В ноябре 2015 года коллектив китайских ученых опубликовал в журнале Lancet статью, в которой подвел итоги многолетних наблюдений и сообщил об открытии гена трансмиссивной устойчивости к колистину. Таким образом, сбылись мрачные прогнозы многих исследователей и мир оказался на пороге появления бактериальных инфекций, для лечения которых даже формально не существует ни одного лекарственного препарата. Как подобное могло произойти, и какие это имеет последствия для нашего общества?
Первую часть материала можно и нужно прочесть здесь.
Почему так мало новых веществ
Большинство из применяемых сейчас препаратов были разработаны в 1950-1970-х годах, после чего разработка почти прекратилась на три десятилетия. Благодатная «золотая жила» — изучение почвенных бактерий-стрептомицетов, давшее почти все известные классы антибиотиков – почти истощилась: новые исследования давали только уже открытые вещества, а технологий и ресурсов для проведения масштабных скринингов библиотек химических веществ у лабораторий не было. Но дело далеко не только в этом. Отсутствие новых антибиотиков это следствие настоящего «совершенного шторма» совпавших причин, прежде всего экономических. Во-первых, новые антибиотики, в отличие от каких-нибудь иммуномодуляторов, нужны относительно небольшому числу пациентов, причем живут эти пациенты преимущественно (но не только!) в бедных странах. Во-вторых, курс лечения антибиотиком занимает несколько недель, а не годы, как у, скажем, гипотензивных средств. В-третьих, устойчивость может сделать дорогой препарат нерентабельным уже через несколько лет после начала применения. В общем, на них не заработаешь.
Сейчас правительства разных стран пытаются найти экономические стимулы, чтобы вернуть большие компании на рынок антибиотиков: это может быть как снижение затрат на разработку (налоговые льготы), так и увеличение выгоды (например, государственные обязательства на закупку). В то же время все больше ученых занимается исследованиями сосуществования бактерий друг с другом, антибактериальных веществ и механизмов устойчивости. К сожалению, проблема устойчивости является типичной проблемой с отложенными последствиями: адекватность или недостаточность предпринятых мер становится очевидна только спустя длительное время.
При чем здесь фермеры
Именно применение колистина в сельском хозяйстве стало решающим факторов в возникновении трансмиссивной (передающейся) устойчивости к нему. Сразу после открытия антибиотиков, в те же 1950-е годы, фермеры выяснили, что ежедневное применение суб-терапевтических доз (это значит, что доза чуть ниже, чем так, которая применялась бы в случае заболевания) в животноводстве позволяет аж на 20 процентов увеличить прирост веса в пересчете на потребленное количество корма. Причины этого эффекта до сих пор не ясны, но видимо как-то связаны со сложным сообществом бактерий в кишечнике животного и их взаимодействием с иммунитетом хозяина. Снижая количество потенциально болезнетворных бактерий в кишечнике, антибиотики уменьшают уровень воспаления и активации иммунной системы животного, уменьшая энергетические затраты. Кроме того, бактерии напрямую потребляют часть поступающих с пищей калорий (тем самым уменьшая количество калорий, достающееся самому животному).
Помимо ускоренного набора веса, интенсификация животноводства потребовала включения антибиотиков в рацион для профилактики всевозможных болезней скота и птиц. Несмотря на общественное внимание к проблеме с каждым годом уровень использования антибиотиков в сельском хозяйстве возрастает, причем 90 процентов вещества идет не на лечение болезней, а как добавка в корм и стимулятор роста. Вместе с отходами жизнедеятельности, антибиотики попадают в сточные воды, вызывая отбор устойчивых патогенов по всем регионе.
У читателя это может вызвать удивление, но даже в развитых странах (США, Канада, ЕС) фермеры используют для своих целей вовсе не пенициллин, а антибиотики последних поколений. Например, в США 72 процента применяемых фермерами антибиотиков являются «медицински значимыми», то есть важными для лечения людей.
На настоящий момент только в Европейском Союзе полностью запрещено применение антибиотиков для ускорения набора веса животных (с 2006 года), что, разумеется, потребовало введения протекционистских мер в сельском хозяйстве. Тем не менее, антибиотики по-прежнему широко используются в профилактических целях. В США использование цефалоспоринов в сельском хозяйстве ограничили только с 2012 года. Но, к сожалению, запрет на применение антибиотиков в животноводстве в одной стране никак не препятствует проникновению генов устойчивости из других стран, где подобные запреты не действуют.
Вообще говоря, интенсивное животноводство без применения антибиотиков возможно, но требует высокого уровня контроля и организации производства, что делает его еще более дорогим. В качестве альтернатив антибиотикам предлагается применение пробиотиков – культур «полезных» бактерий, и веществ, стимулирующих их рост для нормализации кишечной микрофлоры, вакцинация или даже использование бактериофагов.
