Антибиотики и антибиотикорезистентность: от древности до наших дней. Проблема антибиотикорезистентности в современной медицине: есть ли решение? Причины антибиотикорезистентности

Антибиотики – одно из величайших достижений медицинской науки, ежегодно спасающее жизни десятков и сотен тысяч человек. Однако, как говорит народная мудрость, и на старуху бывает проруха. То, что раньше убивало патогенных микроорганизмов, сегодня уже не работает так, как раньше. Так в чем же причина: противомикробные препараты стали хуже или всему виной антибиотикорезистентность?

Определение антибиотикорезистентности

Антимикробные препараты (АПМ), которые принято называть антибиотиками, изначально были созданы для борьбы с бактериальной инфекцией. А в связи с тем, что различные болезни может вызывать не одна, а несколько разновидностей бактерий, объединенных в группы, то изначально велась разработка препаратов, эффективных в отношении определенной группы инфекционных возбудителей.

Но бактерии, хоть и простейшие, но активно развивающиеся организмы, со временем приобретающие все новые и новые свойства. Инстинкт самосохранения и способность приспосабливаться к различным условиям жизни делают патогенных микроорганизмов сильнее. В ответ на угрозу для жизни они начинают развивать в себе способности противостоять ей, выделяя секрет, ослабляющий или полностью нейтрализующий действие активного вещества противомикробных препаратов.

Получается, что действенные некогда антибиотики просто-напросто перестают выполнять свою функцию. В этом случае говорят о развитии антибиотикорезистентности к препарату. И дело здесь вовсе не в эффективности действующего вещества АМП, а в механизмах усовершенствования болезнетворных микроорганизмов, благодаря которым бактерии становятся не чувствительными к антибиотикам, призванным бороться с ними.

Итак, антибиотикорезистентность – это не что иное, как снижение восприимчивости бактерий к противомикробным препаратам, которые были созданы для их уничтожения. Именно по этой причине лечение, казалось бы, правильно подобранными препаратами не дает ожидаемых результатов.

Проблема антибиотикорезистентности

Отсутствие эффекта от антибиотикотерапии, связанное с антибиотикорезистентностью, приводит к тому, что болезнь продолжает прогрессировать и переходит в более тяжелую форму, лечение которой становится еще более затруднительным. Особую опасность представляют случаи, когда бактериальная инфекция поражает жизненно важные органы: сердце, легкие, головной мозг, почки и т.д., ведь в этом случае промедление смерти подобно.

Вторая опасность заключается в том, что некоторые болезни при недостаточности терапии антибиотиками могут приобретать хроническое течение. Человек становится носителем усовершенствованных микроорганизмов, устойчивых к антибиотикам определенной группы. Он же теперь является источником инфекции, бороться с которой старыми методами становится бессмысленным.

Все это подталкивает фармацевтическую науку к изобретению новых, более эффективных средств с другими действующими веществами. Но процесс опять идет по кругу с развитием антибиотикорезистентности уже к новым препаратам из разряда противомикробных средств.

Если кому-то кажется, что проблема антибиотикорезистентности возникла совсем недавно, он очень ошибается. Эта проблема стара как мир. Ну, возможно не настолько, и все же лет 70-75 ей уже есть. Согласно общепринятой теории, появилась она вместе с внедрением в медицинскую практику первых антибиотиков где-то в 40-х годах ХХ столетия.

Хотя существует концепция более раннего появления проблемы резистентности микроорганизмов. До появления антибиотиков этой проблемой особо не занимались. Ведь это так естественно, что бактерии, как и другие живые существа, старались приспособиться к неблагоприятным условиям окружающей среды, делали это по-своему.

Проблема резистентности болезнетворных бактерий напомнила о себе, когда появились первые антибиотики. Правда, тогда вопрос еще не стоял так актуально. В тот период активно велись разработки различных групп антибактериальных средств, что в некотором роде было обусловлено неблагоприятной политической обстановкой в мире, военными действиями, когда бойцы умирали от ранений и сепсиса лишь потому, что им не могли оказать эффективную помощь из-за отсутствия необходимых препаратов. Просто этих препаратов еще не существовало.

Наибольшее число разработок велось в 50-60 годах ХХ столетия, и в течение 2 последующих десятилетий велось их усовершенствование. Прогресс на этом не закончился, но начиная с 80-х годов разработок в отношении антибактериальных средств стало заметно меньше. Виной ли тому большая затратность этого предприятия (разработка и выпуск нового препарата в наше время доходит уже до границы в 800 миллионов долларов) или банальное отсутствие новых идей в отношении «воинственно настроенных» активных веществ для инновационных препаратов, но в связи с этим проблема антибиотикорезистентности выходит на новый пугающий уровень.

Занимаясь разработкой перспективных АМП и создавая новые группы таких препаратов, ученые надеялись победить множественные виды бактериальной инфекции. Но все оказалось не так просто «благодаря» антибиотикорезистентности, довольно быстро развивающейся у отдельных штаммов бактерий. Энтузиазм понемногу иссякает, но проблема так и остается нерешенной долгое время.

Остается непонятным, как может у микроорганизмов развиваться устойчивость к препаратам, которые по идее должны были их убить? Здесь нужно понимать, что «убийство» бактерий происходит лишь тогда, когда препарат применяется по назначению. А что же мы имеем на самом деле?

Причины антибиотикорезистентности

Тут мы подошли к главному вопросу, кто же виноват, что бактерии при воздействии на них антибактериальных средств не умирают, а прямо-таки перерождаются, приобретая новые свойства, которые далеко не на руку человечеству? Что провоцирует такие изменения, происходящие с микроорганизмами, являющимися причиной многих болезней, с которыми человечество борется не одно десятилетие?

Понятно, что истинной причиной развития антибиотикорезистентности является способность живых организмов выживать в различных условиях, приспосабливаясь к ним разными путями. Но ведь возможности увернуться от смертельного снаряда в лице антибиотика, который по идее должен нести им смерть, у бактерий нет. Так как же получается, что они не только выживают, но и усовершенствуются параллельно с усовершенствованием фармацевтических технологий?

Нужно понимать, что если есть проблема (в нашем случае развитие антибиотикорезистентности у патогенных микроорганизмов), значит есть и провоцирующие факторы, создающие для нее условия. Как раз в этом вопросе мы сейчас и попробуем разобраться.

Факторы развития антибиотикорезистентности

Когда человек приходит к врачу с жалобами на здоровье, он ожидает от специалиста квалифицированной помощи. Если речь заходит об инфекции дыхательных путей или других бактериальных инфекциях задача врача назначить эффективный антибиотик, который не даст болезни прогрессировать, и определить необходимую для этой цели дозировку.

Выбор медикаментов у врача достаточно большой, но как определить именно тот препарат, который реально поможет справиться с инфекцией? С одной стороны для оправданного назначения противомикробного препарата необходимо для начала выяснить тип возбудителя болезни, согласно этиотропной концепции выбора препарата, которая считается наиболее правильной. Но с другой стороны, на это может уйти до 3 и более дней, в то время важнейшим условием успешного излечения считается своевременная терапия на ранних сроках болезни.

Врачу ничего не остается, как после постановки диагноза действовать в первые дни практически наугад, чтобы как-то затормозить болезнь и не дать ей распространится на другие органы (эмпирический подход). При назначении амбулаторного лечения практикующий врач исходит из того, что возбудителем конкретной болезни могут быть определенные виды бактерий. Этим и обусловлен первоначальный выбор препарата. Назначение может претерпевать изменения в зависимости от результатов анализа на возбудитель.

И хорошо, если назначение врача подтвердится результатами анализов. В противном случае будет потеряно не только время. Дело в том, что для успешного лечения имеется еще одно необходимое условие – полная дезактивация (в медицинской терминологии есть понятие «иррадикация») патогенных микроорганизмов. Если этого не происходит, выжившие микробы попросту «переболеют», и у них выработается своеобразный иммунитет к активному веществу противомикробного препарата, вызвавшего их «болезнь». Это так же естественно, как и выработка антител в человеческом организме.

Получается, если антибиотик подобран неправильно либо неэффективными окажутся режим дозирования и приема препарата, патогенные микроорганизмы могут не погибнуть, а видоизмениться или приобрести ранее не свойственные им возможности. Размножаясь, такие бактерии образуют целые популяции штаммов, устойчивых к антибиотикам конкретной группы, т.е. антибиотикорезистентных бактерий.

Еще одним фактором, негативно влияющим на подверженность патогенных микроорганизмов воздействию антибактериальных препаратов, является использование АМП в животноводстве и ветеринарии. Применение антибиотиков в этих областях не всегда оправдано. К тому же определение возбудителя болезни в большинстве случаев не осуществляется либо проводится с опозданием, ведь антибиотиками лечат в основном животных, находящихся в довольно тяжелом состоянии, когда все решает время, и ждать результаты анализов не представляется возможным. А в селе у ветеринара не всегда даже такая возможность есть, вот он и действует «вслепую».

Но это бы еще ничего, только есть еще одна большая проблема – человеческий менталитет, когда каждый сам себе доктор. Причем, развитие информационных технологий и возможность приобрести большинство антибиотиков без рецепта врача лишь усугубляют эту проблему. А если учесть, что неквалифицированных докторов-самоучек у нас больше, чем тех, кто строго соблюдает назначения и рекомендации врача, проблема приобретает глобальные масштабы.

Механизмы антибиотикорезистентности

В последнее время антибиотикорезистентность стала проблемой номер один в фармакологической промышленности, занимающейся разработкой противомикробных препаратов. Все дело в том, что она свойственная практически всем известным разновидностям бактерий, в связи с чем терапия антибиотиками становится все менее эффективной. Такие распространенные патогенные микроорганизмы, как стафилококки, кишечная и синегнойная палочка, протеи имеют устойчивые штаммы, которые распространены более своих предков, подверженных воздействию антибиотиков.

Резистентность к различным группам антибиотиков, и даже к отдельным препаратам, развивается по-разному. Старые добрые пенициллины и тетрациклины, а также более новые разработки в виде цефалоспоринов и аминогликозидов характеризуются медленным развитием антибиотикорезистентности, параллельно с эти снижается и их терапевтический эффект. Чего нельзя сказать о таких препаратах, действующим веществом которых является стрептомицин, эритромицин, римфампицин и линкомицин. Резистентность к этим препаратам развивается стремительным темпом, в связи с чем назначение приходится менять даже в течение курса лечения, не дожидаясь его окончания. То же самое касается препаратов олеандомицина и фузидина.

Все это дает основание предположить, что механизмы развития антибиотикорезистентности к различным препаратам значительно отличаются. Попробуем разобраться, какие свойства бактерий (природные или приобретенные) не позволяют антибиотикам производить их иррадикацию, как это задумано изначально.

Для начала определимся с тем, что резистентность у бактерии может быть природной (защитные функции, дарованные ей изначально) и приобретенной, о которой мы говорили выше. До сих пор мы в основном говорили об истинной антибиотикорезистентности, связанной с особенностями микроорганизма, а не с некорректным выбором или назначением препарата (в этом случае речь идет о ложной антибиотикорезистентности).

Каждое живое существо, включая простейших, имеет свое неповторимое строение и некоторые свойства, позволяющие ему выживать. Все это закладывается генетически и передается из поколения в поколение. Природная резистентность к конкретным действующим веществам антибиотиков также заложена генетически. Причем у разных видов бактерий резистентность направлена на определенный вид препаратов, с чем и связана разработка различных групп антибиотиков, воздействующих на отдельно взятый вид бактерий.

Факторы, которые обуславливают природную резистентность, могут быть различными. Например, структура белковой оболочки микроорганизма может быть такова, что антибиотику не под силу с ним справиться. А ведь антибиотикам под силу повлиять лишь на белковую молекулу, разрушая ее и вызывая гибель микроорганизма. Разработка эффективных антибиотиков подразумевает учет строения белков бактерий, против которых направлено действие препарата.

Например, антибиотикорезистентность стафилококков в отношении аминогликозидов связана с тем, что последние не могут проникнуть сквозь микробную оболочку.

Вся поверхность микроба покрыта рецепторами, с отдельными видами которых и связываются АМП. Малое количество подходящих рецепторов или их полное отсутствие приводят к тому, что связывания не происходит, а значит и антибактериальный эффект отсутствует.

Среди прочих рецепторов есть и такие, которые для антибиотика служат своеобразным маячком, сигнализирующим о местоположении бактерии. Отсутствие таких рецепторов позволяет микроорганизму скрываться от опасности в виде АМП, что является своеобразной маскировкой.

У некоторых микроорганизмов есть природная способность активно выводить АМП из клетки. Такая способность называется эффлюксом и она характеризует резистентность синегнойной палочки в отношении карбапенемов.

Биохимический механизм антибиотикорезистентности

Кроме перечисленных выше природных механизмов развития антибиотикорезистентности существует еще один, связанный не со строением бактериальной клетки, а с ее функционалом.

Дело в том, что в организме бактерии могут вырабатываться ферменты, способные оказывать негативное действие на молекулы активного вещества АМП и снижать его эффективность. Бактерии при взаимодействии с таким антибиотиком тоже страдают, их действие заметно ослабляется, что создает видимость излечения от инфекции. Тем не менее, пациент остается носителем бактериальной инфекции еще некоторое время после так называемого «выздоровления».

В этом случае мы имеем дело с модификацией антибиотика, в результате чего он становится неактивным в отношении данного вида бактерий. Ферменты, вырабатываемые разными видами бактерий, могут отличаться. Для стафилококков характерен синтез бета-лактамазы, провоцирующей разрыв лактемного кольца антибиотиков пенициллинового ряда. Выработкой ацетилтрансферазы можно объяснить устойчивость к хлорамфениколу граммотрицательных бактерий и т.д.

Приобретенная антибиотикорезистентность

Бактериям, как и другим организмам, не чужда эволюция. В ответ на «военные» действия в их отношении, микроорганизмы могут изменять свою структуру или начать синтезировать такое количество ферментного вещества, которое способно не только снижать эффективность препарата, но и разрушать его полностью. Например, активная выработка аланинтрансферазы делает «Циклосерин» неэффективным в отношении бактерий, продуцирующих ее в больших количествах.

