Антибиотики: спасение или смерть?

Еще 80 лет назад врачи с трудом представляли себе, как помочь пациенту с сифилисом и чем лечить тех, кто страдает от бактериальной дизентерии. Все изменилось в 1928 году, когда британский исследователь Александр Флеминг обнаружил вещество, способное уничтожать бактерии. Ученый показал, что грибы Penicillium, которые обычно образуют плесень на продуктах питания, вырабатывают антибактериальное соединение, позже названное «пенициллином».

Это вещество стало первым антибиотиком, о котором Флеминг сообщил членам Медицинского исследовательского клуба при Лондонском университете. Однако до применения пенициллина в медицинских целях было еще далеко: соединение обладало очень нестабильной структурой. Только через девять лет сотрудники Оксфордского университета Говард Флори и Эрнст Чейн разработали метод получения стабильной формы пенициллина, а в 1941 году ученые вылечили с помощью антибиотика первого пациента, страдавшего от тяжелой бактериальной инфекции.

Пенициллин на дне флакона. Фото: Everett Historical/Shutterstock

С тех пор врачи регулярно назначают пациентам лекарственные препараты из этой категории. Спустя 77 лет после открытия пенициллина в арсенале медиков появились и другие антибактериальные соединения: тетрациклины, цефалоспорины, левомицетины. Кажется, что практически любую инфекцию легко вылечить, назначив пациенту те или иные антибиотики, а в некоторых случаях можно прибегнуть к препаратам широкого спектра действия. Однако оказалось, что большая победа может стать причиной настоящей эпидемии. Ученые стали замечать, что многие бактерии становятся невосприимчивыми к действию антибиотиков. В самых тяжелых случаях врачи вернулись к тому, с чего начинали их коллеги много лет назад: они не знали, как лечить некоторые инфекции.

Супербактерии

В декабре 2014 года был опубликован первый Обзор по устойчивости к противомикробным препаратам (The Review on Antimicrobial Resistance). Согласно документу, инфекции, которые не поддаются лечению антибиотиками, станут причиной гибели до 10 миллионов людей ежегодно. Эксперты сообщили, что к 2050 году расходы на борьбу с бактериями, устойчивыми к действию антибиотиков, достигнут $100 трлн.

Спустя два месяца после выхода обзора американские врачи сообщили, что пациенты одной из больниц Лос-Анджелеса могут быть заражены смертельными «супербактериями». Речь шла о 179 пациентах медицинского центра Рональда Рейгана, которые проходили эндоскопическое обследование. Сотрудники Калифорнийского университета пояснили, что, по их данным, стандартная стерилизация прибора для проведения обследования не уничтожила всех опасных бактерий.

В марте 2015 года вторая больница Лос-Анджелеса сообщила в вспышке антибиотикоустойчивой инфекции. Обычное эндоскопическое обследование также стало причиной заражения четырех пациентов медицинского центра Сидарс-Синай.

Сотрудники Центров по контролю и профилактике заболеваний США (CDC) представили свою статистику, сообщив, что ежегодно до двух миллионов американцев заражаются антибиотикоустойчивыми бактериями, и по меньшей мере 23 тысячи пациентов умирают из-за инфекции.

Эксперты считают, что одной из основных причин повышения устойчивости к антимикробным препаратам является необоснованное назначение антибиотиков пациентам. В некоторых случаях, например, при хирургических вмешательствах или при тяжелых бактериальных инфекциях, антибиотики должны применяться в обязательном порядке. Однако врачи регулярно выписывают эти препараты в тех случаях, когда этого не требуется. Компания Medix провела опрос среди британских врачей, уточнив, как часто они назначают пациентам ненужные лекарства или медицинские процедуры. Оказалось, что только один из пяти врачей строго соблюдает правила назначения препаратов, а другие медики регулярно выписывают пациенту ненужные лекарства.

В связи с угрозой эпидемии инфекций, вызванных антибиотикоустойчивыми бактериями, Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) представила план по борьбе с резистентностью микроорганизмов.