Существуют ли альтернативы
В 2011 году американское агентство перспективных научных исследований при министерстве обороны (DARPA), известное поддержкой самых «фантастических» научных проектов, объявило о разработке принципиально нового механизма лечения бактериальных инфекций, основанного на использовании «наночастиц» с пришитыми короткими РНК и даже «нанороботов», призванных распознавать и уничтожать «любых» бактерий.
Военных можно понять: в полевых условиях трудно организовать адекватные процедуры, и возвращающиеся из Ирака или Афганистана раненые солдаты часто привозили с собой трудноизлечимые инфекции. Совсем недавно DARPA поддержало проект «стимулирования механизмов защиты хозяина» — предполагается, что если разобраться в механизмах природного иммунитета (почему одни люди заражаются, а другие нет) можно защитить любого человека от инфекции (даже неизвестной). Подобные исследования, безусловно, не лишены смысла: по мнению иммунологов, именно степень реакции иммунной системы на патоген (вирус или бактерию) определяет исход течения болезни. Слишком сильный ответ («цитокиновый шторм») разрушает здоровые ткани, а слишком слабый – недостаточен для уничтожения возбудителя.
К сожалению, мы все еще недостаточно хорошо понимаем, как работает иммунная система и вряд ли в этой области можно ждать быстрых успехов. С другой стороны, классические вакцины, разработанные против конкретной бактерии, доказали свою эффективность, позволив искоренить многие страшные болезни в течение XX века. А вакцинация скота против распространенных болезней позволила бы сократить применение антибиотиков в сельском хозяйстве.
Бактериофаги (с греческого «пожирающие бактерий»), или вирусы бактерий, были открыты почти 100 лет назад французским врачом канадского происхождения д’Эрелем. Он же стал первым применять бактериофагов в лечении инфекций. Несмотря на огромный (поначалу) общественный интерес, связанный с большими потерями от заражения ран и тифа в Первой мировой войне, добиться значительных успехов д’Эрелю не удалось: процедуры выделения вирусов, активных против конкретной культуры бактерий, их хранения и транспортировки, а также результаты самого лечения не поддавались контролю, систематизации и толком не воспроизводились.
Тем не менее, Институт бактериофагов, основанный д’Эрелем в Тбилиси в 1933-35 годах, существует и по сей день, и является одним из немногих мест в мире, где можно получить лечение терапевтическими фагами. Рост устойчивости к антибиотикам закономерно возродил интерес к фагам: обладая узкой специализацией, они могут «пожирать» возбудителей инфекции, не затрагивая нормальных обитателей кишечника, а также разрушать недоступные для лекарств биопленки. В то же время, с точки зрения отбора, использование фагов ничем не отличается от использования таблеток: единственной мутации в белке-рецепторе на поверхности бактерии достаточно, чтобы фаг перестал на нее садиться. Да и проблемы, существовавшие еще во времена д’Эреля, никуда не делись: процедура подбора нужных фагов (вернее, их смеси) занимает по меньшей мере несколько дней, обработать можно только доступные снаружи поверхности тела или кишечник, к тому же, как оказалось, фаги эффективно размножаются только при достаточно большой концентрации бактерий, массовый лизис которых вызывает токсический шок у пациента.
Все это не оставляет места фаговой терапии в качестве стандартного повсеместного способа лечения. Однако, в узких нишах фаги могут быть полезны, и энтузиасты применения бактериофагов не оставляют попыток придумать эффективные способы их применения. Например, целевое уничтожение резистентных бактерий с помощью системы CRISPR, нацеленной на конкретные гены устойчивости.
С похожими проблемами сталкивается и применение антибактериальных пептидов: находящиеся на вооружении животных, растений и даже человека (наша кожа покрыта антибактериальными пептидами), они показывают высокую эффективность в лабораторных условиях, но нестабильны в крови или токсичны для клеток организма человека. Большинство агентов, разрабатываемых в последнее десятилетие, до сих пор не прошло клинических испытаний.
В любом случае, использование любых сложных «персонализированных» лекарств потребует сверх-быстрой диагностики – ведь при многих бактериальных инфекциях жизненно важно начать лечение в течение первых суток или даже первых 12 часов заболевания. В этом году европейская международная программа Horizon 2020 назначила премию за создание «средства диагностики бактериальной инфекции в течение 1-2 часов» в 1 миллион евро. Британская благотворительная организация Nesta пошла еще дальше, учредив в 2014 году Longitude prize в 10 миллионов фунтов стерлингов за решение проблемы быстрой диагностики инфекций и определения спектра антибиотикоустойчивости.
Как мы видим, несмотря на все кажущееся разнообразие подходов, достойной альтернативы «низкомолекулярным ингибиторам» (именно так в ученых кругах называют традиционные антибиотики) нет, и в ближайшее время не предвидится. А значит, с устойчивостью мы будем жить и дальше. И относиться к ней надо очень серьезно. Хорошие новости заключаются в том, что похоже, «супербактерий» можно взять под контроль, но это требует усилий всего общества. Пока же оно старается эту проблему не замечать.
Дмитрий Гиляров