Антибиотикорезистентность может развиваться и вследствие модификации в структуре клетки белка, являющегося одновременно и ее рецептором, с которым должен связываться АМП. Т.е. данный вид белка может отсутствовать в бактериальной хромосоме или изменить свои свойства, в результате чего связь между бактерией и антибиотиком становится невозможной. Например, утрата или видоизменение пенициллинсвязывающего белка становится причиной нечувствительности к пенициллинам и цефалоспоринам.

В результате развития и активации защитных функций у бактерий, ранее подверженных разрушительному действию определенного вида антибиотикив, изменяется проницаемость клеточной мембраны. Это может быть осуществлено за счет уменьшения каналов, по которым действующие вещества АМП могут проникнуть внутрь клетки. Именно эти свойством обусловлена нечувствительность стрептококков к бета-лактамным антибиотикам.

Антибиотики способны влиять на клеточный метаболизм бактерий. В ответ на это некоторые микроорганизмы научились обходиться без химический реакций, на которые воздействует антибиотик, что также является отдельным механизмом развития антибиотикорезистентности, который требует постоянного контроля.

Иногда бактерии идут на определенную хитрость. Путем присоединения к плотной субстанции они объединяются в сообщества, именуемые биопленкой. В рамках сообщества они являются менее чувствительными к антибиотикам и могут спокойно переносить дозировки, убийственные для отдельно взятой бактерии, обитающей вне «коллектива».

Еще один вариант – это объединение микроорганизмов в группы на поверхности полужидкой среды. Даже после деления клеток часть бактериальной «семьи» остается внутри «группировки», не поддающейся влиянию антибиотиков.

Гены антибиотикорезистентности

Существуют понятия генетической и негенетической лекарственной резистентности. С последней мы имеем дело, когда рассматриваем бактерии с неактивным метаболизмом, не склонные к размножению в обычных условиях. У таких бактерий может вырабатываться антибиотикорезистентность к определенным видам препаратов, тем не менее, их потомству эта способность не передается, поскольку она не заложена генетически.

Это свойственно патогенным микроорганизмам, вызывающим туберкулез. Человек может заразиться и не подозревать о болезни долгие годы, пока его иммунитет в силу каких-то причин не даст сбой. Этой является толчком к размножению микобактерий и прогрессированию болезни. Но для лечения туберкулеза используются все те же препараты, вед бактериальное потомство по-прежнему остается чувствительным к ним.

Точно так же обстоит дело и с утратой белка в составе клеточной стенки микроорганизмов. Вспомним, опять же о бактериях, чувствительных к пенициллину. Пенициллины тормозят синтез белка, служащего для построения клеточной оболочки. Под воздействием АМП пенициллинового ряда микроорганизмы могут утрачивать стенку клеток, строительным материалом которой является пенициллинсвязывающий белок. Такие бактерии становятся резистентными к пенициллинам и цефалоспоринам, которым теперь не с чем связываться. Это явление временное, не связанное с мутацией генов и передачей видоизмененного гена по наследству. С появлением клеточной стенки, свойственной предыдущим популяциям, антибиотикорезистентность у таких бактерий исчезает.

О генетической антибиотикорезистентности говорят, когда изменения в клетках и метаболизме внутри них происходят на уровне генов. Мутации генов могут вызывать изменения в структуре клеточной мембраны, провоцировать выработку ферментов, защищающих бактерии от антибиотиков, а также изменять количество и свойства рецепторов бактериальной клетки.

Здесь существует 2 пути развития событий: хромосомный и внехромосомный. Если происходит мутация гена на том участке хромосомы, который отвечает за чувствительность к антибиотикам, говорят о хромосомной антибиотикорезистентности. Сама по себе такая мутация возникает крайне редко, обычно ее вызывает действие лекарств, но опять-таки не всегда. Контролировать это процесс очень сложно.

Хромосомные мутации могут передаваться из поколения в поколение, постепенно формируя определенные штаммы (разновидности) бактерий, устойчивых к тому или иному антибиотику.

Виновниками внехромосомной резистентности к антибиотикам становятся генетические элементы, существующие вне хромосом и называемые плазмидами. Именно эти элементы содержат гены, ответственные за выработку ферментов и проницаемость бактериальной стенки.

Антибиотикорезистентность чаще всего является результатом горизонтального переноса генов, когда одни бактерии передают некоторые гены другим, не являющимся их потомками. Но иногда можно наблюдать и несвязанные точечные мутации в геноме патогена (размер 1 в 108 за один процесс копирования ДНК материнской клетки, что наблюдается при репликации хромосом).

Так осенью 2015 года ученые из Китая описали ген MCR-1, обнаруженный в свином мясе и кишечнике свиней. Особенностью этого гена является возможность его передачи другим организмам. Спустя некоторое время этот же ген был найден не только в Китае, но и в других странах (США, Англия, Малайзия, страны Европы).

Гены антибиотикорезистентности способны стимулировать выработку ферментов, которые ранее не вырабатывались в организме бактерий. Например, фермент NDM-1(металло-бета-лактамаза 1), обнаруженный у бактерий Klebsiella pneumoniae в 2008 году. Сначала он был обнаружен у бактерий родом из Индии. Но в последующие годы фермент, обеспечивающий антибиотикорезистентность относительно большинства АМП, был выявлен у микроорганизмов и в других странах (Великобритания, Пакистан, США, Япония, Канада).

Патогенные микроорганизмы могут проявлять устойчивость как по отношению к определенным препаратам или группам антибиотиков, так и относительно различных групп препаратов. Существует такое понятие, как перекрестная антибиотикорезистентность, когда микроорганизмы становятся нечувствительными к препаратам со сходным химическим строением или механизмом воздействия на бактерии.

Антибиотикорезистентность стафилококков

Стафилококковая инфекция считается одной из самых распространенных среди внебольничных инфекций. Впрочем, даже в условиях стационара на поверхностях различных объектов можно обнаружить порядка 45 различных штаммов стафилококка. Это говорит о том, что борьба с этой инфекцией является чуть ли не первоочередной задачей медработников.

Трудность выполнения этой задачи заключается в том, что большинство штаммов наиболее патогенных стафилококков Staphylococcus epidermidis и Staphylococcus aureus являются резистентными ко многим видам антибиотиков. И количество таких штаммов растет с каждым годом.

Способность стафилококков к множественным генетическим мутациям в зависимости от условий обитания делает их практически неуязвимыми. Мутации передаются потомкам и в краткие сроки появляются целые генерации устойчивых к антимикробным препаратам инфекционных возбудителей из рода стафилококков.

Самая большая проблема – это метициллинорезистентные штаммы, которые являются устойчивыми не только к бета-лактамам (β-лактамным антибиотикам: определенные подгруппы пенициллинов, цефалоспоринов, карбапенемов и монобактамов), но и другим видам АМП: тетрациклинам, макролидам, линкозамидам, аминогликозидам, фторхинолонам, хлорамфениколу.

Продолжительное время уничтожить инфекцию можно было только при помощи гликопептидов. В настоящее время проблема антибиотикорезистентности таких штаммов стафилококка решается посредством нового вида АМП – оксазолидинонов, ярким представителем которых является линезолид.

Методы определения антибиотикорезистентности

При создании новых антибактериальных препаратов очень важно четко определить его свойства: как они действуют и в отношении каких бактерий эффективны. Определить это можно лишь при помощи лабораторных исследований.

Анализ на антибиотикорезистентность можно провести с использованием различных методов, самыми популярными из которых считаются:

• Метод дисков, или диффузия АМП в агар по Кирби-Байер
• Метод серийных разведений
• Генетическая идентификация мутаций, вызывающих лекарственную резистентность.

Первый метод на сегодняшний день считается самым распространенным благодаря дешевизне и простоте исполнения. Суть метода дисков заключается в том, что выделенные в результате исследований штаммы бактерий помещают в питательную среду достаточной плотности и накрывают пропитанными раствором АМП бумажными дисками. Концентрация антибиотика на дисках отличается, поэтому когда происходит диффузия препарата в бактериальную среду, можно наблюдать градиент концентраций. По величине зоны отсутствия роста микроорганизмов можно судить об активности препарата и рассчитать эффективную дозировку.

Вариантом метода дисков служит Е-тест. В этом случае вместо дисков применяют полимерные пластины, на которые наносится определенная концентрация антибиотика.

Недостатками этих методов считается неточность вычислений, связанная с зависимостью градиента концентраций от различных условий (плотности среды, температуры, кислотности, содержания кальция и магния и т.д.).

Метод серийных разведений основан на создании нескольких вариантов жидкой или плотной среды, содержащих различные концентрации исследуемого препарата. Каждый из вариантов заселяют определенным количеством исследуемого бактериального материала. По окончании инкубационного периода оценивают рост бактерий или его отсутствие. Этот метод позволяет определить минимально-эффективную дозу препарата.

Метод можно упростить, взяв за образец всего 2 среды, концентрация которых будет максимально близка к минимуму, необходимому для инактивации бактерий.

Метод серийных разведений по праву считается золотым стандартом определения антибиотикорезистентности. Но из-за дороговизны и трудоемкости он не всегда применим в отечественной фармакологии.

Методика идентификации мутаций дает информацию о наличии у того или иного штамма бактерий видоизмененных генов, способствующих развитию антибиотикорезистентности к конкретным препаратам, и в связи с этим систематизировать возникающие ситуации с учетом сходства фенотипических проявлений.

Этот метод отличается высокой стоимостью тест-систем для его исполнения, тем не менее, его ценность для прогнозирования генетических мутаций у бактерий неоспорима.

Какими бы эффективными ни были вышеперечисленные методы исследования антибиотикорезистентности, они не могут полноценно отразить ту картину, которая развернется в живом организме. А если еще и учесть тот момент, что организм каждого человека индивидуален, в нем по-разному могут проходить процессы распределения и метаболизма лекарственных средств, экспериментальная картина бывает весьма далека от реальной.

Пути преодоления антибиотикорезистентности

Как бы ни был хорош тот или иной препарат, но при имеющемся у нас отношении к лечению, нельзя исключать тот факт, что в какой-то момент чувствительность патогенных микроорганизмов к нему может измениться. Создание новых препаратов с теми же действующими веществами тоже никак не решает проблему антибиотикорезистентности. Да и к новым поколениям препаратов чувствительность микроорганизмов при частых неоправданных или некорректных назначениях постепенно ослабевает.

Прорывом в этом плане считается изобретение комбинированных препаратов, которые называют защищенными. Их применение обосновано в отношении бактерий, продуцирующих разрушительные для обычных антибиотиков ферменты. Защита популярных антибиотиков осуществляется за счет включения в состав нового препарата специальных средств (например, ингибиторов ферментов, опасных для определенного вида АМП), которые купируют выработку этих ферментов бактериями и предотвращают выведение препарата из состава клетки посредством мембранного насоса.

В качестве ингибиторов бета-лактамаз принято использовать клавулановую кислоту или сульбактам. Их добавляют в бета-лактамным антибиотикам, благодаря чему повышается эффективность последних.

В настоящее время ведутся разработки препаратов, способных воздействовать не только на отдельно взятые бактерии, но и на те, которые объединились в группы. Борьбу с бактериями в составе биопленки можно вести лишь после ее разрушения и высвобождения организмов, прежде связанных между собой посредством химических сигналов. В плане возможности разрушения биопленки ученые рассматривают такой вид препаратов, как бактериофаги.

Борьба с другими бактериальными «группировками» ведется путем перенесения их в жидкую среду, где микроорганизмы начинают существовать раздельно, и теперь с ними можно бороться привычными препаратами.

Столкнувшись с явлением резистентности в процессе лечения препаратом, врачи решают проблему назначение различных препаратов, эффективных в отношении выделенных бактерий, но с разным механизмом воздействия на патогенную микрофлору. Например, одновременно используют препараты с бактерицидным и бактериостатическим действием или заменяют один препарат другим, из иной группы.

Профилактика антибиотикорезистентности

Основной задачей антибиотикотерапии считается полное уничтожение популяции болезнетворных бактерий в организме. Эту задачу можно решить лишь путем назначения эффективных антимикробных препаратов.

Эффективность препарата соответственно определяется спектром его активности (включен ли в этот спектр выявленный возбудитель), возможностями преодоления механизмов антибиотикорезистентности, оптимально подобранным режимом дозирования, при котором происходит гибель патогенной микрофлоры. Помимо этого при назначении препарата должны учитываться вероятность развития побочных эффектов и доступность лечения для каждого отдельно взятого пациента.

При эмпирическом подходе к терапии бактериальных инфекций учесть все эти моменты не представляется возможным. Требуется высокий профессионализм врача и постоянный мониторинг информации об инфекциях и эффективных препаратах для борьбы с ними, чтобы назначение не оказалось неоправданным и не привело к развитию антибиотикорезистентности.

Создание оснащенных высокотехнологическим оборудованием медицинских центров позволяет практиковать этиотропное лечение, когда сначала в более краткие сроки выявляют возбудителя, а затем производится назначение эффективного препарата.

Профилактикой антибиотикорезистентности можно считать и контроль назначения препаратов. Например, при ОРВИ назначение антибиотиков ничем не оправдано, зато способствует развитию антибиотикорезистентности микроорганизмов, находящихся до поры до времени в «спящем» состоянии. Дело в том, что антибиотики могут спровоцировать ослабление иммунитета, что в свою очередь вызовет размножение бактериальной инфекции, схоронившейся внутри организма или попавшей в него извне.

Очень важно, чтобы назначаемые препараты соответствовали той цели, которую нужно достигнуть. Даже препарат, назначенный в профилактических целях, должен иметь все свойства, необходимые для уничтожения патогенной микрофлоры. Выбор препарата наобум может не только не дать ожидаемого эффекта, но и усугубить ситуацию развитием устойчивости к препарату определенного вида бактерий.

