Всего каких то 100 лет назад открытие антибиотиков привело к революции в медицине – многие ранее смертельные инфекции стали излечимыми, что сильно увеличило длительность жизни и её качество. Однако сегодня врачи сталкиваются с новой глобальной угрозой — угрозой супербактерий. Так называют бактерии, которые развили устойчивость к большинству известных противомикробных препаратов. Эти патогены не поддаются стандартному лечению, а некоторые из них выживают даже при воздействии антибиотиков последней линии. Всемирная организация здравоохранения предупреждает, что человечество может оказаться в постантибиотической эпохе, когда любая хирургическая операция или даже пустяковая царапина с инфекцией способна привести к трагедии. Иными словами, если ничего не предпринять, нас может ждать почти немыслимый сценарий – антибиотики перестанут работать, и медицина откатится в темные века.
Уже сейчас лекарственно-устойчивые инфекции уносят жизни: по оценкам, в 2019 году они напрямую вызвали 1,27 млн смертей по всему миру, а косвенно ассоциированы еще с примерно 5 млн смертей. Если тенденция сохранится, к 2050 году ежегодная глобальная смертность от таких инфекций может достичь 10 миллионов человек. Столь серьезная ситуация требует внимания каждого, ведь проблема супербактерий касается всех нас.
Краткая история противостояния антибиотиков и бактерий
Открытие антибиотиков произошло менее 100 лет назад. Первым антибиотиком, способным сражаться с множеством бактерий был пенициллин, открытый в 1928 году Сэром Александром Флемингом, однако в широкую медицинскую практику он вошел только в 1940-х. Изначально пенициллин творил чудеса – например, смертность от стафилококковых инфекций резко снизилась. Но уже через несколько лет появились тревожные сигналы.
Однако, уже в 1947 году врачи описали первый случай бактерии, не восприимчивой к пенициллину – ею оказался золотистый стафилококк. Этот микроб быстро научился разрушать пенициллин и выживать. К 1952 году более 75% штаммов стафилококка уже оказались устойчивыми к пенициллину. В ответ был разработан метициллин, но и его надолго не хватило: в 1961 году зафиксировали первый MRSA – метициллин-резистентный Staphylococcus aureus.
Далее гонка оружия и брони только набирала обороты. Появлялись новые антибиотики – бактерии через некоторое время вырабатывали к ним резистентность. Ванкомицин, введенный в арсенал в 1980-х как последняя надежда против MRSA, тоже со временем потерял абсолютную эффективность: к началу 2000-х появились ванкомицин-устойчивые штаммы.
Сегодня мультирезистентный золотистый стафилококк считается одной из главных угроз: он плохо поддается терапии и способен вызывать тяжелые заболевания – от пневмонии до сепсиса. Только в США от инфекций MRSA ежегодно погибает более 18 тысяч человек. Не менее пугает и то, что около 90% случаев заражения MRSA происходят в больницах – нередко пациенты подхватывают этот опасный микроб во время лечения другой болезни.
История антибиотиков демонстрирует: стоило нам отпраздновать победу над какой-либо инфекцией, как бактерии быстро отвечали развитием устойчивости.
Почему развивается резистентность
Почему же бактерии умудряются перехитрить сильнейшие лекарства? Секрет – в их невероятной приспособляемости и скорости эволюции. Бактериальные клетки размножаются очень быстро, и среди миллиардов микробов постоянно возникают мутации. Часть таких случайных изменений может дать бактерии защиту от антибиотика. Например, микробы способны обзавестись более плотной капсулой (чтобы лекарству сложнее было проникнуть), или начать вырабатывать специальные ферменты, разрушающие антибиотик. Известен класс ферментов бета-лактамаз, которые «разрезают» молекулы пенициллина – и тогда препарат теряет силу. Другие варианты – изменять структуру «мишени» внутри бактерии (так, чтобы антибиотик больше не узнавал свой пункт атаки), либо активнее откачивать молекулы лекарства из клетки с помощью эффлюксных насосов. И наконец, бактерии могут переключиться на резервные пути метаболизма, обходясь без тех процессов, против которых направлено действие антибиотика.
