Открытие антибиотиков и массовое внедрение их в практику в середине XX века изменило не только медицину, но и все человеческое общество. Антибиотики внесли большой вклад в рост средней продолжительности жизни людей и населения нашей планеты. Также антибиотики радикально повлияли на смертность. Если до начала эры антибиотиков очень большое количество людей умирало в раннем возрасте от инфекционных болезней или осложнений, то теперь основными причинами смерти стали сердечно-сосудистые и онкологические заболевания, а умирают в основном в пожилом возрасте. Это оказало сильное влияние на развитие всего общества, а привычный нам мир существует в том числе благодаря антибиотикам.
Однако массовое развитие устойчивости (резистентности) бактерий к антибиотикам может легко перечеркнуть эти достижения и отбросить нашу медицину на сто лет назад, когда умереть можно было от инфекционных осложнений после любого, даже самого простого, хирургического вмешательства.
Как бактерии могут бороться с антибиотиками?
Чтобы убить бактерию, антибиотик должен «сломать» какое-то важное звено в обмене веществ бактериальной клетки. На химическом уровне молекула антибиотика чаще всего связывается с каким-то важным ферментом бактерии и нарушает его работу. Бактерия с такой «поломкой» теряет возможность синтезировать белок, вырабатывать энергию, строить свою клеточную стенку и так далее, в результате чего гибнет или перестает делиться.
Если в результате мутации в одном из генов структура фермента изменится так, что молекула антибиотика уже не сможет с ним связаться, но свою функцию фермент продолжит нормально выполнять, бактерия приобретет устойчивость к этому антибиотику — он уже не сможет «сломать» ее обмен веществ. Такой механизм работает, например, при развитии устойчивости бактерий к антибиотикам из класса фторхинолонов (ципрофлоксацин, левофлоксацин и прочие).
Другой путь для бактерии — начать синтезировать фермент, который будет разрушать молекулу антибиотика. Самый яркий пример — b-лактамазы. Это целая группа бактериальных ферментов, которые разрушают антибиотики из класса b-лактамов (пенициллины и цефалоспорины). Они стали первым известным механизмом развития резистентности у бактерий. Из-за массового распространения штаммов бактерий, синтезирующих b-лактамазы, многие пенициллины практически полностью перестали применять на практике — уже не осталось бактерий, на которые они действуют.
Также бактерия может научиться быстро «выкачивать» антибиотик из своей клетки или, наоборот, тормозить его проникновение внутрь. В этом случае внутри бактериальной клетки будет слишком мало антибиотика, и он не сможет повлиять на ее работу. За счет активного выведения бактерии развивают устойчивость к тетрациклину, а снижение проницаемости клеточной стенки бактерии обычно позволяет развить устойчивость сразу к нескольким антибиотикам.
Еще один способ развития устойчивости — включение «метаболического шунта». Когда антибиотик «ломает» какой-то фермент, бактерия начинает синтезировать нужное ей вещество другим путем, без участия «поломанного» фермента. Такой механизм часто встречается при развитии устойчивости к сульфаниламидам.
Как бактерии «учатся» все это делать?
Устойчивость бактерий к антибиотикам — закономерное следствие их широкого применения. Чтобы выработать резистентность, бактериям нужна возможность размножаться в присутствии антибиотика в невысокой концентрации — такой, чтобы гибель бактериальной клетки он вызвать уже не мог, но жизнь ей все еще осложнял. Дальше в этих условиях у какой-то бактерии должна возникнуть случайная мутация в одном из генов. Эта мутация немного изменит один или несколько важных ферментов бактерии так, чтобы свою функцию этот фермент выполнять продолжал, но молекула антибиотика с ним связывалась хуже и не мешала ему работать. Такая мутация дает бактерии преимущество перед собратьями, и она начинает размножаться быстрее, передавая полезную мутацию своим потомкам. И вот мы уже получили штамм с пониженной чувствительностью к антибиотику — в высоких концентрациях он все еще может убить бактерию, но курс лечения для этого требуется дольше, а дозы препарата — выше. Еще несколько похожих мутаций — и мы получим полностью резистентный штамм, на который наш антибиотик совсем не будет действовать.
Такие «удачные» мутации кажутся невероятными и слишком редкими, чтобы случаться в реальности. Но бактерии размножаются с огромной скоростью, и всего за пару часов у них может смениться десяток поколений, в каждом из которых будет много самых разных случайных мутаций — очевидно, что одна из них может оказаться полезной и получить распространение.