Особое внимание стоит уделить и дозировке. Малые дозы, неэффективные для борьбы с инфекцией, опять-таки приводят к формированию у болезнетворных микроорганизмов антибиотикорезистентности. Но переусердствовать также не стоит, ведь при терапии антибиотиками велика вероятность развития токсических эффектов и анафилактических реакций, опасных для жизни пациента. Тем более если лечение проводится в амбулаторных условиях при отсутствии контроля со стороны медперсонала.

Посредством СМИ нужно донести до людей всю опасность самолечения антибиотиками, а также неоконченного лечения, когда бактерии не погибают, а лишь становятся менее активными с выработанным механизмом антибиотикорезистентности. Такой же эффект оказывают и дешевые нелицензированные препараты, которые нелегальные фармацевтические компании позиционируют как бюджетные аналоги уже существующих препаратов.

Высокоэффективной мерой профилактики антибиотикорезистентности считается постоянный мониторинг существующих инфекционных возбудителей и развития у них антибиотикорезистентности не только на уровне района или области, но и в масштабах страны (и даже всего мира). Увы, об этом приходится только мечтать.

На Украине системы инфекционного контроля как таковой не существует. Приняты лишь отдельные положения, одно из которых (еще 2007 года!), касающееся акушерских стационаров, предусматривает введение различных методов мониторинга внутрибольничных инфекций. Но все опять же упирается в финансы, и на местах такие исследования в основном не проводятся, не говоря уже о врачах из других отраслей медицины.

В Российской федерации к проблеме антибиотикорезистентности отнеслись с большей ответственностью, и доказательством тому является проект «Карта антимикробной резистентности России». Исследованиями в этой области, сбором информации и ее систематизации для наполнения карты антибиотикорезистентности занимались такие крупные организации, как Научно-исследовательский институт антимикробной химиотерапии, Межрегиональная ассоциация микробиологии и антимикробной химиотерапии, а также Научно-методический центр мониторинга антибиотикорезистентности, созданный по инициативе Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию.

Информация, предоставляемая в рамках проекта, постоянно обновляется и доступна всем пользователям, кому необходима информация по вопросам антибиотикорезистентности и эффективного лечения инфекционных заболеваний.

Понимание того, насколько актуален на сегодняшний день вопрос снижения чувствительности болезнетворных микроорганизмов и поиска решения этой проблемы, приходит постепенно. Но это уже первый шаг на пути эффективной борьбы с проблемой по имени «антибиотикорезистентность». И этот шаг крайне важен.

Важно знать!

Природные антибиотики не только не ослабляют защитные силы организма, а наоборот укрепляют его. Антибиотики природного происхождения издавна помогали бороться с различными заболеваниями. С открытием в 20 веке антибиотиков и масштабным производством синтетических антибактериальных препаратов медицина научилась бороться с тяжелыми и неизлечимыми заболеваниями.

Антибиотикорезистентность – это устойчивость микробов к антимикробным химиопрепаратам. Бактерии следует считать резистентными, если они не обезвреживаются такими концентрациями препарата, которые создаются в организме.

В последние годы при проведении антибиотикотерапии возникли две большие проблемы: возрастание частоты выделения антибиотикорезистентных штаммов и постоянное внедрение в медицинскую практику новых антибиотиков и их новых лекарственных форм, активных в отношении таких возбудителей. Антибиотикорезистентность коснулась всех видов микроорганизмов и является основной причиной снижения эффективности антибиотикотерапии. Особенно распространенными являются устойчивые штаммы стафилококка, кишечной палочки, протея, синегнойной палочки.

По данным клинических исследований частота выделения устойчивых штаммов составляет 50-90%. К разным антибиотикам резистентность микроорганизмов развивается неодинаково. Так, к пенициллинам, хлорамфениколу, полимиксинам, циклосерину, тетрациклинам, цефалоспоринам, аминогликозидам устойчивость развиваетсямедленно и параллельно снижается терапевтический эффект этих препаратов. Кстрептомицину, эритромицину, олеандомицину, рифампицину, линкомицину, фузидину устойчивость развиваетсяочень быстро , иногда даже во время проведения одного курса лечения.

Различают природную и приобретенную устойчивость микроорганизмов.

Природная устойчивость . Некоторые виды микробов природно устойчивы к определенным семействам антибиотиков или в результате отсутствия соответствующей мишени (например, микоплазмы не имеют клеточной стенки, поэтому не чувствительны ко всем препаратам, действующим на этом уровне), или в результате бактериальной непроницаемости для данного препарата (например, грамотрицательные микробы менее проницаемы для крупномолекулярных соединений, чем грамположительные бактерии, т. к. их наружная мембрана имеет «маленькие» поры).

Приобретенная устойчивость . Начиная с 1940-х годов, когда началась эра антибиотиков, бактерии стали чрезвычайно быстро приспосабливаться, постепенно формируя устойчивость ко всем новым препаратам.Приобретение резистентности – это биологическая закономерность, связанная с адаптацией микроорганизмов к условиям внешней среды. Проблема формирования и распространениялекарственной резистентности микробов особенно значима для внутрибольничных инфекций, вызываемых т. н. «госпитальными штаммами», у которых, как правило, наблюдается множественная устойчивость к антибиотикам (т. н.полирезистентность ).

Генетические основы приобретенной резистентности. Устойчивость к антибиотикам определяется и поддерживаетсягенами резистентности (r-генами) и условиями, способствующими их распространению в микробных популяциях.

Приобретенная лекарственная устойчивость может возникать и распространяться в популяции бактерий в результате:

мутаций в хромосоме бактериальной клетки с последующей селекцией мутантов. Особенно легко селекция происходит в присутствии антибиотиков, т. к. в этих условиях мутанты получают преимущество перед остальными клетками популяции, которые чувствительны к препарату. Мутации возникают независимо от применения антибиотика, т. е. сам препарат не влияет на частоту мутаций и не является их причиной, но служит фактором отбора . Мутации могут быть:1) единичные – т.н.стрептомициновый тип (если мутация произошла в одной клетке, в результате чего в ней синтезируются измененные белки);2) множественные – т. н.пенициллиновый тип (серия мутаций, в результате чего изменяется не один, а целый набор белков;

переноса трансмиссивных плазмид резистентности (R-плазмид). Плазмиды резистентности (трансмиссивные) обычно кодируют перекрестную устойчивость к нескольким семействам антибиотиков (например, множественная резистентность в отношении кишечных бактерий). Некоторые плазмиды могут передаваться между бактериями разных видов, поэтому один и тот же ген резистентности можно встретить у бактерий, таксономически далеких друг от друга;

переноса транспозонов, несущих r-гены (или мигрирующих генетических последовательностей). Транспозоны (последовательности ДНК, несущие один или несколько генов, ограниченные с обеих сторон идентичными, но различными последовательностями нуклеотид) могут мигрировать с хромосомы на плазмиду и обратно, а также на другую плазмиду. Таким образом, гены резистентности могут передаваться далее дочерним клеткам или при рекомбинации другим бактериям-реципиентам.

Изменения в геноме бактерий приводят к тому, что меняются и некоторые свойства бактериальной клетки, в результате чего она становится устойчивой к антибактериальным препаратам. Обычно антимикробный эффект препарата осуществляется так: агент должен связаться с бактерией и пройти сквозь ее оболочку, затем он должен быть доставлен к месту действия, после чего препарат взаимодействует с внутриклеточными мишенями.Реализация приобретенной лекарственной устойчивости возможна на каждом из следующих этапов:

модификация мишени. Фермент-мишень может быть так изменен, что его функции не нарушаются, но способность связываться с химиопрепаратом (аффинность ) резко снижается или может быть включен «обходной путь» метаболизма, т. е. в клетке активируется другой фермент, который не подвержен действию данного препарата.

«недоступность» мишени за счет снижения проницаемости клеточной стенки и клеточных мембран или«эффлюкс» -механизма, когда клетка как бы «выталкивает» из себя антибиотик.

инактивация препарата бактериальными ферментами. Некоторые бактерии способны вырабатывать особые ферменты, которые делают препараты неактивными. Гены, кодирующие эти ферменты, широко распространены среди бактерий и могут быть как в составе хромосомы, так и в составе плазмиды.

Комбинированное применение антибиотиков в большинстве случаев тормозит развитие устойчивых форм микробов. Например, использование пенициллина с экмолином тормозит образование пенициллиноустойчивых форм пневмококков и стафилококков, что наблюдается при применении одного пенициллина.

При сочетании олеандомицина с тетрациклином получен весьма эффективный препаратолететрин, действующий противомикробно на грамположительные, резистентные к другим антибиотикам, бактерии. Весьма эффективно сочетаниепенициллина с фтивазидом, циклосерином или ПАСК в борьбе с туберкулезом;стрептомицина с левомицетином при лечении кишечных инфекций и т. д. Это объясняется тем, что антибиотики и в этих случаях действуют на различные системы микробной клетки.

Однако при комбинированном применении антибиотиков необходимо учитывать, что два препарата могут действовать и как антагонисты . В некоторых случаях при последовательном применении сначалахлортетрациклина и левомицетина , а затемпенициллина отмечено антагонистическое действие.Пенициллин и левомицетин, левомицетин и хлортетрациклин взаимно снижают активность друг друга по отношению к ряду микробов.

Предупредить развитие антибиотикорезистентности у бактерий практически невозможно, но необходимо использовать антимикробные препараты таким образом, чтобы не способствовать развитию и распространению устойчивости (в частности, применять антибиотики строго по показаниям, избегать их использования с профилактической целью, через 10-15 дней менять препарат, по возможности использовать препараты узкого спектра действия, не использовать их как фактор роста).

Согласно историческим источникам, еще много тысячелетий назад наши предки, столкнувшись с болезнями, вызываемыми микроорганизмами, боролись с ними доступными средствами. Со временем человечество начало понимать, почему те или иные используемые издревле лекарства способны воздействовать на определенные болезни, и научилось изобретать новые лекарства. Сейчас объем средств, используемых для борьбы с патогенными микроорганизмами, достиг особо крупных масштабов, по сравнению даже с недавним прошлым. Давайте рассмотрим, как на протяжении своей истории человек, порой того не подозревая, использовал антибиотики, и как, по мере накопления знаний, использует их сейчас.

Спецпроект о борьбе человечества с патогенными бактериями, возникновении устойчивости к антибиотикам и новой эре в антимикробной терапии.

Спонсор спецпроекта - - разработчик новых высокоэффективных бинарных антимикробных препаратов.

Бактерии появились на нашей планете, по разным оценкам, приблизительно 3,5–4 миллиарда лет назад, задолго до эукариот . Бактерии, как и все живые существа, взаимодействовали друг с другом, конкурировали и враждовали. Мы не можем точно сказать, использовали ли они уже тогда антибиотики, чтобы победить других прокариот в схватке за лучшую среду или питательные вещества. Но существуют доказательства наличия генов, кодирующих устойчивость к бета-лактаму , тетрациклину и гликопептидным антибиотикам, в ДНК бактерий, которые находились в древнем пермафросте возрастом 30 000 лет .

С момента, который принято считать официальным открытием антибиотиков, прошло чуть менее ста лет, но проблема создания новых антимикробных препаратов и использования уже известных при условии быстро возникающей резистентности к ним тревожит человечество не последние пятьдесят лет. Неспроста в своей Нобелевской речи первооткрыватель пенициллина Александр Флеминг предупреждал, что к использованию антибиотиков нужно подходить серьезно.

Так же, как и момент открытия антибиотиков человечеством на несколько миллиардов лет отсрочен от изначального их появления у бактерий, так и история использования человеком антибиотиков началась задолго до их официального открытия. И речь идет не о предшественниках Александра Флеминга, живших в 19 веке, а о совсем далеких временах.

Использование антибиотиков в древности

Еще в Древнем Египте плесневелый хлеб использовали для дезинфекции порезов (видео 1). Хлеб с плесневыми грибками в лечебных целях применяли и в других странах и, видимо, вообще во многих древних цивилизациях. Например, в Древней Сербии, Китае и Индии для предотвращения развития инфекций его прикладывали к ранам. Судя по всему, жители этих стран независимо друг от друга пришли к выводу о целебных свойствах плесени и использовали ее для лечения ран и воспалительных процессов на коже. Древние египтяне прикладывали к гнойникам на коже головы корки плесневелого пшеничного хлеба и считали, что использование этих средств поможет умилостивить духов или богов, ответственных за болезни и страдания.

Видео 1. Причины появления плесени, ее вред и польза, а также применение в медицине и перспективы использования в будущем

Жители Древнего Египта для лечения ран использовали не только хлеб с плесенью, но и самостоятельно изготовленные мази. Есть информация о том, что примерно в 1550 г. до н.э. они готовили смесь из свиного сала и меда, которую наносили на раны и перевязывали специальной тканью. Такие мази обладали некоторым антибактериальным эффектом в том числе благодаря содержащейся в меде перекиси водорода, . Египтяне не были первопроходцами в использовании меда - первым упоминанием о его целебных свойствах считают запись на шумерской табличке, датируемую 2100–2000 гг. до н.э., где говорится, что мед можно использовать как лекарство и мазь. И Аристотель также отмечал, что мед хорош для лечения ран .

В процессе исследования костей мумий древних нубийцев, живших на территории современного Судана, ученые обнаружили в них большую концентрацию тетрациклина . Возраст мумий составлял примерно 2500 лет, и, скорее всего, высокие концентрации антибиотика в костях не могли появиться случайно. Даже в останках четырехлетнего ребенка его количество была очень высоко. Ученые предполагают, что эти нубийцы на протяжении длительного времени потребляли тетрациклин. Скорее всего, его источником были бактерии Streptomyces или другие актиномицеты, содержащиеся в зернах растений, из которых древние нубийцы делали пиво.

В борьбе с инфекциями люди по всему миру использовали и растения. Сложно понять, когда именно некоторые из них начинали применять, из-за отсутствия письменных или других материальных свидетельств. Некоторые растения использовали потому, что человек методом проб и ошибок узнавал об их противовоспалительных свойствах. Другие растения использовали в кулинарии, и вместе со вкусовыми свойствами они обладали и антимикробным действием.