Важно, что гены устойчивости могут быстро распространяться между разными бактериями. Микробы обмениваются фрагментами ДНК так же легко, как люди пересылают друг другу файлы. Специальные мобильные элементы – например, плазмиды – переносят гены резистентности от одной бактерии к другой, даже между разными видами. Это значит, что как только где-то появилась «супербактерия», она может поделиться своим опасным умением с родственниками. С эволюционной точки зрения, применение каждого нового антибиотика создает мощное давление отбора: выживают лишь те микробы, которым случайно досталась защита, и они дают начало новым популяциям уже устойчивых бактерий.
Что же ускоряет развитие антибиотикорезистентности? Ученые выделяют несколько ключевых факторов:
- Неправильное использование антибиотиков у людей. К сожалению, в практике распространены случаи самолечения – когда люди принимают антибиотики без назначения врача или «на всякий случай». Если аптеки отпускают такие препараты без рецепта, это только усугубляет проблему. Кроме того, даже назначенный курс часто принимают неверно: слишком короткое лечение, пропущенные дозы или неправильная дозировка не убивают бактерии полностью, зато дают шанс выжившим выработать устойчивость.
- Ошибки в медицинских назначениях. Порой врачи назначают антибиотик «наугад», без точного определения возбудителя. Если препарат выбран неверно (например, против бактерии, нечувствительной к нему), или если не проведен анализ на антибиотикограмму, лечение неэффективно, а устойчивые микробы получают преимущество. Также вредно неоправданно выписывать слишком сильные антибиотики широкого спектра там, где хватило бы узконаправленных средств.
- Применение антибиотиков при вирусных заболеваниях. Антибиотики не действуют на вирусы (например, при гриппе или ОРВИ), однако нередко их назначают или принимают и в этих случаях – без пользы, но с риском развития резистентности у бактерий, которые «попадут под раздачу».
- Широкое использование антибиотиков в сельском хозяйстве. В животноводстве и птицеводстве огромные объемы антибиотиков применяются для ускорения роста скота и профилактики заболеваний. Это приводит к появлению устойчивых штаммов в окружающей среде и пищевой цепочке.
Все эти факторы создают благоприятную почву для развития супербактерий. Чем чаще и беспорядочнее используются антибиотики, тем быстрее бактерии находят против них «противоядие».
Кошмары на ночь
Гены устойчивости существовали задолго до появления человека. В образцах вечной мерзлоты возрастом около 30 000 лет обнаружены гены, функционально аналогичные современным генам антибиотикорезистентности и способные обеспечивать защиту от природных антибактериальных соединений.
Ученым также удалось оживить микроорганизмы, пролежавшие во льдах около 40 000 лет. Эти находки настораживают: из-за таяния вечной мерзлоты возможен всплеск древних патогенов, как это произошло при вспышке сибирской язвы на Ямале в 2016 году.
Что же делают антибиотики и как бактерии этому противостоят
Антибиотики – это лекарственные вещества, предназначенные для уничтожения бактерий или остановки их роста. Действуют они прицельно на уязвимые места бактериальной клетки, не затрагивая клетки человеческого организма. Разные классы антибиотиков имеют разные мишени. Например, пенициллин и другие бета-лактамы блокируют синтез клеточной стенки микроба – в результате бактерия не может залатать прорехи в своей оболочке и попросту лопается. Другие антибиотики мешают микробам создавать белки (нарушают работу рибосом) или реплицировать ДНК – без этих процессов бактерия не может размножаться и погибает. В итоге, при правильно подобранной терапии патогенные бактерии либо уничтожаются, либо их колонии перестают расти, давая иммунной системе добить остатки.
Однако супербактерии ломают эту идеальную схему. Если микроб выработал один из механизмов резистентности, антибиотик теряет свою эффективность. Например, штаммы стафилококка MRSA синтезируют фермент бета-лактамазу, который расщепляет молекулы пенициллина еще до того, как лекарство успеет подействовать. Другие бактерии модифицируют свои «лазареты» – белки-мишени, с которыми должен связываться антибиотик. Так, появление мутантного белка PBP2a позволяет золотистому стафилококку не реагировать на метициллин. Бывают и более хитрые стратегии: например, некоторые бактерии научились активнее откачивать чужеродные вещества из своей клетки с помощью специальных насосов, поэтому даже попавший внутрь антибиотик тут же выводится наружу. Ко всему прочему, природа бактерий позволяет им впадать в своеобразное «спящее» состояние (формировать упорные персистирующие формы) – тогда они пережидают период атаки антибиотика и возобновляют рост, когда концентрация лекарства падает. Совокупность всех этих факторов объясняет, почему при встрече с супербактерией привычные медикаменты часто бессильны.
