають здатність розвивати неймовірну стійкість. Наприклад, вони можуть утворювати клітинну оболонку, що не впускає антибіотик усередину бактерії, або змінювати власний хімічний склад, у результаті чого антибіотик втрачає свою силу. Крім того, мікроби здатні виштовхнути антибіотик, як тільки він потрапить всередину, або просто обеззброїти його, розклавши на окремі елементи.

Із збільшенням використання антимікробних препаратів, поширилися стійкі штами бактерій. Чи це означає, що можна забути про лікування антибіотиками? Ні, принаймні не у більшості випадків. Якщо одному антибіотику не вдається знищити інфекцію, то зазвичай це під силу іншому. Хоча стійкість мікробів — серйозна проблема, донедавна з нею ще можна було боротися.

Стійкість до різних видів антибіотиків

Вчені були шоковані, коли відкрили, що бактерії можуть обмінюватися між собою генами. Спочатку вважалося, що так роблять лише бактерії одного виду, але згодом було відкрито ті самі гени стійкості у бактерій інших видів. Завдяки цьому обміну мікроорганізми різних  видів стали стійкими до багатьох поширених медикаментів.

Крім усього цього, дослідження, проведені в 1990-х роках, довели, що певні бактерії розвивають стійкість до антибіотиків автоматично. Навіть коли проти них використовують всього один антибіотик, вони розвивають стійкість до багатьох природних і синтетичних антибіотиків.

Похмуре майбутнє

Сьогодні більшість антибіотиків все ще можна успішно використовувати для боротьби з інфекціями, проте наскільки ефективними будуть ці медикаменти в майбутньому? У книжці «Парадоксальність антибіотиків» зазначалося: «Не варто сподіватися, що будь-яку інфекцію вдасться знищити першим-ліпшим антибіотиком». Далі там говориться: «У декотрих частинах світу кількість видів антибіотиків дуже обмежена, а це означає, що більш ефективних просто немає... Пацієнти страждають і помирають від тих захворювань, які, як вважалося 50 років тому, мали вже бути стерті з лиця землі».

Бактерії — не єдині мікроорганізми, які виробили стійкість до медикаментів. Віруси, грибки та інші паразити найменших розмірів мають неабияку здатність пристосовуватися. Серед них з’являються штами, що зводять нанівець усі зусилля, яких було докладено для того, щоб винайти і продукувати ефективні медикаменти.

Отож, як вирішити цю проблему? Чи можна запобігти появі стійких мікробів або, принаймні, зупинити їхнє поширення? Що зробити, аби антибіотики були ефективними у лікуванні інфекційних хвороб, від яких усе більше потерпає світ?

[Примітки]

[Рамка/Ілюстрація на сторінці 6]

Що таке антимікробні препарати?

Антибіотики, які прописує лікар, належать до групи медикаментів, що називаються антимікробними. Ці медикаменти використовують у хіміотерапії — лікуванні хімічними препаратами. Часто при згадці про хіміотерапію на думку спадає лікування раку, але в медицині, як колись, так і сьогодні, цим терміном називають один із методів лікування інфекційних захворювань. Медики також послуговуються терміном антимікробна хіміотерапія.

Мікробами, або мікроорганізмами, називають мініатюрні істоти, які можна побачити лише під мікроскопом. Антимікробні препарати — це хімічні речовини, які використовуються для боротьби з хвороботворними мікробами. На жаль, антибіотики можуть шкодити і корисним мікроорганізмам.

У 1941 році Селман Ваксман, один із відкривачів стрептоміцину, застосував термін «антибіотик» до протибактеріальних препаратів, які продукуються мікроорганізмами. Антибіотики, як і інші антимікробні медикаменти, дуже цінні через вибіркову токсичність. Це означає, що вони отруюють хвороботворні бактерії і водночас не завдають серйозної шкоди нам.

Звичайно, всі антибіотики, які ми вживаємо, певною мірою шкідливі й для нашого організму. Різницю між величиною дози медикаменту, яка вплине на хвороботворні мікроби, і величиною дози, яка вже шкодитиме людині, називають терапевтичним індексом. Чим більший індекс, тим медикамент безпечніший, а чим менший — тим більше він шкодить здоров’ю. На сьогодні відкрито тисячі антибіотиків, але більшість з них непридатні для використання в медичних цілях, оскільки надто токсичні для людей і тварин.

Першим природним антибіотиком для внутрішнього застосування був пеніцилін, який отримали з гриба Penicillium notatum. Вперше пеніцилін було введено внутрішньовенно у 1941 році. А згодом, 1943-го року, з ґрунтових бактерій Streptomyces griseus отримали стрептоміцин. Пізніше вчені розробили ще інші антибіотики — синтетичні і природного походження. Проте бактерії почали розвивати стійкість до антибіотиків, і це одна з найбільших проблем медицини по цілому світі.

[Ілюстрація]

Колонія пеніцилу, яку показано на дні посудини, стримує ріст бактерій.

[Відомості про джерело]

Christine L. Case/Skyline College

[Рамка/Ілюстрації на сторінці 7]

Види мікроорганізмів

Віруси — це найдрібніші мікроорганізми. Вони викликають застуду, грип і біль у горлі. Віруси також є збудниками таких важких захворювань, як поліомієліт, Ебола та СНІД.

Бактерії — прості одноклітинні організми без ядра і, як правило, всього лиш з однією хромосомою. У нашому організмі, зокрема в травному тракті, живуть трильйони бактерій. Вони сприяють засвоєнню їжі й служать основним джерелом вітаміну К, потрібного для зсідання крові.

З усіх 4600 відомих видів бактерій лише коло 300 вважаються патогенними (хвороботворними). Все ж ця порівняно невелика частина викликає цілий ряд захворювань людини, тварин і рослин. У людей патогенні бактерії є збудниками туберкульозу, холери, дифтерії, сибірки, спричиняють гниття зубів, певні види запалення легенів та багато хвороб, які передаються статевим шляхом.

Найпростіші — одноклітинні організми, що можуть мати більш як одне ядро. До них належать амеби, трипаносоми, а також збудники малярії. Коло однієї третьої, тобто приблизно 10 000 видів, усіх найпростіших є паразитами, проте лише незначна частина з них викликає захворювання у людей.

Грибки також можуть бути збудниками хвороб. Ці організми мають ядро і систему ниткоподібних утворень. Найпоширеніші захворювання, які вони викликають — це дерматомікози, наприклад, грибкове захворювання ніг і кандидамікоз. Важкі грибкові захворювання найчастіше трапляються у людей, захисні сили організму яких ослаблені через недоїдання, рак, медикаменти чи вірусні інфекції, що пригнічують імунну систему.

[Ілюстрації]

Вірус Ебола.

Бактерія гноєрідного стафілокока.

Лямблія.

Гриби, що викликають дерматомікози.

[Відомості про джерела]

CDC/C. Goldsmith

CDC/Janice Carr

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

© Bristol Biomedical Image Archive, University of Bristol

[Ілюстрація на сторінці 4]

Александер Флемінг, який відкрив пеніцилін.