Так обстоит дело с луком и чесноком. Эти растения с давних пор использовали в приготовлении пищи и медицине. Об антимикробных свойствах чеснока знали еще в Китае и Индии . А не так давно ученые выяснили, что народная медицина не зря использовала чеснок - его экстракты угнетают Bacillus subtilis , Escherichia coli и Klebsiella pneumonia .

В Корее издревле для лечения желудочно-кишечных инфекций, вызываемых сальмонеллой, используют лимонник китайский Schisandra chinensis . Уже в наши дни, после проверки действия его экстракта на эту бактерию, оказалось, что лимонник действительно обладает антибактериальным действием . Или, к примеру, на присутствие антибактериальных веществ проверили специи, которые широко используются по всему миру. Получилось, что душица, гвоздика, розмарин, сельдерей и шалфей угнетают такие патогенные микроорганизмы, как Staphylococcus aureus , Pseudomonas fluorescens и Listeria innocua . На территории Евразии народы часто заготавливали ягоды и, естественно, использовали их в том числе и в лечении. Научные исследования подтвердили, что некоторые ягоды обладают антимикробной активностью. Фенолы, особенно эллаготанины, содержащиеся в плодах морошки и малины, ингибируют рост кишечных патогенных микроорганизмов.

Бактерии как оружие

Заболевания, вызываемые патогенными микроорганизмами, еще с давних времен использовали для нанесения противнику вреда с минимальными собственными затратами.

Поначалу открытие Флеминга не использовалось для лечения пациентов и продолжало свою жизнь исключительно за дверями лаборатории. К тому же, как сообщали современники Флеминга, он не был хорошим оратором и не мог убедить общественность в полезности и важности пенициллина. Вторым рождением этого антибиотика можно назвать его переоткрытие учеными из Великобритании Эрнстом Чейном и Говардом Флори в 1940–1941 гг.

В СССР тоже использовали пенициллин, причем если в Великобритании применяли не особенно производительный штамм, то советский микробиолог Зинаида Ермольева в 1942 году обнаружила таковой и даже сумела наладить производство антибиотика в условиях войны . Наиболее активным штаммом был Penicillium crustosum , и поэтому поначалу выделенный антибиотик называли пенициллин-крустозин. Его использовали на одном из фронтов во время Великой Отечественной войны для профилактики послеоперационных осложнений и лечения ран .

Зинаида Ермольева написала небольшую брошюру, в которой рассказала о том, как в СССР был открыт пенициллин-крустозин и как происходил поиск других антибиотиков: «Биологически активные вещества » .

В Европе пенициллин тоже использовали для лечения военных, причем после того, как этот антибиотик начали применять в медицине, он оставался привилегией исключительно военных . Но после пожара 28 ноября 1942 года в ночном клубе Бостона пенициллин стали применять и для лечения гражданских пациентов. У всех пострадавших были ожоги разной степени сложности, и в то время такие пациенты зачастую умирали от бактериальных инфекций, вызываемых, например, стафилококками. Компания Merck & Co. отправила пенициллин в госпитали, где содержались пострадавшие при этом пожаре, и успех лечения поставил пенициллин в центр внимания общественности. К 1946 году он стал широко использоваться в клинической практике.

Доступным для общественности пенициллин оставался вплоть до середины 50-х годов XX века. Естественно, находясь в неконтролируемом доступе, этот антибиотик зачастую использовался неуместно. Есть даже примеры пациентов, которые считали, что пенициллин - чудо-средство от всех человеческих болезней, и применяли его даже для «лечения» того, что ему по природе своей не способно поддаться. Но в 1946 году в одном из американских госпиталей заметили, что 14% взятых от больных пациентов штаммов стафилококка были устойчивы к пенициллину. А в конце 1940-х этот же госпиталь сообщил, что процент резистентных штаммов вырос до 59%. Интересно заметить, что первые сведения о том, что к пенициллину возникает устойчивость, появились в 1940 году - еще до того, как антибиотик стали активно использовать .

До открытия в 1928 году пенициллина, были, конечно, и открытия других антибиотиков. На рубеже XIX–XX веков заметили, что голубой пигмент бактерии Bacillus pyocyaneus способен убивать множество патогенных бактерий, таких как холерный вибрион, стафилококки, стрептококки, пневмококки. Он был назван пиоционазой, но открытие не послужило основой для разработки препарата, потому что вещество было токсично и нестабильно.

Первым коммерчески доступным антибиотиком стал препарат «Пронтосил », который разработал немецкий бактериолог Герхард Домагк в 1930-х годах . Есть документальные свидетельства, что первым вылеченным человеком оказалась его собственная дочь, которая долго страдала от заболевания, вызванного стрептококками. В результате лечения она выздоровела всего за несколько дней. Сульфаниламидные препараты, к которым относится и «Пронтосил», широко использовали во время Второй мировой войны страны антигитлеровской коалиции для предотвращения развития инфекций.

Вскоре после открытия пенициллина, в 1943 году, Альберт Шац, молодой сотрудник в лаборатории Зельмана Ваксмана , выделил из почвенной бактерии Streptomyces griseus вещество, обладающее противомикробной активностью. Этот антибиотик, названный стрептомицином, оказался активным против многих распространенных в то время инфекций, в том числе туберкулеза и чумы.

И все же, примерно до 1970-х годов никто серьезно не задумывался о развитии резистентности к антибиотикам. Затем были замечены два случая заболевания гонореей и бактериальным менингитом, когда бактерия, устойчивая к лечению пенициллином или антибиотиками пенициллинового ряда, вызывала смерть пациента. Эти события ознаменовали момент , когда с десятилетиями удачного лечения заболеваний было покончено.

Надо понимать, что бактерии - это живые системы, поэтому они изменчивы и со временем способны выработать резистентность к любому антибактериальному препарату (рис. 2). Например, к линезолиду бактерии не могли выработать устойчивость на протяжении 50 лет, но все-таки сумели приспособиться и жить в его присутствии . Вероятность развития антибиотикорезистентности в одном поколении бактерий составляет 1:100 млн. К действию антибиотиков они приспосабливаются по-разному. Это может быть усиление клеточной стенки, которую, к примеру, использует Burkholderia multivorans , вызывающая пневмонию у людей с иммунодефицитами . Некоторые бактерии, такие как Campylobacter jejuni , которая вызывает энтероколит, очень эффективно «выкачивают» антибиотики из клеток при помощи специализированных белковых насосов , и поэтому антибиотик не успевает подействовать.

Подробнее о способах и механизмах приспособления микроорганизмов к антибиотикам мы уже писали: «Эволюция наперегонки, или почему антибиотики перестают работать » . А на сайте проекта онлайн-образования Coursera есть полезный курс про антибиотикорезистентность Antimicrobial resistance - theory and methods . В нем достаточно подробно рассказывается об антибиотиках, механизмах устойчивости к ним и путях распространения резистентности.

Первый случай возникновения метициллинустойчивого золотистого стафилококка (MRSA) зафиксировали в Великобритании в 1961 году, а в США - немного позднее, в 1968-м . Про золотистого стафилококка мы чуть подробнее поговорим дальше, но в контексте скорости выработки у него резистентности стоит отметить, что в 1958 году против этой бактерии стали использовать антибиотик ванкомицин . Он был способен работать с тем штаммами, которые не поддавались воздействию метициллина . И до конца 1980-х годов считалось, что к нему резистентность должна вырабатываться дольше или вообще не вырабатываться. Однако в 1979 и 1983 годах, по прошествии всего пары десятков лет, в разных частях мира были зафиксированы случаи устойчивости и к ванкомицину .

Похожий тренд соблюдался и для других бактерий, а некоторые оказались способными выработать резистентность вообще за год. Но кто-то приспосабливался немного медленнее, например, в 1980-х годах только 3–5% S. pneumonia были устойчивы к пенициллину, а в 1998 году - уже 34%.

XXI век - «кризис инноваций»

За последние 20 лет многие большие фармкомпании - например, Pfizer, Eli Lilly and Company и Bristol-Myers Squibb - сократили число разработок или вообще закрыли проекты по созданию новых антибиотиков. Это можно объяснить не только тем, что стало сложнее искать новые вещества (потому что все, которые было легко найти, уже нашли), но и потому что есть другие востребованные и более прибыльные области, например, создание лекарств для лечения онкологических заболеваний или депрессии.

Тем не менее, время от времени то один, то другой коллектив ученых или компания сообщает, что они открыли новый антибиотик, и заявляет, что «вот он уж точно победит все бактерии/некоторые бактерии/определенный штамм и спасет мир». После этого зачастую ничего не происходит, и такие высказывания вызывают у общественности только скепсис. Ведь помимо тестирования антибиотика на бактериях в чашке Петри, нужно провести испытания предполагаемого вещества на животных, а затем и на людях. Это занимает много времени, таит в себе немало подводных камней, и обычно на одной из этих фаз открытие «чудесного антибиотика» сменяется закрытием.

Для того чтобы найти новые антибиотики, применяют различные методы: как классической микробиологии, так и более новые - сравнительной геномики, молекулярной генетики, комбинаторной химии, структурной биологии. Некоторые предлагают отойти от этих «привычных» методов и обратиться к знаниям, накопленным на протяжении истории человечества. Например, в одной из книг Британской библиотеки ученые заметили рецепт бальзама от глазных инфекций, и им стало интересно, на что он способен сейчас. Рецепт датировался X веком, поэтому вопрос - будет работать или нет? - был действительно интригующим. Ученые взяли именно те ингредиенты, которые были указаны, смешали в нужных пропорциях и проверили на метициллинрезистентном золотистом стафилококке (MRSA). К удивлению исследователей, более 90% бактерий были убиты этим бальзамом. Но важно заметить, что такой эффект наблюдался только при совместном использовании всех ингредиентов , .

Действительно, порой антибиотики природного происхождения работают не хуже современных, но их состав настолько сложен и зависит от многих факторов, что быть точно уверенным в каком-то определенном результате затруднительно. Также, невозможно сказать, замедляется ли скорость выработки устойчивости к ним или нет. Поэтому их не рекомендуют использовать как замену основной терапии, а как дополнение под строгим контролем врачей .

Проблемы резистентности - примеры болезней

Невозможно дать полную картину резистентности микроорганизмов к антибиотикам, потому как эта тема многогранна и, несмотря на несколько поутихший интерес со стороны фармкомпаний, достаточно активно исследуется. Соответственно, очень быстро появляется информация о все новых и новых случаях устойчивости к антибиотикам. Поэтому мы ограничимся лишь несколькими примерами для того, чтобы хотя бы поверхностно показать картину происходящего (рис. 3).

Туберкулез: риск в современном мире

Туберкулез особенно распространен в Центральной Азии, Восточной Европе и России, и то, что у туберкулезных микробов (Mycobacterium tuberculosis ) возникает устойчивость не только к определенным антибиотикам, но и к их комбинациям, должно вызывать тревогу.

У пациентов с ВИЧ из-за пониженного иммунитета нередко возникают оппортунистические инфекции, вызываемые микроорганизмами, которые в норме могут без вреда присутствовать в организме человека. Одной из них является туберкулез, который к тому же отмечен как основная причина смерти ВИЧ-положительных пациентов по всему миру. О распространенности туберкулеза по регионам мира можно судить из статистики - у пациентов с ВИЧ, заболевших туберкулезом, если они проживают в Восточной Европе, риск умереть в 4 раза выше, чем если бы они жили в Западной Европе или даже Латинской Америке. Конечно, стоит отметить, что на эту цифру влияет то, насколько в медицинской практике региона принято проводить тесты на восприимчивость пациентов к лекарствам. Это позволяет применять антибиотики только при необходимости.

За ситуацией с туберкулезом наблюдает и ВОЗ. В 2017 году она выпустила доклад о выживаемости при туберкулезе и его мониторинге в Европе. Существует стратегия ВОЗ по ликвидации туберкулеза , и поэтому пристальное внимание обращается на регионы с высоким риском заражения этим заболеванием.

Туберкулез унес жизни таких мыслителей прошлого, как немецкий писатель Франц Кафка и норвежский математик Н.Х. Абель. Однако это заболевание вызывает тревогу и сегодня, и при попытке взглянуть в будущее. Поэтому и на общественном, и на государственном уровнях стоит прислушиваться к стратегии ВОЗ и стараться снизить риски заражения туберкулезом.

В докладе ВОЗ подчеркнуто, что с 2000 года фиксируется меньше случаев заражения туберкулезом: в период с 2006 по 2015 годы число случаев уменьшалось на 5,4% в год, а в 2015 уменьшилось на 3,3%. Тем не менее, несмотря на такой тренд, ВОЗ призывает с вниманием относиться к проблеме антибиотикорезистентности Mycobacterium tuberculosis, и, используя методы гигиены и постоянный мониторинг населения, уменьшать число случаев инфицирования.

Устойчивая гонорея

Масштабы резистентности других бактерий

Примерно 50 лет назад начали появляться штаммы золотистого стафилококка, устойчивые к антибиотику метициллину (MRSA). Инфекции, вызванные метициллинрезистентным золотистым стафилококком, ассоциированы с бóльшим количеством смертей, чем инфекции, вызванные метициллинчувствительным стафилококком (MSSA). Большинство из MRSA также устойчиво и к другим антибиотикам. В настоящее время они распространены и в Европе, и в Азии, и в обеих Америках, и в Тихоокеанском регионе . Эти бактерии чаще других становятся устойчивыми к антибиотикам и в США убивают 12 тысяч людей за год . Есть даже факт, что в США MRSA в год уносит больше жизней, чем ВИЧ/СПИД, болезнь Паркинсона, эмфизема легких и убийства вместе взятые , .

В период с 2005 по 2011 год стали фиксировать меньше случаев заражения MRSA как госпитальной инфекцией. Это связано с тем, что в медицинских учреждениях взяли под строгий контроль соблюдение гигиенических и санитарных норм. Но в общей популяции такой тренд, к сожалению, не сохраняется.

