Некоторые бактерии — настоящие супермены в своем микромире. Они завоевывают новые территории, успешно справляются с разработанным против них оружием в виде антибиотиков и постоянно совершенствуют свои способности. А мы, то есть человечество, пока медленно, но верно проигрываем эту битву. MedAboutMe выяснял, кто такие супербактерии и в чем причина их успеха?
Супербаги — ошибки или успех эволюции?
В СМИ для обозначения не поддающихся действию антибиотиков бактерий все чаще используется слово «супербаги». Когда-то о «багах» (жучках — от англ. bugs), имея в виду мелкие ошибки, говорил еще Томас Эддисон. А на заре программирования англоязычное словечко bug стали активно использовать разработчики в области компьютерных технологий. Для программиста баг — это ошибка в программе или в системе, приводящая к неожиданным результатам.
В 1966 году появились первые сообщения о лекарственно-устойчивых бактериях, которые могут передавать это свойство другим видам микробов. Журналисты окрестили их супербагами — микроорганизмами-ошибками, которые приводят к очень неожиданным результатам с точки зрения врачей и ученых. Но на самом деле, ошибками их называть неправильно, потому что появление супербактерий — результат их борьбы за выживание в мире, в котором на каждом шагу применяются антибиотики. Так что это, скорее, очередной шаг по лестнице эволюции, чем баг.
Как супербактерии защищаются от антибиотиков?
Изобретательность супербактерий в создании способов защиты от антибиотиков вызывает невольное восхищение. Вот лишь некоторые способности, которые развили у себя бактерии за несколько десятков лет борьбы с антибиотиками:
- умение вырабатывать специальный фермент, который разрушает действующее вещество антибиотика;
- умение создавать барьер, через который антибиотик проникнуть не в состоянии;
- изменение соединения-мишени, на контакт с которой рассчитан антибиотик.
Но главная головная боль ученых, которые пытаются остановить эпидемию превращения рядовых бактерий в супербагов — это горизонтальный перенос генов.
Дело в том, что у бактерий генетический материал может существовать в виде плазмид — небольших участков закольцованной ДНК. Бактерии умеют обмениваться этими плазмидами и таким образом могут передавать гены другим микроорганизмам, которые не являются их потомками. Более того, речь может идти о переносе генов между разными видами. Это все равно, как если бы человек мог передать часть своей ДНК при помощи рукопожатия или, например, погладив собаку. Сам процесс горизонтального переноса генов был открыт в 1959 году японскими учеными в ходе изучения процесса передачи свойства резистентности к определенным антибиотикам от одного вида микробов к другим. Сегодня встречаются супербаги, несущие в себе не одну, а множество плазмид с генами устойчивости к разным антибиотикам. Особенно часто такие супербактерии появляются в больницах, где обмен генами и вопросы борьбы с антибиотиками стоят у бактерий особенно остро.
Гены, которые делают из обычных бактерий супербагов
В ходе войны бактерий за выживание появляются гены, которые придают микроорганизмам суперсвойства, передаваемые от микроба к микробу, от одного вида к другому путем горизонтального переноса. Сегодня ученым известно о существовании следующих генов, которые делают из бактерий супербагов.
Ген, защищающий от бета-лактамов
Фермент с громоздким названием «металло-бета-лактамаза из Нью-Дели» (NDM-1) кодируется геном, открытым относительно недавно. Бактерии, обладающие им, неуязвимы к подавляющему большинству бета-лактамных антибиотиков — пенициллинам, цефалоспоринам и карбапенемам. А ведь еще недавно бета-лактамы, которые нарушали процесс образования клеточной стенки бактерий, считались самыми универсальными антибиотиками, и потому применялись особенно широко. Причем карбапенемы использовались для борьбы с особо стойкими больничными инфекциями.
Только монобактамы из этой группы пока еще «держат оборону». Единственный бета-лактамный антибиотик, способный устоять перед действием NDM-1 — азтреонам. Но и он не всесилен и разрушается под действием бета-лактамаз расширенного спектра (ESBL-ферментов). Микроорганизмы, обладающие генами, которые кодируют ESBL-ферменты, тоже встречаются уже довольно часто.
Сегодня ген NDM-1 обнаружен у отдельных штаммов кишечной палочки (Escherichia coli) и клебсиелл (Klebsiella pneumoniae).
Ген, защищающий от «антибиотиков последней надежды»
Менее двух лет назад у американки с неизлечимым циститом были обнаружены возбудители инфекции с геном MCR-1, при наличии которого бактерия получает устойчивость сразу к множеству лекарств, включая «антибиотики последней надежды». Так ученые называют полимиксины — группу полипептидных антибактериальных средств, из которых наиболее известным является колистин. Это препарат «глубокого резерва», его обычно назначают, когда бактерия оказывается устойчивой ко всем остальным антибиотикам.
Ген MCR-1 также входит в состав плазмиды, которая с легкостью необыкновенной передается между разными видами бактерий путем горизонтального переноса. Благодаря этой легкости, за период с ноября 2015 года, когда его впервые обнаружили, по настоящее время ген уже успел проявиться в более чем 30 странах, расположенных на 5 континентах.
В список бактерий, где его находили, вошли: кишечная палочка (E.coli), один из видов сальмонеллы (Salmonella enterica), клебсиелла (Klebsiella pneumonia) и пара энтеробактерий (Enterobacter aerogenes и E. cloacae). В лаборатории ученые наблюдали также передачу плазмиды с геном от кишечной палочки к синегнойной — возможно, прямо сейчас где-то в мире этот процесс происходит в организме живого человека.
Что нас ждет?
Итак, количество супербактерий растет. В прошлом году в этом списке появилась новая запись — энтеробактерии, устойчивые к карбапенемам (CRE). Том Фриден (Tom Frieden), бывший глава системы американских Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC), назвал их «бактериями из ночных кошмаров». Из разных концов мира приходят сообщения о новых случаях обнаружения супербагов, которых сложно, а то и невозможно, уничтожить с помощью традиционных антибиотиков.
Это значит, бактерии, даже те, что уже обзавелись эффективными средствами защиты, продолжают эволюционировать, подстраиваясь под постоянно меняющиеся условия и достижения фармакологии. И первоочередная задача человечества — решить проблему резистентности к антибиотикам, пока супербаги не начали убивать людей массово. В противном случае антибиотики могут стать бесполезными. Когда-то они совершили революцию в медицине, и даже теперь, на современном уровне развития здравоохранения, отказ от них может оказаться для нас тяжелым ударом.
Поэтому основная работа ученых сегодня ведется в двух направлениях:
- Поиск принципиально иных методов борьбы с бактериальными инфекциями.
- Ограничение использования антибиотиков там, где это возможно.
И именно поэтому так важно не принимать антибиотики без назначения врача, а если требуется пропить курс — строго следовать его указаниям. Только совместными усилиями можно замедлить скорость появления супербагов.