Его авторы подчеркнули, что необходимо разработать систему для изучения антибиотикоустойчивости, а также ужесточить контроль за назначением антибактериальных препаратов. По мнению ВОЗ, международное сообщество должно поощрять разработку новых антибиотиков. Организация призвала все страны подготовить аналогичные доклады, в которых будут перечислены меры по борьбе с резистентностью бактерий в ближайшие два года. Эксперты считают, что бездействие приведет к чрезвычайному положению: от бактериальных инфекций будут умирать чаще, чем от рака.

Кровь аллигаторов, почва и вирусы: как бороться с резистентностью бактерий?

Научное сообщество серьезно отнеслось к прогнозам экспертов. Сотрудники исследовательских лабораторий во всем мире ищут способы остановить эпидемию инфекций, вызванных «супербактериями». Среди ожидаемых достижений — улучшение диагностики бактериальных заболеваний. Так, ученые из Торонтского университета разработали небольшой чип, позволяющий за час определить, обладают ли бактерии устойчивостью к антибиотикам. Большинство аналогичных тестов выполняется в течение нескольких дней.

Чип для тестирования бактерий на антибиотикоустойчивость. Фото U of T Engineering via GEN

Основная проблема, с которой сталкиваются ученые, — недостаточное для проведения анализа количество бактерий. Для того, чтобы получить достаточно высокую концентрацию микроорганизмов, исследователи вынуждены ждать, пока бактерии размножатся в лабораторных условиях. Однако чаще всего у пациентов, страдающих от тяжелой бактериальной инфекции, нет возможности ждать результатов.

Новый тест работает по другому принципу: образец, который содержит бактерии, пропускается через чип с микроскопическими каналами.  В конце каждого канала расположен фильтр, состоящий из решетки микросфер. Это позволяет эффективнее концентрировать бактерии, к которым затем добавляют исследуемый антибиотик и сигнальную молекулу резазурин. Если бактерии устойчивы к действию антибиотика, то чип покажет изменение электрохимического потенциала, которое возникает при поглощении микроорганизмами резазурина.

Другие ученые стали искать пути решения проблемы резистентности к антибиотикам, используя бактерии. Так, сотрудники университета штата Нью-Йорк в Буффало получили штамм Escherichia coli, который способен производить антибиотик эритромицин, а также родственные ему химические соединения. Авторы исследования считают, что разработанный метод позволит синтезировать новые типы антибиотиков.

Исследователи из Израиля предложили использовать вирусы для того, чтобы «выключать» бактериальные гены резистентности. По их данным, использование бактериофагов, которые вводят определенные последовательности ДНК в геном бактерии, позволяет значительно снизить устойчивость микроорганизмов к действию антибиотиков. В ближайшее время авторы исследования проанализируют эффективность такого метода на синегнойной палочке. В случае успеха врачи смогут проводить стерилизацию приборов вирусами.

В буквальном смысле глубже копнули сотрудники Рокфеллеровского университета, запустив международный проект Drugs from Dirt (Лекарства из грязи). Американские ученые занимаются поиском почвенных бактерий, которые могли бы помочь в получении новых лекарственных препаратов, в том числе антибиотиков. Цель исследования — изучить микроорганизмы, найденные на территории всех 50 штатов. Любой желающий может помочь в проведении эксперимента, отправив образец почвы в лабораторию университета.  

Проблемой лечения бактериальных инфекций заинтересовались не только ученые, но и военные. Так, Управление по сокращению военной угрозы США финансирует исследование, цель которого — найти антимикробные соединения в крови крокодилов. Как сообщили сотрудники Университета Джоржда Мейсона, им удалось выделить из крови аллигаторов белки, которые в перспективе могут войти в состав лекарственных препаратов. Пептиды оказались компонентами более крупных белковых комплексов, и ученые надеются, что полученные данные позволят разработать новые противомикробные препараты.