Энтерококки, устойчивые к действию антибиотика ванкомицина - большая беда. Они не так широко распространены на планете, по сравнению с MRSA, но в США каждый год фиксируется около 66 тысяч случаев заражения Enterococcus faecium и, реже, E. faecalis . Они являются причиной большого спектра заболеваний и особенно среди пациентов медицинских учреждений, то есть они - причина госпитальных инфекций. При заражении энтерококком около трети случаев приходится на штаммы, устойчивые к ванкомицину.

Пневмококк Streptococcus pneumoniae является причиной бактериальной пневмонии и менингита. Чаще заболевания развиваются у людей старше 65 лет. Возникновение резистентности усложняет лечение и в итоге приводит к 1,2 миллионам случаев заболевания и 7 тысячам смертей ежегодно . Пневмококк резистентен к амоксициллину и азитромицину. К менее распространенным антибиотикам он тоже выработал устойчивость, и в 30% случаев резистентен к одному или нескольким применяемым в лечении препаратам. Надо заметить, что даже если присутствует небольшой уровень устойчивости к антибиотику, это не снижает эффективность от лечения им. Использование препарата становится бесполезным в случае, если количество резистентных бактерий превышает определенный порог. Для внебольничных пневмококковых инфекций этот порог составляет 20–30% . В последнее время стало происходить меньше случаев заражения пневмококком, потому что в 2010 году создали новую версию вакцины PCV13 , которая действует против 13 штаммов S. pneumoniae .

Пути распространения резистентности

Примерная схема показана на рисунке 4.

Пристальное внимание должно оказываться не только бактериям, которые уже развивают или развили резистентность, но и тем, которые пока не приобрели устойчивость. Потому что со временем и они могут измениться и начать вызывать более сложные формы заболеваний.

Внимание к нерезистентным бактериям можно объяснить и тем, что, даже легко поддаваясь лечению, эти бактерии играют роль в развитии инфекций у пациентов с ослабленным иммунитетом - ВИЧ-положительных, проходящих химиотерапию, недоношенных и переношенных новорожденных, у людей после операции и трансплантации . И так как этих случаев происходит достаточное количество -

• во всем мире в 2014 году было проведено около 120 тысяч трансплантаций ;
• только в США ежегодно проходят химиотерапию 650 тысяч человек , однако не у всех есть возможность использовать препараты для борьбы с инфекциями;
• в США 1,1 миллиона человек - ВИЧ-положительные , в России - чуть меньше, официально 1 млн ;

То есть шанс, что со временем устойчивость появится и у тех штаммов, которые пока не вызывают опасений.

Госпитальные, или внутрибольничные, инфекции все чаще встречаются в наше время. Это те инфекции, которыми люди заражаются в больницах и других медицинских учреждениях при госпитализации и просто при посещении.

В США в 2011 году было зафиксировано более 700 тысяч заболеваний, вызываемых бактериями рода Klebsiella . Это, в основном, внутрибольничные инфекции, которые приводят к довольно обширному спектру заболеваний, таких как пневмония, сепсис, раневые инфекции. Как и в случаях со многими другими бактериями, еще с 2001 года началось массовое появление антибиотикорезистентных клебсиелл.

В одной из научных работ ученые задались целью узнать, как гены устойчивости к антибиотикам распространены среди штаммов рода Klebsiella . Они обнаружили, что 15 довольно далеких штаммов экспрессировали металло-бета-лактамазу 1 (NDM-1), которая способна разрушать почти все бета-лактамные антибиотики . Бóльшую силу эти факты обретают, если уточнить, что данные для этих бактерий (1777 геномов) получены в период с 2011 по 2015 годы от пациентов, которые находились в разных больницах с разными инфекциями, вызванными клебсиеллами.

Развитие резистентности к антибиотикам может произойти, если:

• пациент принимает антибиотики без назначения врача;
• пациент не следует назначенному врачом курсу приема лекарств ;
• врач не обладает должной квалификацией;
• пациент пренебрегает дополнительными мерами профилактики (мытье рук, продуктов питания);
• пациент часто посещает медицинские учреждения, в которых повышена вероятность заразиться патогенными микроорганизмами;
• пациент проходит плановые и внеплановые процедуры или операции, после которых зачастую нужно принимать антибиотики во избежание развития инфекций;
• пациент потребляет мясную продукцию из регионов, не соблюдающих нормы по остаточному содержанию антибиотиков (например, из России или Китая);
• у пациента снижен иммунитет из-за болезней (ВИЧ, химиотерапия при онкологических заболеваниях);
• пациент проходит длительный курс лечения антибиотиками, например, при туберкулезе.

О том, как пациенты самостоятельно уменьшают дозу антибиотика, можно прочитать в статье «Приверженность к приему лекарственных средств и пути ее повышения при бактериальных инфекциях » . Недавно британские ученые высказали достаточно спорное мнение о том, что не обязательно проходить весь курс лечения антибиотиками . Американские врачи, однако, на это мнение отреагировали с большим скепсисом .

Настоящее (влияние на экономику) и будущее

Проблема резистентности бактерий к антибиотикам охватывает сразу несколько сфер человеческой жизни . В первую очередь, это, конечно, экономика. По разным подсчетам, сумма, которую тратит государство на лечение одного пациента с устойчивой к антибиотикам инфекцией, колеблется от $18 500 до $29 000. Эта цифра подсчитана для США, но, пожалуй, ее можно использовать и как средний ориентир по другим странам, чтобы понимать масштаб явления. Такая сумма уходит на одного пациента, но если подсчитать по всем, то оказывается, что суммарно к общему счету, который государство тратит за год на здравоохранение, нужно добавлять $20 000 000 000 . И это помимо $35 000 000 000 социальных расходов. В 2006 году из-за двух наиболее распространенных госпитальных инфекций, в результате которых у людей развивался сепсис и пневмония, умерли 50 тысяч людей. Это обошлось системе здравоохранения США в сумму, превышающую $8 000 000 000.

Ранее мы уже писали про сегодняшнюю ситуацию с антибиотикорезистентностью и о стратегиях по ее предотвращению: «Противостояние с резистентными бактериями: наши поражения, победы и планы на будущее » .

Если антибиотики первой и второй линий не работают, то приходится либо увеличивать дозы в надежде на то, что они сработают, либо использовать антибиотики следующей линии. И в том, и в другом случае высока вероятность повышенной токсичности препарата и побочных действий. К тому же, большая доза или новый препарат будут, скорее всего, стоить дороже предыдущего лечения. Это влияет на сумму, которую затрачивают на лечение государство и сам пациент. А также на срок нахождения пациента в больнице или на больничном, число посещений врача и экономические потери от того, что работник не трудится. Большее количество дней на больничном - это не пустые слова. Действительно, пациента с заболеванием, вызванным резистентным микроорганизмом, в среднем приходится лечить 12,7 дней, по сравнению с 6,4 для обычной болезни .

Кроме причин, которые непосредственно влияют на экономику - траты на лекарства, на оплату больничных и время нахождения в больнице, - есть еще и немного завуалированные. Это те причины, которые влияют на качество жизни людей, у которых обнаружены антибиотикорезистентные инфекции. Некоторые пациенты - школьники или студенты - не могут в полной мере посещать уроки, и поэтому у них возможны отставание в учебном процессе и психологическая деморализация. У пациентов, которые проходят курсы сильных антибиотиков, из-за побочных эффектов могут развиваться хронические заболевания. Помимо самих пациентов, заболевание морально угнетает их родственников и окружение, а некоторые инфекции настолько опасны, что заболевших приходится содержать в отдельной палате, где они зачастую не могут пообщаться с близкими. Также существование госпитальных инфекций и риск ими заразиться не позволяют расслабиться при прохождении курса лечения. Согласно статистике, около 2 миллионов американцев ежегодно заражаются госпитальными инфекциями, которые в итоге уносят 99 тысяч жизней. Чаще всего это происходит из-за заражения микроорганизмами, устойчивыми к антибиотикам . Важно подчеркнуть, что кроме перечисленных выше и, несомненно, важных экономических потерь, качество жизни у людей тоже сильно страдает.

Прогнозы на будущее разнятся (видео 2). Одни пессимистически указывают на то, что к 2030–2040 годам кумулятивные финансовые потери составят 100 триллионов долларов , что равняется среднегодовому убытку в 3 триллиона долларов. Для сравнения - весь годовой бюджет США лишь на 0,7 триллиона превышает эту цифру . Количество смертей от заболеваний, вызванных резистентными микроорганизмами, по оценке ВОЗ, к 2030–2040 годам приблизится к 11–14 миллионам и превысит смертность от рака.

Видео 2. Лекция Мэрин Маккены на TED-2015 - What do we do when antibiotics don’t work any more?

Неутешительны и перспективы использования антибиотиков в кормах сельскохозяйственных животных (видео 3). В исследовании, опубликованном в журнале PNAS , подсчитали, что в 2010 году во всем мире в кормá было добавлено более 63 000 тонн антибиотиков . И это - только по скромным оценкам. Ожидается, что к 2030 году указанная цифра возрастет на 67%, но, что должно особенно встревожить, она удвоится в Бразилии, Индии, Китае, Южной Африке и России. Понятно, что, раз объемы добавляемых антибиотиков увеличатся, то и расход средств на них тоже увеличится. Существует мнение , что цель добавления их в корм - совсем не улучшение здоровья животных, а ускорение роста. Это позволяет быстро выращивать животных, получать прибыль от продаж и снова выращивать новых. Но при возрастающей антибиотикорезистентности, придется добавлять либо бóльшие объемы антибиотика, либо создавать комбинации из них. В любом из указанных случаев, затраты фермеров и государства, которое нередко их субсидирует, на эти препараты возрастут. При этом продажи сельскохозяйственной продукции могут даже снизиться из-за смертности животных, вызванной отсутствием действенного антибиотика или побочными эффектами нового. А также из-за страха со стороны населения, которое не хочет потреблять продукцию с этим «усиленным» препаратом. Снижение продаж или повышение цены на продукцию может ставить фермеров в бóльшую зависимость от субсидий со стороны государства, заинтересованного в обеспечении населения продуктами первой необходимости, которые как раз и предоставляет фермер. Также, многие сельхозпроизводители из-за вышеуказанных причин могут оказаться на грани банкротства, а, следовательно, это приведет к тому, что на рынке останутся лишь крупные сельскохозяйственные компании. И, как следствие, возникнет монополия крупных компаний-гигантов. Такие процессы негативно отразятся на социально-экономическом положении любого государства.

Видео 3. BBC рассказывает о том, насколько может быть опасным развитие антибиотикорезистентности у сельскохозяйственных животных

По всему миру активно развиваются направления науки, связанные с определением причин генетических заболеваний и их лечения, мы с интересом наблюдаем за тем, что происходит с методами, которые помогут человечеству «избавиться от вредных мутаций и стать здоровыми», как любят упоминать поклонники методов пренатального скрининга, CRISPR-Cas9 и только начинающего развиваться метода генетической модификации эмбрионов . Но все это может быть понапрасну, если мы окажемся неспособны противостоять заболеваниям, вызываемым резистентными микроорганизмами. Необходимы разработки, которые позволят преодолеть проблему резистентности, иначе всему миру несдобровать.

Возможные изменения в обычной жизни людей в ближайшие годы:

• продажа антибиотиков только по рецепту (исключительно для лечения болезней, угрожающих жизни, а не для профилактики банальных «простуд»);
• экспресс-тесты на степень устойчивости микроорганизма к антибиотикам;
• рекомендации по лечению, подтвержденные вторым мнением или искусственным интеллектом;
• дистанционное диагностирование и лечение без посещения мест скопления больных людей (в том числе мест продажи лекарств);
• проверка на наличие антибиотикорезистентных бактерий до проведения операций;
• запрет проведения косметических процедур без надлежащей проверки;
• сокращение потребления мяса и повышение его цены из-за удорожания ведения хозяйства без привычных антибиотиков;
• увеличение смертности людей в группе риска;
• увеличение смертности от туберкулеза в странах из группы риска (Россия, Индия, Китай);
• ограниченное распространение антибиотиков последнего поколения по миру для замедления развития устойчивости к ним;
• дискриминация в доступе к таким антибиотикам по финансовому статусу и по месту проживания.

Заключение

Меньше века прошло с начала масштабного использования антибиотиков. Вместе с тем, меньше века заняло у нас, чтобы результат этого достиг грандиозных масштабов . Угроза антибиотикорезистентности вышла на глобальный уровень, и было бы глупо отрицать, что именно мы своими же усилиями создали себе такого врага. Сегодня каждый из нас ощущает на себе последствия уже возникшей устойчивости и находящуюся в процессе развития устойчивость, когда получаем от врача выписанные антибиотики, принадлежащие не к первой линии, а второй или даже последней. Сейчас существуют варианты решения этой проблемы, но самих проблем - не меньше. Предпринимаемые нами действия по борьбе с быстро развивающими устойчивость бактериями напоминают гонку. Что будет дальше - покажет время.

Об этой проблеме рассказывает в лекции «Кризис медицины и биологические угрозы » Николай Дурманов, экс-глава «РУСАДА ».

И время, действительно, расставляет все по своим местам. Начинают появляться средства, позволяющие улучшить работу уже существующих антибиотиков, научные группы ученых (пока что ученых, но вдруг эта тенденция вновь вернется и к фармкомпаниям) без устали трудятся над созданием и проверкой новых антибиотиков. Обо всем этом можно прочитать и воспрянуть духом во второй статье цикла.

«Супербаг Солюшенс» - спонсор спецпроекта по антибиотикорезистентности

Компания Superbug Solutions UK Ltd. («Супербаг Солюшенс» , Великобритания) - одна из ведущих компаний, занимающихся уникальными исследованиями и разработками решений в области создания высокоэффективных бинарных антимикробных препаратов нового поколения. В июне 2017 года «Супербаг Солюшенс» получила сертификат от крупнейшей в истории Европейского Союза программы по исследованиям и инновациям «Горизонт 2020», удостоверяющий, что технологии и разработки компании являются прорывными в истории развития исследований по расширению возможностей применения антибиотиков.