Важно отметить, что устойчивость бывает разной степени. Некоторые бактерии приобрели защиту против одного конкретного препарата, но остаются чувствительны к другим. Однако наибольшую угрозу представляют мультирезистентные штаммы, которые «невосприимчивы» ко многим и даже большинству антибиотиков. В таких случаях лечить инфекцию чрезвычайно сложно: приходится использовать комбинации нескольких токсичных лекарств, искать экспериментальные методы или, в худшем случае, сталкиваться с отсутствием эффективной терапии.
А ведь есть еще и спящие бактерии
Помимо прочего, леча антибиотиками одну «болячку» и вдруг срываясь с курса, мы зачастую забываем о том, что антибиотик широкого спектра зачастую оказывает влияние и на другие «дремлющие» виды. Так, например, среди зачастую бессимптомно живущих бактерий часто вспоминают возбудителей туберкулеза или герпеса.
Но есть и менее заметная и зачастую не менее опасные кишечные и желудочные бактерии. Как, например, Helicobacter Pylori. Эта спиралевидная бактерия умудряется десятилетиями обитать в желудке человека. Обычно она безобидна, но в определенных условиях она начинает реагировать на плохое питание и начинает постепенно подтачивать здоровье носителя. Хеликобактер передается от человека к человеку (обычно через слюну или загрязненные пищу и воду) и заселяет слизистую оболочку желудка.
У этого микроба есть ряд приспособлений: он вырабатывает фермент уреазу, нейтрализующий кислоту вокруг бактерии, который позволяет её колониям обитать в слизистом слое кишечника, прикрепившись к клеткам стенки желудка, избегая уничтожения. В результате H. pylori может долгие годы «спать» внутри организма, вызывая лишь слабое хроническое воспаление без заметных симптомов. Многие люди не подозревают о наличии инфекции, пока она не приводит к язве желудка или другим серьезным проблемам.
Хеликобактер связан с развитием гастритов, язвенной болезни, а в ряде случаев – рака желудка. Поэтому, узнав о наличии этой бактерии, врачи стараются ее уничтожить с помощью специальной эрадикационной терапии – обычно комбинации из двух-трех антибиотиков в сочетании с препаратом висмута. Однако и здесь возникает проблема супербактерий. H. pylori широко распространена по миру, и во многих странах все чаще встречаются штаммы, нечувствительные к ключевым антибиотикам терапии. В частности, устойчивость хеликобактера к макролидам (основной антибиотик этого класса – кларитромицин) превысила уровень 15–20%, то есть примерно каждый пятый случай инфекции не поддается стандартному лечению.
В России ситуация также остается неблагополучной: более 15–20% штаммов H. pylori резистентны к кларитромицину, а устойчивость к метронидазолу достигает примерно 60%. При таких показателях эффективность традиционной тройной терапии резко падает. Согласно данным мета-анализов, если штамм устойчив к кларитромицину, вероятность успешного излечения снижается на 66% по сравнению с чувствительными случаями. Проще говоря, привычные схемы лечения уже не работают, и врачам приходится назначать альтернативные варианты. На текущий момент трехкомпонентная терапия сменилась четырехкомпонентной — ингибитор протонной помпы, препараты висмута и пара антибиотиков.
Это может коснуться каждого
Проблема супербактерий – не абстрактная страшилка, а реальность, которая потенциально затронет каждого. Даже если вы молоды, здоровы и редко принимаете антибиотики, вы не застрахованы от встречи с устойчивым микробом. Любая бытовая ситуация – порез на даче, пищевое отравление, инфекция мочевых путей или пневмония – в не столь далёком будущем может обернуться серьезной опасностью, если возбудитель окажется мультирезистентным. В прошлом, до эры антибиотиков, люди нередко умирали от царапин, инфицированных стрептококком, или от банальной пневмонии. Современная медицина спасает нас от этого – но успех держится на хрупком фундаменте эффективности антибиотиков. Когда этот фундамент рушится, риску подвергаются обычные медицинские процедуры: сложно представить успешную хирургию, химиотерапию или уход за новорожденными без работающих антибактериальных средств.
Уже сегодня врачи сталкиваются с инфекциями, которые нечем лечить. В стационарах по всему миру фиксируют вспышки госпитальных штаммов, против которых бессильны даже сильнейшие препараты. Пациенты с такими инфекциями проводят недели в изоляции, получают токсичные резервные антибиотики, а иногда, увы, погибают.
Помимо угрозы жизни, антибиотикорезистентность несет и серьезные социально-экономические последствия. Лечение устойчивых инфекций значительно дороже: требуются новые лекарства, более длительная госпитализация, меры эпидемиологического контроля. Возрастает нагрузка на системы здравоохранения и страховые фонды. Для обычных людей это выливается в более продолжительные болезни, повышенный риск осложнений и необходимость тратить деньги на дорогие препараты. С точки зрения экономики, распространение супербактерий грозит потерей триллионов долларов из-за снижения продуктивности труда и роста расходов на медицину. В конечном счете, каждый из нас заинтересован в том, чтобы антибиотики оставались эффективными, поскольку они являются базовым «страховым полисом» общества от эпидемий.
Хорошо, а что же я могу сделать чтобы обезопасить себя и окружающих?
Тут всё довольно просто.
- Соблюдайте правила личной гигиены. Мойте руки и лицо чаще!
- В местах повышенной опасности (общественные места во время сезонных эпидемий, больницы, поликлиники) носите маску для защиты окружающих и себя. Хотя, для защиты себя всё же следует носит респиратор с классом защиты как минимум FFP 2.
- Старайтесь не использовать одну посуду/бутылки/столовые приборы с кем-либо из семьи, предварительно не помыв её.
- И наверное самое важное: Принимайте антибиотики только по назначению врача. Не занимайтесь самолечением.
Следуя этим правилам вы можете значительно снизить вероятность заражения как себя, так и окружающих.
И что же будет дальше?
Несмотря на мрачные прогнозы, наука и медицина не опускают руки в борьбе с супербактериями. Международные организации и правительства разрабатывают стратегии, призванные сдержать рост резистентности. Всемирная организация здравоохранения приняла Глобальный план действий, основными пунктами которого стали: разумное назначение антибиотиков (строго по показаниям), прекращение их бесконтрольной продажи, просвещение населения о вреде самолечения, сокращение применения антибактериальных средств в сельском хозяйстве, массовая вакцинация от основных бактериальных инфекций и строгий контроль распространения устойчивых штаммов в больницах. Реализация этих мер – задача для властей и врачей всех стран. Однако не менее важен и поиск новых решений на уровне науки и технологий.
Разработка новых антибиотиков.
В середине XX века фармацевты ежегодно открывали все новые классы антибактериальных препаратов – этот период даже назвали «золотой эрой антибиотиков». Но к рубежу веков темп открытий резко упал. Причины объективны: создание нового лекарства – процесс дорогой (более 1 млрд долларов) и длительный (10–15 лет испытаний), к тому же быстро мутирующие микробы способны свести на нет усилия ученых. Фармацевтические компании неохотно вкладывались в антибиотики, предпочитая более прибыльные направления. В результате к 2020-м годам на рынок вышло лишь несколько принципиально новых препаратов, да и те зачастую являлись вариациями старых классов.
Тем не менее, есть и успехи. В 2015 году ученые открыли антибиотик тейксобактин, который блокирует сразу несколько связанных этапов сборки клеточной стенки бактерий. Тейксобактин показал высокую эффективность против возбудителей туберкулеза, пневмонии и золотистого стафилококка, в том числе устойчивых форм. Примечательно, что найден он был с помощью оригинальной технологии культивирования почвенных бактерий, позволившей «вырастить» ранее не изученные микроорганизмы и выделить из них активные вещества.
Еще один перспективный пример – антибиотик лугдунин, обнаруженный в 2016 году в бактериях, обитающих в носовой полости человека. Лугдунин способен подавлять рост MRSA и других мультирезистентных микробов. Совсем недавно, в 2023 году, исследователи из MIT и Гарварда с помощью методов искусственного интеллекта выявили новый класс молекул, эффективных против MRSA и ванкомицин-устойчивых энтерококков. Предварительные исследования показали, что это соединение действенно в моделях инфекций на мышах и практически не вызывает развития резистентности у бактерий. Хотя новый препарат еще проходит испытания, сам факт его открытия с использованием методов deep learning демонстрирует потенциал современных технологий в поиске антибиотиков. Можно ожидать, что в ближайшие годы благодаря машинному анализу больших массивов данных появятся новые «умные» антибиотики, способные противостоять супербактериям.