19.12.2016

По материалам Национального конгресса анестезиологов Украины, 21-24 сентября, г. Днепр

Неуклонный рост антибиотикорезистентности (АБР) – одна из острейших глобальных медицинских и социальных проблем. Следствием АБР является увеличение заболеваемости, сроков стационарного лечения и уровня смертности. Сегодня человечество вплотную подошло к тому рубежу, за которым устойчивость к антибиотикам станет серьезной угрозой для общественного здравоохранения.

Разработка новых антибио­тиков (АБ) – сложный, длительный и крайне дорогостоящий процесс. АБ теряют свою эффективность так быстро, что компаниям становится невыгодно их создавать: затраты на разработку новых препаратов попросту не успевают окупиться. Экономические факторы являются основной причиной снижения интереса к созданию новых АБ. Многие фармацевтические компании в большей степени заинтересованы в разработке лекарств длительного применения, а не препаратов, используемых короткими курсами. В период с 1930-х по 1970-е годы активно появлялись новые классы АБ, в 2000 г. в клиническую практику вошли цикличные липопептиды, оксазолидиноны. С тех пор новых АБ не появлялось. По словам директора ГУ «Национальный институт сердечно-сосудистой хирургии им. Н. М. Амосова НАМН Украины» (г. Киев), члена-­корреспондента НАМН Украины, док­тора медицинских наук, профессора Василия Васильевича Лазоришинца , объем финансирования, необходимый для всестороннего изучения и поиска решения проблемы АБР, варьирует в пределах стоимости проекта Большого адронного коллайдера и Международной космической станции.

Повсеместное применение АБ в животноводстве также является ключевым фактором развития резистентности, поскольку устойчивые бактерии могут передаваться человеку с продуктами питания животного происхождения. Сельскохозяйственные животные могут служить резервуаром антибиотикорезистентных бактерий Salmonella, Campylobacter, Escherichia coli, Clostridium difficile, метициллин-/оксациллинрезистентного Staphylococcus aureus (MRSA), ванкомицинрезистентного Enterococcus faecium (VRE). MRSA зоонозного происхождения отличается от госпитальных и амбулаторных штаммов MRSA, однако способность бактерий к горизонтальному переносу генов резистентности значительно повышает распространенность устойчивых к различным АБ штаммов. Горизонтальный перенос генов наблюдается и среди других возбудителей.

По оценкам ВОЗ, половина всех производимых в мире АБ используется не для лечения людей. Неудивительно, что количество штаммов возбудителей, резистентных даже к АБ резерва, неуклонно возрастает. Так, распространенность штаммов S. aureus, резистентных к метициллину/оксациллину, к 2012 г. в США составляла 25-75%, штаммов Acinetobacter baumannii, устойчивых к карбапенемам, – до 80% в отдельных штатах. В Европе ситуация немногим лучше: распространенность возбудителей, резистентных к карбапенемам (продуцентов карбапенемаз), в 2013 г. достигала 25%, а в Италии и Греции превышала 52%.

«Проблемные» микроорганизмы, которые имеют уже сформированные механизмы резистентности к АБ широкого спектра действия (табл. 1), объединяют в группу ESKAPE:
Enterococcus faecium;
Staphylococcus aureus;
Klebsiella pneumoniae;
Acinetobacter baumannii;
Pseudomonas aeruginosa;
Enterobacter spp.

В ГУ «Национальный институт сердечно-сосудистой хирургии им. Н.М. Амосова» за период с 1982 по 2016 год проведена большая работа по выявлению микроорганизмов, устойчивых к АБ, у 2992 больных, среди которых имели место 2603 случая инфекционного эндокардита, 132 эпизода сепсиса, 257 – бактериемии. При этом в 1497 (50%) случаях возбудителя удалось идентифицировать.

При бактериологическом исследовании были определены грамположительные возбудители у 1001 (66,9%) пациента, грамотрицательные – у 359 (24,0%). Среди грамположительных возбудителей выявлены S. epidеrmidis (у 71,8% больных), Enterococcus spp. (17,2%), S. aureus (7%) и Streptococcus spp. (4%). Среди грамположительных инфекционных агентов были обнаружены P. aeruginosa (20,6% случаев), A. baumannii (22,3%), Enterobacter spp. (18,7%), E. coli (11,7%), Klebsiella spp. (10,3%), Moraxella (6,1%).

Грибковая микрофлора, выявленная у 137 (9,1%) пациентов, представлена видами Candida, Aspergillus, Histoplasma. Развитию инвазивных микозов предшествовали такие факторы риска, как длительная комбинированная антибиотикотерапия, лечение кортикостероидами и/или цитостатиками, сахарный диабет, сопутствующие онкологические заболевания. Чаще всего грибы обнаруживали в ассоциации с патогенными бактериями.

За период с 2004 по 2015 год частота выявляемости Enterococcus spp. в разное время варьировала в пределах от 5,5 до 22,4%. В 2015 г. доля резистентных к ванкомицину и линезолиду штаммов Enterococcus spp. составила 48,0 и 34,2% соответственно, частота выявляемости S. aureus – 1,5-10%. Резистентность этого патогена к ванкомицину и линезолиду в 2015 г. достигла 64,3 и 14% соответственно. Отмечено достоверное увеличение частоты ­встречаемости Klebsiella spp: с 0% случаев в 2004 г. до 36,7% – в 2015 г. При этом уровни резистентности Klebsiella spp. к АБ также ­высоки: 42,9% штаммов устойчивы к фосфомицину, 10,0% – к коломицину.

A. baumannii выявляли в 5,9-44,2% случаев, к коломицину оказались резистентными 15,4%, а к фосфомицину – 10,1% штаммов данного патогена. Частота выявляемости P. aeruginosa составила в среднем 11,8-36,6%. В 2015 г. 65,3% штаммов синегнойной палочки оказались невосприимчивыми к действию коломицина, 44,0% – фосфомицина. Enterobacter spp. был обнаружен в 5,9-61,9% случаев, резистентность штаммов этого возбудителя к коломицину и фосфомицину составила 44,1 и 4,2% соответственно.

Что касается грибковой флоры, то ее выявляли у 2,3-20,4% пациентов. В последние годы отмечен рост случаев тяжелых инфекций с органными поражениями, вызванных грибково-микробными ассоциациями. Таким образом, на территории Украины отмечается неуклонный рост числа резистентных к АБ штаммов возбудителей группы ESKAPE (табл. 2).

В настоящее время во всем мире идет поиск альтернативных подходов к терапии инфекционных заболеваний. Так, разрабатываются антитела, которые могли бы связывать и инак­тивировать возбудителей. Такой препарат для борьбы с C. difficile проходит исследования ІІІ фазы и, вероятно, появится уже в 2017 г.

Применение бактериофагов и их компонентов – еще одно перспективное направление в борьбе с инфекциями. Бактериофаги природных штаммов и искусственно синтезированные генетически модифицированные фаги с новыми свойствами инфицируют и обезвреживают бактериальные клетки. ­Фаголизины – это ферменты, которые используются бактериофагами для разрушения клеточной стенки бактерий. Ожидается, что препараты на основе бактериофагов и ­фаголизинов дадут ­возможность побеждать устойчивые к АБ микроорганизмы, однако появятся эти препараты не ранее 2022-2023 гг. Параллельно с этим идет разработка препаратов на основе антибактериальных пептидов и вакцин для профилактики инфекций, вызванных C. difficile, S. aureus, P. aeruginosa. Вместе с тем вызывает обеспокоенность тот факт, что средства, которые находятся в стадии разработки и тестирования, малоактивны в отношении других ESKAPE-возбудителей – E. faecium, K. pneumoniae, A. baumannii, Enterobacter spp. Вероятность того, что действенная альтернатива АБ для этих патогенов будет разработана в ближайшие 10 лет, очень низка.

В случае выделения резистентной флоры в клинике ГУ «Национальный институт сердечно-сосудистой хирургии им. Н. М. Амосова» для повышения эффективности терапии интраоперационно используется общая управляемая гипертермическая перфузия у больных инфекционным эндокардитом, а также применяются пассивная иммунизация в сочетании с комбинированной антибиотикотерапией, препараты с так называемым антикворумным действием.

По мнению президента Ассоциации анестезио­логов Украины, доцента кафедры анестезиологии и интенсивной терапии Национального медицинского университета им. А. А. Богомольца (г. Киев), кандидата медицинских наук Сергея Александровича Дуброва , высокая частота полирезистентных штаммов означает, что лечение вызванных этими возбудителями тяжелых инфекций в большинстве случаев возможно только резервными АБ, в частности карбапенемами. Следует помнить, что по сравнению с имипенемом меропенем более эффективен в отношении грамотрицательных патогенов, но менее результативен в случае ­грамположительных ­микроорганизмов. Дорипенем обладает равным терапевтическим действием в отношении грамположительных и грам­отрицательных возбудителей инфекций. Известно также, что при комнатной температуре (25 °С) и при 37 °С стабильность раствора дорипенема выше, чем имипенема и меропенема. Высокая стабильность дорипенема позволяет применять его в схемах с непрерывными инфузиями и длительно поддерживать необходимую концентрацию АБ в плазме крови. Одним из альтернативных направлений лечения при наличии поли- и панрезистентной флоры является терапия комбинацией АБ. Следует помнить о явлении синергизма АБ и использовать его в случае тяжелых инфекций. Рациональными считают сочетанное применение карбапенема с аминогликозидом или фторхинолоном.

Бактериологическое исследование с построением антибиотикограммы представляется ключевым при ведении пациента с инфекционным заболеванием. Индивидуальный подбор АБ, к которому чувствителен инфекционный агент, является не только залогом успешной терапии, но и фактором, предупреждающим формирование АБР.

Подготовила Мария Маковецкая

Настоящая информация предоставлена компанией MSD в качестве профессиональной поддержки специалистам здравоохранения. Информация, относящаяся к любому продукту (-ам), может не совпадать с инструкцией по применению препарата. Пожалуйста, ознакомьтесь с полным текстом инструкции для получения точной информации или данных по продуктам, рассматриваемым в настоящей публикации, до назначения.

AINF‑1201819-0000

Устойчивость бактериальных инфекций к антибиотикам уже влияет на систему мирового здравоохранения. Если действенные меры не будут приняты, то ближайшее будущее станет похоже на Апокалипсис: из-за резистентности к лекарствам погибнет больше людей, чем умирает сейчас от рака и диабета вместе взятых. Однако обилия новых антибиотиков на рынке так и не появляется. О том, какие есть способы улучшить работу уже использующихся антибиотиков, что такое «ахиллесова пята» бактерий и как личинки мух помогают ученым, читайте в этой статье. Также «Биомолекуле» удалось получить информацию от компании «Superbug solutions Ltd» об их открытии - антибактериальном агенте M13, который уже прошел первые испытания на животных. Его комбинация с известными антибиотиками помогает эффективно бороться против грамположительных и грамотрицательных бактерий (в том числе - антибиотикорезистентных), замедлять развитие устойчивости бактерий к антибиотикам и предотвращать образование биопленок.

Спецпроект о борьбе человечества с патогенными бактериями, возникновении устойчивости к антибиотикам и новой эре в антимикробной терапии.

Спонсор спецпроекта - - разработчик новых высокоэффективных бинарных антимикробных препаратов.

* - To make antibiotics great again (букв. «Сделаем антибиотики снова великими») - перефразированный слоган предвыборной кампании Дональда Трампа, действующего президента США, который, кстати, не стремится поддерживать науку и здравоохранение.

Что делать, если инфекции, которые человечество уже умеет лечить, выходят из-под контроля и вновь становятся опасными? Есть ли жизнь в постантибиотической эре? Именно о том, что мы можем вступить в эту эпоху, объявила в апреле 2014 года ВОЗ. Особую тревогу вызывает то, что антибиотикорезистентность уже стала одной из основных проблем для врачей во всем мире (об ее истоках подробно рассказано в первой части спецпроекта - «Антибиотики и антибиотикорезистентность: от древности до наших дней » ). Особенно это распространено в отделениях интенсивной терапии, где есть микроорганизмы с множественной лекарственной устойчивостью. Наиболее часто встречающиеся внутрибольничные патогены с резистентностью даже окрестили ESKAPE: Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acetinobacter baumanni, Pseudomonas aeruginosa и Enterobacter spp . На английском языке тут получается каламбур: escape означает «побег», то есть это патогены, которые сбегают от антибиотиков . Трудности возникли в первую очередь именно с грамотрицательными бактериями, поскольку структура их оболочки затрудняет проникновение лекарств внутрь, а те молекулы, что уже смогли «прорваться», выкачиваются из бактерии обратно специальными молекулами-насосами .

В мире энтерококковая резистентность уже появилась к часто используемым ампициллину и ванкомицину . Устойчивость развивается даже к антибиотикам последнего поколения - даптомицину и линезолиду . Для обработки данных по России наши соотечественники уже создают карту чувствительности микроорганизмов к антибиотикам по всей стране, основываясь на исследованиях ученых из НИИ антимикробной химиотерапии НИИАХ и Межрегиональной ассоциации по клинической микробиологии и антимикробной химиотерапии МАКМАХ (данные постоянно обновляются ).

Профилактические меры уже не способны бороться с распространением антибиотикорезистентности, особенно в отсутствие новых лекарств . Новых же антибиотиков крайне мало - в том числе и потому, что интерес фармкомпаний к их разработкам снизился. Ведь кто будет делать бизнес на том препарате, который скоро может уйти с рынка, если и к нему разовьется устойчивость (а развиться она может в некоторых случаях всего за два года)? Это банально экономически невыгодно.

Несмотря на это, новые средства борьбы с бактериями нужны как никогда - страдают от сложившейся ситуации в первую очередь обычные люди. Устойчивость к антибиотикам уже влияет на заболеваемость, смертность и стоимость лечения пациентов. Этот процесс может затронуть любого: тратится больше средств на лечение, удлиняется время пребывания в больнице, а риски осложнений и летального исхода растут. Британцы оценивают глобальную ежегодную смертность минимум в 700 тысяч человек. По последним данным ВОЗ , в списке десяти ведущих причин смертности в мире три места занимают бактериальные инфекции и/или болезни, ими опосредованные. Это респираторные инфекции нижних дыхательных путей (3 место по данным последнего бюллетеня - за 2015 год - 3,19 млн человек), диарейные болезни (8 место - 1,39 млн человек) и туберкулез (9 место - 1,37 млн человек). От 56,4 млн случаев смерти во всем мире это составляет более 10%.

По оценкам масштабного исследования Review on Antimicrobial Resistance , заказанного британским правительством, будущее выглядит еще более пугающим. Мировая ежегодная смертность из-за антибиотикорезистентности достигнет к 2050 году десяти миллионов - суммарно это больше, чем сейчас смертей от онкологических заболеваний и сахарного диабета (8,2 миллиона и 1,5 миллиона соответственно - см. рис. 1). Затраты обойдутся миру в огромную сумму: до 3,5% от его общего ВВП или до $100 триллионов. В более же обозримой перспективе мировой ВВП уменьшится на 0,5% к 2020 году и на 1,4% к 2030 году.

Рисунок 1. Мировая смертность к 2050 году по расчетам британского исследования Review on Antimicrobial Resistance: от антибиотикорезистентности будет умирать больше людей, чем от онкологий и диабета вместе взятых.

«Если мы не сможем никак на это повлиять, то мы сталкиваемся с почти немыслимым сценарием, в котором антибиотики перестают работать, а мы возвращаемся в темные века медицины» , - прокомментировал Дэвид Кэмерон, действующий на тот момент премьер-министр Великобритании.

Другое видение: новые антибиотики, не подверженные резистентности

Как же справиться с устойчивостью патогенных бактерий к антибиотикам? Первая мысль, которая приходит в голову, - это сделать новые антибиотики, устойчивость к которым не будет развиваться. Этим ученые сейчас и занимаются: главной мишенью препаратов для них стала клеточная стенка бактерий.

Его Величество Липид-II

Рисунок 2. Биосинтез бактериальной клеточной стенки и мишени новых антибиотиков, нацеленных на разные звенья этого механизма.
Чтобы увидеть рисунок в полном размере, нажмите на него.

Один из самых известных антибиотиков, действующих на липид-II и использующихся в клинической практике, - это ванкомицин . Долгое время его монотерапия помогала бороться с энтерококками, но сейчас бактерии уже вырабатывают к нему резистентность (хронологию можно посмотреть в первой статье цикла ). Особенно в этом преуспели E. faecium .

Клеточная стенка: на абордаж!

Многие новые антибиотики нацелены на молекулы, включенные в процесс биосинтеза бактериальной клеточной стенки, - в том числе и на липид-II. Это и не удивительно: ведь именно клеточная стенка играет роль своего рода экзоскелета, защищает от угроз и стрессов извне, поддерживает форму, отвечает за механическую стабильность, предохраняет протопласт от осмотического лизиса и обеспечивает клеточную целостность. Для сохранения функции этого «защитного укрепления» у бактерий постоянно идет процесс его обновления.

Необходимый элемент клеточной стенки - пептидогликан . Это полимер из линейных гликановых нитей, сшитых через пептидные мостики. У грамотрицательных бактерий пептидогликановый слой тонкий и дополнительно покрыт наружной мембраной . У грамположительных бактерий он гораздо более толстый и выступает в роли основного компонента клеточной стенки. Кроме того, у них к пептидогликановому каркасу присоединяются поверхностные белки и вторичные полимеры: тейхоевые , липотейхоевые и тейхуроновые кислоты. У некоторых бактерий клеточная стенка может быть дополнительно окружена полисахаридной капсулой .

Для обеспечения жизнеспособности клеток во время роста и деления необходима четкая координация разрушения (гидролиза) и биосинтеза клеточной стенки. Выведение из строя даже одной шестеренки этого механизма грозит нарушением всего процесса. На это и уповают ученые, разрабатывая препараты с мишенями в виде молекул, вовлеченных в биосинтез бактериальной клеточной стенки .

Ванкомицин, подвинься

Новым антибиотиком, который может успешно заменить ванкомицин, считают тейксобактин . Публикация Кима Льюиса (Kim Lewis ) и коллег, где о нем впервые рассказывалось, прогремела в Nаture в 2015 году . Помог совершить это открытие разработанный учеными новый метод iChip : бактерии из почвы рассеивали по отдельным ячейкам на металлической пластине и затем возвращали в ту же почву и к тем же условиям окружающей среды, откуда бактерии «были родом». Так удавалось воспроизвести рост всех микроорганизмов, которые живут в почве, в естественных условиях (рис. 3).

Рисунок 3. Общий вид iChip (a ) и его составные части: центральная пластина (б ), в которую помещены растущие микроорганизмы, и полупроницаемые мембраны с каждой из сторон, отделяющие пластину от окружающей среды, а также две поддерживающие боковые панели (в ). Краткое описание метода - в тексте.
Чтобы увидеть рисунок в полном размере, нажмите на него.

Этот метод Фрэнсис Коллинз (Francis Collins ), директор Национального института здоровья США (NIH) (штат Мэриленд) назвал «гениальным», поскольку он расширяет возможности поиска новых антибиотиков в почве - одном из самых богатых источников этих лекарств . До iChip выделение новых потенциальных антибиотиков из бактерий грунта было ограничено из-за сложного процесса выращивания их в лаборатории: в искусственных условиях могут расти не более 0,5% бактерий.

Тейксобактин обладает более обширным действием, чем ванкомицин. Он связывает не только липид-II даже у ванкомицинорезистентных бактерий, но и липид-III, предшественника WTA - стеночной тейхоевой кислоты. Этим двойным ударом он может еще сильнее мешать синтезу клеточной стенки. Пока что в опытах in vitro токсичность тейксобактина для эукариот была низкой, а развитие резистентности бактерий к нему не выявлено. Однако публикаций о его действии против грамположительных энтерококков in vivo пока нет , а на грамотрицательные бактерии он не действует .

Раз липид-II - настолько хорошая мишень для антибиотиков, то неудивительно, что тейксобактин - отнюдь не единственная молекула, нацеленная на него. Другие перспективные соединения, борющиеся с грамположительными бактериями, - низин-подобные липопептиды . Сам низин - член семейства антимикробных пептидов лантибиотиков . Он связывает пирофосфатный фрагмент липида-II и формирует поры в бактериальной мембране, что приводит к лизису и гибели клеток. К сожалению, эта молекула обладает плохой стабильностью in vivo и по своим фармакокинетическим характеристикам не подходит для системного введения. По этой причине ученые «усовершенствовали» низин в нужном для них направлении, и свойства полученных низин-подобных липопептидов сейчас изучают в лабораториях .

Другая молекула с хорошими перспективами - это микробиспорицин , блокирующий биосинтез пептидогликана и вызывающий накопление его предшественника в клетке . Микробиспорицин называют одним из самых сильных из известных лантибиотиков, и он может воздействовать не только на грамположительные бактерии, но и на некоторых грамотрицательных патогенов.

Не липидом-II единым

Всем хорош липид-II, и особенно перспективны молекулы, нацеленные на неизменяемый пирофосфат в его составе. Однако изменением пептидной части липида-II бактерии добиваются развития резистентности к терапии. Так, препараты, нацеленные на нее (например, ванкомицин) перестают работать. Тогда вместо липида-II приходится искать в клеточной стенке другие мишени для лекарств. Это, например, ундекапренилфосфат - важнейшая часть пути биосинтеза пептидогликана . Сейчас изучают несколько ингибиторов ундекапренилфосфатсинтазы - они могут неплохо работать на грамположительных бактериях .

Антибиотики также можно нацеливать и на другие молекулы, например, на тейхоевые кислоты клеточных стенок (wall teichoic acid , WTA - она упоминалась выше), липотейхоевые кислоты (lipoteichoic acid , LTA ) и поверхностные белки с аминокислотным мотивом LPxTG (лейцин (L) - пролин (P) - любая аминокислота (X) - треонин (T) - глицин (G)) . Их синтез не является жизненно необходимым для энтерококков, в отличие от производства пептидогликана. Однако нокаут генов, вовлеченных в эти пути, приводит к серьезным нарушениям роста и жизнеспособности бактерий, а также снижает их вирулентность. Препараты, нацеленные на эти поверхностные структуры, могли бы не только вернуть чувствительность к обычным антибиотикам и предотвратить развитие резистентности, но и стать независимым классом лекарств.

Из совсем новых агентов можно назвать группу оксазолидинонов и ее представителей: линезолид, тедизолид, кадазолид. Эти синтетические антибиотики связывают молекулу 23S рРНК бактериальной рибосомы и мешают нормальному синтезу белков - без чего, конечно, микроорганизму приходится худо. Некоторые из них уже используют в клинике.

Так различные компоненты бактериальной клетки предоставляют ученым богатый выбор мишеней для разработки лекарств. Но определить, из каких «вырастет» продукт, готовый для рынка, сложно. Небольшая часть перечисленных - например, тедизолид - уже используется в клинической практике. Однако большинство еще находится на ранних стадиях разработки и даже не было проверено в клинических испытаниях - а без них конечные безопасность и эффективность препаратов трудно предсказать .

Личинки против бактерий

Внимание привлекают и другие антимикробные пептиды (АМП). На «Биомолекуле» уже выходили большой обзор об антимикробных пептидах и отдельная статья про лугдунин .

АМП называют «естественными антибиотиками», поскольку они вырабатываются в организмах животных. Например, различные дефензины - одна из групп АМП - встречаются у млекопитающих, беспозвоночных и растений . Только что вышло исследование, которое идентифицировало молекулу в маточном молочке пчел, которое успешно используют в народной медицине для заживления ран. Оказалось, что это как раз дефензин-1 - он способствует реэпителизации in vitro и in vivo .

Удивительно, что один из человеческих защитных пептидов - кателицидин - оказался крайне похожим на бета-амилоид, который долгое время «винили» в развитии болезни Альцгеймера .

Дальнейшие исследования природных АМП могут помочь найти новые лекарства. Возможно, они даже посодействуют в решении проблемы резистентности к лекарственным средствам - ведь к некоторым подобным соединениям, встречающимся в природе, не развивается резистентность. Например, только что обнаружили новый пептидный антибиотик при изучении Klebsiella pneumoniae subsp. ozaenae - оппортунистической человеческой бактерии, одного из возбудителей пневмонии . Его назвали клебсазолицин (klebsazolicin , KLB). Механизм его работы таков: он ингибирует синтез белка, связываясь с бактериальной рибосомой в «тоннеле» выхода пептида, пространства между субъединицами рибосомы. Его эффективность уже показали in vitro. Что примечательно, авторы открытия - русские исследователи из различных научных учреждений России и США.

Однако, пожалуй, из всего животного мира сейчас изучают больше всего насекомых. Сотни их видов широко использовали в народной медицине с древности - в Китае, Тибете, Индии, Южной Америке и других частях мира. Более того, даже сейчас можно услышать о «биохирургии» - лечении ран личинками Lucilia sericata или других мух. Как ни удивительно это современному больному, но раньше посадить личинок в рану было популярной терапией. При попадании в зону воспаления насекомые поедали отмершие ткани, стерилизовали раны и ускоряли их заживление .

Схожей темой сейчас активно занимаются исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета под руководством Сергея Черныша - только без живых копошащихся личинок. Ученые изучают комплекс АМП, производимый личинками красноголовой синей падальницы (взрослая особь - на рис. 4) . Он включает в себя комбинацию пептидов из четырех семейств: дефензинов, цекропинов, диптерицинов и пролин-богатых пептидов. Первые нацелены преимущественно на мембраны грамположительных бактерий, вторые и третьи - на грамотрицательных, а последние направлены на внутриклеточные мишени. Возможно, данный микс возник в ходе эволюции мух как раз для того, чтобы повысить эффективность иммунного ответа и защитить от развития резистентности.

Рисунок 4. Красноголовая синяя падальница . Ее личинки, возможно, снабдят человечество антимикробными пептидами, не вызывающими резистентности.

Более того, подобные АМП оказываются эффективными против биопленок - колоний скрепленных между собой микроорганизмов, живущих на какой-либо поверхности. Именно такие сообщества ответственны за большинство бактериальных инфекций и за развитие многих серьезных осложнений у человека, включая хронические воспалительные заболевания. При возникновении в такой колонии резистентности к антибиотикам победить ее становится крайне трудно . Препарат, в который входят личиночные АМП, российские ученые назвали FLIP7 . Пока что эксперименты показывают, что он может с успехом пополнить ряды противомикробных препаратов. Подтвердят ли это будущие опыты, и выйдет ли это лекарство на рынок - вопрос будущего .

Новое - переработанное старое?

Помимо изобретения новых лекарств возникает и еще одна очевидная опция - изменить уже имеющиеся лекарства так, чтобы они заработали снова, либо поменять стратегию их применения. Конечно, ученые рассматривают оба эти варианта для того, чтобы, перефразируя слоган действующего президента США, to make antibiotics great again .

Серебряная пуля - или ложка?

Джеймс Коллинз (James Collins ) из Бостонского университета (штат Массачусетс, США) с коллегами исследует то, как повысить эффективность антибиотиков добавлением серебра в виде растворенных ионов. Этот металл использовали в антисептических целях тысячелетиями, и американская команда решила, что древний метод может помочь справиться с опасностью антибиотикорезистентности. Как утверждают исследователи, современный антибиотик при добавлении небольшого количества серебра может убить в 1000 раз больше бактерий!

Такой эффект достигается двумя путями.

Во-первых, добавление серебра повышает проницаемость мембраны для препаратов даже у грамотрицательных бактерий. Как рассказывает сам Коллинз, серебро оказывается не столько «серебряной пулей», убивающей «нечисть» - бактерии, - сколько серебряной ложкой, которая «помогает грамотрицательным бактериям принимать лекарства ».

Во-вторых, оно нарушает метаболизм микроорганизмов, в результате чего образуется слишком большое количество реактивных форм кислорода, которые, как известно, своим агрессивным поведением уничтожают все вокруг , .