Альтернативы
Альтернативой химическим лекарствам может стать бактериофаг – вирус, поражающий бактерии. Идея лечить инфекции «вирусным оружием» возникла более 100 лет назад, еще до открытия пенициллина. В СССР фаги применялись довольно успешно, однако с появлением антибиотиков про них надолго забыли. Теперь же, в XXI веке, интерес к фагам возрождается на фоне роста антибиотикорезистентности.
Преимущество фаготерапии заключается в том, что вирусы поражают бактерии прицельно, не затрагивая клетки человека, и способны размножаться непосредственно в очаге инфекции, усиливая терапевтический эффект. Уже накоплен ряд впечатляющих примеров, когда бактериофаги спасали пациентов с тяжелыми, практически неизлечимыми инфекциями – в том числе при сепсисе и остеомиелите, вызванных супербактериями. В 2016 году британские врачи успешно применили коктейль из фагов для лечения 15-летней девочки с генерализованной инфекцией, вызванной Mycobacterium abscessus. Эта микобактерия не поддавалась никаким антибиотикам, и пациентка находилась на грани смерти. После курса фаготерапии состояние девочки значительно улучшилось.
Подобные случаи пока остаются единичными, но они вдохновляют исследователей. Создаются компании, разрабатывающие коммерческие фаговые препараты, ведутся клинические испытания. Особенно перспективным считается применение фагов при инфекциях кожи и мягких тканей, хронических ранах, кишечных инфекциях, а также для дезинфекции госпитальных поверхностей.
Тем не менее, у фаготерапии есть и серьезные ограничения. Каждый бактериофаг обычно эффективен лишь против определенных штаммов бактерий, поэтому подобрать подходящий «вирус-убийцу» для конкретной инфекции бывает непросто. Кроме того, бактерии способны со временем вырабатывать устойчивость и к фагам, вследствие чего вирусы теряют эффективность. Также требуется тщательная проверка безопасности фагопрепаратов. По этой причине сегодня бактериофаги рассматриваются скорее как дополнительное или резервное средство лечения.
Другие подходы
В арсенале науки существуют и другие стратегии. Разрабатываются вакцины против бактериальных заболеваний – например, прививки против пневмококка и менингококка уже снижают распространенность соответствующих инфекций, уменьшая потребность в антибиотиках. Исследуются специальные ферменты, разрушающие бактериальные биопленки, что делает микроорганизмы более уязвимыми для лекарств. Создаются препараты, блокирующие системы токсинообразования и питания бактерий (так называемые антивирулентные средства). Они не уничтожают микробы напрямую, но ослабляют их, позволяя иммунной системе эффективнее справляться с инфекцией.
Отдельным направлением является использование «хищных» бактерий, способных уничтожать патогенных сородичей. Пока этот подход выглядит экзотическим, однако первые эксперименты уже проводятся. Наконец, активно исследуются методы генной инженерии. В частности, с помощью технологии CRISPR/Cas предпринимаются попытки встроить в геном бактерий своеобразную «бомбу» – определенные последовательности ДНК, вызывающие самоуничтожение клеток при заданных условиях. Все эти методы пока находятся на стадии исследований, но они дают основания полагать, что человек не останется беззащитным перед микробным миром.
Итоги
Эпоха антибиотиков подарила человечеству внушительное продление жизни и победу над множеством инфекционных убийц прошлого. Однако за десятилетия беспечного использования этих чудо-лекарств мы сами создали новую угрозу.
Развитие резистентности – естественный эволюционный процесс, но масштабы проблемы сегодня во многом обусловлены деятельностью человека. Если не принять срочные меры, нас ждет откат в те времена, когда любое инфекционное заболевание грозило смертельным исходом.
К счастью, осознание проблемы пришло, и по всему миру ведется работа по ее решению. От каждого из нас тоже многое зависит. Следует помнить: антибиотики – общий ресурс, и их эффективность нужно беречь. Это значит – никогда не принимать такие препараты без назначения врача, строго придерживаться прописанного курса (особенно если стало лучше и, кажется, что можно и перестать), не требовать у доктора антибиотик «на всякий случай» и следить за тем, чтобы регулярно принимать препараты.
Простые меры вроде вакцинации, гигиены, безопасного приготовления пищи снижают риск инфекций – а значит, и потребность в антибиотиках. На уровне общества важно поддерживать программы по контролю за продажей и использованием противомикробных средств, развитию новых лекарств и альтернативных методов терапии.