Круговорот антибиотиков

Другой метод предлагает Мириам Барлоу (Miriam Barlow ) из Калифорнийского университета (город Мерсед, США). Часто по эволюционным причинам резистентность к одному антибиотику делает бактерии более уязвимыми к другим антибиотикам, утверждает их команда. Из-за этого при использовании уже существующих антибиотиков в точно определенном порядке можно вынудить популяцию бактерий развиваться в обратном направлении. Группа Барлоу изучала у E. coli определенный ген устойчивости, кодирующий бактериальный фермент β-лактамазу в различных генотипах . Для этого они создали математическую модель, которая выявила, что существует 60–70% вероятности возвращения к первоначальному варианту гена устойчивости. Иными словами, при правильном применении лечения бактерия вновь станет чувствительна к препаратам, против которых уже выработалась устойчивость. В некоторых больницах уже пытаются реализовать подобную идею «антибиотического цикла» со сменой лечения, но пока что, по словам исследовательницы , этим попыткам не хватало выверенной стратегии.

Клин клином - бактериальные методы

Еще одна интересная разработка, которая могла бы помогать антибиотикам в их нелегком труде, - так называемые «микробные технологии» (microbial technology ). Как выяснили ученые, заражение антибиотикорезистентными инфекциями зачастую может быть связано с нарушением функции кишечного микробиома - совокупности всех микроорганизмов в кишечнике .

В здоровом кишечнике проживает великое множество бактерий. При использовании антибиотиков это разнообразие уменьшается, и освободившиеся «места» могут занять патогены. Когда их становится слишком много, целостность кишечного барьера нарушается, и болезнетворные бактерии могут пробраться через него. Так, значительно повышается риск подхватить инфекцию изнутри и, соответственно, заболеть. Более того, возрастает и вероятность передачи резистентных болезнетворных микробов другим людям.

Чтобы бороться с этим, можно пытаться избавиться от конкретных патогенных штаммов, вызывающих хронические инфекции, например, с помощью бактериофагов, вирусов самих бактерий. Второй вариант - прибегнуть к помощи комменсальных бактерий, гасящих рост патогенов, и восстанавливать здоровую микрофлору кишечника.

Данный метод уменьшил бы риск побочных эффектов лечения и развития хронических проблем, связанных с нездоровым микробиомом. Также он мог бы продлить срок работы антибиотиков, поскольку не повышается опасность развития резистентности. Наконец, опасность заболеть снизилась бы как у самого пациента, так и у других людей. Однако пока трудно точно сказать, использование штаммов каких бактерий принесло бы бóльшую выгоду пациенту с точки зрения безопасности и эффективности. Более того, ученые сомневаются, удастся ли на современном уровне технологий наладить производство и культивирование микроорганизмов в нужных масштабах .

Кстати, интересно, что бактерии микробиома человека сами производят вещества, убивающие других бактерий. Их называют бактериоцинами , и о них «Биомолекула» рассказывала отдельно .

Агент M13 - что скрывается под кодовым именем?

Еще одна перспективная разработка, которая сможет дополнить уже существующие препараты, - фенольный липид под названием M13 , результат исследований российских ученых из компании Superbug Solutions Ltd , зарегистрированной в Британии.

Соединения, которые «прилагаются» к антибиотику и усиливают его действие, назвали потенциаторами , или потенцирующими веществами . Известно два основных механизма их работы.

Для исследователей потенциаторы являются очень перспективным объектом, поскольку борются с уже устойчивыми к лечению бактериями, при этом не требуют разработок новых антибиотиков и, напротив, могут вернуть в клинику старые антибиотики .

Несмотря на это, многие механизмы работы этого класса веществ до конца не изучены. Поэтому до их применения на практике - если до этого дойдет дело - потребуется ответить еще на множество вопросов, в том числе: как сделать их удар специфическим и не затронуть клетки самого пациента? Возможно, ученые смогут подобрать такие дозы потенциатора, которые будут воздействовать только на бактериальные клетки и не повлияют на эукариотические мембраны, но это смогут подтвердить или опровергнуть только будущие исследования.

Начало исследованиям, завершившимся разработкой М13, было положено в конце 80-х годов в (сейчас он входит в состав ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН), когда под руководством Галины Эль-Регистан (сейчас - научного консультанта Superbug Solutions) в СССР открыли факторы дифференцировки (факторы d1 ) - внеклеточные метаболиты, регулирующие рост и развитие микробных популяций и образование покоящихся форм. По своей химической природе факторы d1 - это изомеры и гомологи алкилоксибензолов класса алкилрезорцинов , одной из разновидностей фенольных липидов. Выяснили, что они исполняют роль ауторегуляторов, выделяемых микроорганизмами в окружающую среду для координации взаимодействий клеток популяции между собой и для коммуникации с клетками других видов, входящих в состав ассоциации или участвующих в симбиозе.

Способов воздействия алкилрезорцинов на бактерии множество. На молекулярном уровне они модифицируют биополимеры . Так, в первую очередь страдает ферментный аппарат клетки. При связывании алкилрезорцинов с ферментами у последних изменяются конформация, гидрофобность и флуктуация доменов белковой глобулы. Оказалось, что в такой ситуации меняется не только третичная, но и четвертичная структура белков из нескольких субъединиц! Подобный результат добавления алкилрезорцинов приводит к модификации каталитической активности белков. Физико-химические характеристики неферментных белков также меняются. Кроме того, алкилрезорцины действуют и на ДНК. Они вызывают ответ клеток на стресс на уровне активности генетического аппарата, что приводит к развитию дистресса .

На субклеточном уровне алкилрезорцины нарушают нативную структуру мембраны клетки. Они увеличивают микровязкость мембранных липидов и ингибируют NADH-оксидазную активность мембран. Дыхательная активность микроорганизмов оказывается заблокированной. Целостность мембраны под воздействием алкилрезорцинов нарушается, и в ней появляются микропоры. Из-за того что по градиенту концентрации из клетки выходят ионы К + и Na + с гидратными оболочками, происходят дегидратация и сжатие клетки. В итоге, мембрана под воздействием этих веществ становится мало- или неактивной, а энергетический и конструктивный метаболизм клетки нарушается. Бактерии переходят в состояние дистресса. Их способность противостоять неблагоприятным факторам, включая воздействие антибиотиков, падает.

Как говорят ученые, похожий эффект на клетки достигается воздействием низких температур, к которому они не могут полностью адаптироваться. Это позволяет предположить, что к воздействию алкилрезорцинов бактерии тоже не смогут привыкнуть. В современном мире, когда антибиотикорезистентность беспокоит все научное сообщество, такое качество крайне важно.

Лучшего результата от применения алкилрезорцинов можно добиться при комбинировании одного или нескольких таких молекул с антибиотиками. По этой причине на следующем этапе эксперимента ученые Superbug Solutions изучали эффект комбинированного воздействия алкилрезорцинов и антибиотиков, различающихся по химическому строению и по мишеням в микробной клетке.

Сначала исследования провели на чистых лабораторных культурах непатогенных микроорганизмов. Так, минимальная ингибирующая концентрация (самая низкая концентрация препарата, которая полностью угнетает рост микроорганизмов в опыте) для антибиотиков семи различных химических групп против основных видов микроорганизмов снижалась в 10–50 раз в присутствии исследованных алкилрезорцинов. Подобный эффект продемонстрировали для грамположительных и грамотрицательных бактерий и грибов. Количество бактерий, выживающих после обработки ударной комбинацией высоких доз антибиотика + алкилрезорцина, оказалось ниже на 3–5 порядков по сравнению с действием антибиотика в одиночку.

Последующие опыты на клинических изолятах патогенных бактерий показали, что и тут комбинация работает: минимальная ингибирующая концентрация в некоторых случаях снижалась в 500 раз. Что интересно, усиление эффективности антибиотика наблюдали и у чувствительных к лекарству, и у резистентных бактерий. Наконец, вероятность образования антибиотикорезистентных клонов также снижалась на порядок. Иными словами, риск развития антибиотикорезистентности снижается или сводится на нет.

Так, разработчики установили, что эффективность лечения инфекционных заболеваний с помощью их схемы - «суперпуль» (superbullet ) - повышается, даже если болезнь была вызвана антибиотикорезистентными патогенами.

Изучив множество алкилрезорцинов, исследователи выбрали самый перспективный из них - М13. Соединение действует на клетки и бактерий, и эукариот, но в разных концентрациях. Резистентность к новому агенту также развивается гораздо медленнее, чем к антибиотикам. Основные механизмы его антимикробного действия, как и у остальных представителей этой группы, - воздействие на мембраны и ферментные и неферментные белки.

Выяснили, что сила эффекта добавления М13 к антибиотикам варьирует в зависимости как от вида антибиотика, так и от вида бактерий. Для лечения конкретного заболевания придется подбирать свою пару «антибиотик + М13 или иной алкилрезорцин». Как показали исследования in vitro , чаще всего М13 проявлял синергизм при взаимодействии с ципрофлоксацином и полимиксином. В целом же совместное действие отмечали реже в случае грамположительных бактерий, чем в случае грамотрицательных.

Помимо этого, использование М13 минимизировало образование антибиотикорезистентных мутантов патогенных бактерий. Полностью предотвратить их появление нельзя, однако можно существенно, на порядки, снизить вероятность их появления и повысить чувствительность к антибиотику, с чем и справился агент компании Superbug Solutions.

По итогам опытов «в пробирке» можно заключить, что перспективнее всего выглядят эксперименты по применению комбинации М13 и антибиотиков против грамотрицательных бактерий, что и было изучено в дальнейшем.

Так, провели эксперименты in vivo для определения, изменяется ли эффективность лечения зараженных мышей комбинацией М13 с известными антибиотиками - полимиксином и амикацином. В качестве патогена выбрали летальную клебсиеллёзную инфекцию, вызванную Klebsiella pneumoniae . Как показали первые результаты, эффективность антибиотиков в комбинации с М13 действительно повышается. При лечении мышей М13 и антибиотиком (но не одним антибиотиком) бактеримию в селезенке и крови не наблюдали. В дальнейших опытах на мышах подберут самые эффективные комбинации М13 и других алкилрезорцинов с определенными антибиотиками для лечения конкретных инфекций. Затем проведут стандартные этапы исследования токсикологии и клинические испытания 1 и 2 фаз.

Сейчас компания оформляет патент на разработку и надеется на будущее ускоренное одобрение препарата от FDA (американского Управления по контролю за продуктами и лекарствами). Superbug Solutions запланировала и будущие эксперименты по изучению алкилрезорцинов. Разработчики собираются и дальше развивать свою платформу по поиску и созданию новых комбинированных антимикробных препаратов. При этом многие фармкомпании фактически отказались от подобных разработок, и сегодня больше других заинтересованы в подобных исследованиях именно ученые и конечные потребители. Их и намерена привлекать для поддержки и развития компания Superbug Solution и в результате создать некое комьюнити вовлеченных и заинтересованных людей. Ведь кому же, как не прямому потребителю потенциального препарата, выгоден его выход на рынок?

Что же дальше?

Хотя прогнозы по борьбе с антибиотикорезистентностью инфекций пока не очень утешительные, мировое сообщество пытается принять меры, чтобы избежать той мрачной картины, которую рисуют нам эксперты. Как было рассмотрено выше, многие научные группы занимаются разработкой новых антибиотиков или тех препаратов, которые в комбинации с антибиотиками могли бы успешно убивать инфекции.

Казалось бы, перспективных разработок сейчас много. Доклинические опыты дают надежду, что однажды на фармацевтический рынок все-таки «дойдут» новые препараты. Однако уже ясно, что вклада только разработчиков потенциальных антибактериальных лекарств мало. Необходимо также заняться разработкой вакцин от определенных патогенных штаммов, пересмотреть методы, используемые в животноводстве, улучшить гигиену и методы диагностики заболеваний, рассказывать общественности о наличии проблемы и, самое главное, - объединить усилия по борьбе с ней (рис 5). О многом этом шла речь в первой части цикла .

Неудивительно, что Инициатива по инновационным лекарственным средствам (Innovative Medicines Initiative , IMI ) Европейского союза, которая помогает сотрудничеству фармпромышленности с ведущими научными центрами, объявила о запуске программы «Новые лекарства против плохих микробов» (New Drugs 4 Bad Bugs , ND4BB ). «Программа IMI против резистентности к антибиотикам - это гораздо больше, чем клиническая разработка антибиотиков , - рассказывает Ирен Норстедт (Irene Norstedt ), исполняющая обязанности директора IMI. - Она охватывает все области: от фундаментальной науки о резистентности к антибиотикам (в том числе и о внедрении антибиотиков внутрь бактерий) через ранние стадии открытия и разработки лекарств и до клинических испытаний и создания общеевропейской группы по клиническим испытаниям» . По ее словам, большинству вовлеченных в разработку лекарств сторон, включая промышленность и ученых, уже ясно: проблемы такого масштаба, как антимикробная резистентность, могут быть решены только путем всеобщего сотрудничества. Программа предусматривает и поиск новых способов избежать устойчивости к антибиотикам .

Среди других инициатив - «Глобальный план действий по устойчивости к противомикробным препаратам» и ежегодная кампания «Антибиотики: используйте осторожно!» по повышению осведомленности о проблеме медицинского персонала и общественности . Похоже, чтобы избежать постантибиотической эры, небольшой вклад может потребоваться от любого. Готовы ли вы к этому?

«Супербаг Солюшенс» - спонсор спецпроекта по антибиотикорезистентности

Компания Superbug Solutions UK Ltd. («Супербаг Солюшенс» , Великобритания) - одна из ведущих компаний, занимающихся уникальными исследованиями и разработками решений в области создания высокоэффективных бинарных антимикробных препаратов нового поколения. В июне 2017 года «Супербаг Солюшенс» получила сертификат от крупнейшей в истории Европейского Союза программы по исследованиям и инновациям «Горизонт 2020», удостоверяющий, что технологии и разработки компании являются прорывными в истории развития исследований по расширению возможностей применения антибиотиков.