Еще одна неприятная новость в том, что бактерии умеют передавать гены с полезными мутациями не только потомкам, но и соседям. Делают они это с помощью плазмид — маленьких кусочков ДНК, которыми бактерии могут делиться друг с другом. Плазмиды передаются даже между бактериями разных видов и обеспечивают очень быстрое распространение резистентности.
То есть чем чаще и шире применяется какой-то антибиотик, тем быстрее у бактерий разовьется к нему резистентность.
Что ж теперь, не лечиться?
Лечиться, но с соблюдением нескольких важных правил. Любое применение антибиотика всегда сопряжено с риском развития резистентности, а неправильное применение или необоснованное назначение увеличивает этот риск многократно. Особенно опасны прерванные курсы или использование недостаточных доз — это как раз создает условия для размножения бактерий при низкой концентрации антибиотика, что быстро приводит к появлению резистентного штамма.
Поэтому, во-первых, назначение антибиотика должно быть строго обоснованным. Применять антибиотики «на всякий случай» и тем более без назначения врача нельзя — вреда при этом будет больше, чем пользы.
Во-вторых, очень важно не уменьшать назначенные врачом дозы и не пропускать прием препарата. Это позволит постоянно поддерживать нужную концентрацию антибиотика в организме и добиться полной гибели всех болезнетворных бактерий.
И, наконец, назначенный курс обязательно нужно пропить полностью, даже если симптомы исчезли раньше. Исчезновение симптомов заболевания не означает, что все болезнетворные бактерии уже погибли. Некоторые из них еще могли уцелеть, и если перестать пить антибиотик раньше времени, они снова начнут размножаться. При этом они, скорее всего, уже потеряют чувствительность к исходному препарату. В результате болезнь вернется с новой силой, а для ее лечения придется подбирать уже другой антибиотик.
К сожалению, антибиотики избыточно применяют не только в медицине, но и в сельском хозяйстве. Часто антибиотики дают здоровым животным для профилактики заболеваний, используя те же классы препаратов, что и для людей. Антибиотики в небольших количествах попадают в почву, сточные воды и водоемы, где с ними контактирует огромное число бактерий самых разных видов, развивая устойчивость. Затем гены устойчивости через плазмиды попадают к болезнетворным бактериям и превращаются уже в медицинскую проблему.
Если не работает один антибиотик, всегда же можно подобрать другой?
К сожалению, уже не всегда. Так как антибиотики одного класса действуют через один и тот же механизм, очень часто развитие устойчивости к одному препарату понижает чувствительность бактерии сразу ко всему классу. Например, бактериальные b-лактамазы разрушают структурную основу пенициллинов и цефалоспоринов, и, если бактерия синтезирует этот фермент, он защищает ее сразу от десятка препаратов. В таком случае подобрать действующий антибиотик из этого же класса бывает очень трудно.
Накапливая полезные мутации, бактерии научились развивать сразу несколько разных механизмов защиты от разных препаратов. И около десяти лет назад начали появляться штаммы бактерий с множественной лекарственной устойчивостью, их называют супербактериями. На такие бактерии уже не действуют антибиотики из нескольких разных классов, а в некоторых случаях — не действует вообще ни один известный антибиотик. Причем это не какие-то экзотические инфекции, а вполне «рядовые» стафилококки или гемофильная палочка. Чаще всего такие штаммы появляются в стационарах, где много восприимчивых больных и одновременно используется много разных антибиотиков — практически идеальные условия для селекции резистентных штаммов. Их называют госпитальными штаммами и госпитальными инфекциями, и лечатся они особенно тяжело.
Если не работают старые антибиотики, можно же придумывать новые!
С этим тоже не все просто. На разработку одного препарата уходит десять-пятнадцать лет, а найти новый класс антибиотиков еще сложнее. В последние десятилетия фармкомпании уделяли очень мало внимания новым антибиотикам: уже существующие препараты работали очень хорошо, и эта область представлялась малоперспективной для инвестиций. Большая часть разработок была сфокусирована на онкологии и лечении сердечно-сосудистых заболеваний, потому что уже они, а не инфекции, стали основными причинами смерти. Проблема резистентных штаммов возникла относительно недавно, и все оказались к этому не готовы.
А при чем тут ковид? Это же вообще вирусное заболевание!
Все верно, антибиотики не действуют на вирусы, поэтому коронавирусную инфекцию ни одним антибиотиком вылечить нельзя. Однако к вирусной пневмонии довольно часто присоединяется еще и бактериальная. Обычно это происходит уже в больнице, когда организм ослаблен, а вокруг много источников бактериальной инфекции, включая госпитальные штаммы. Такие осложненные пневмонии лечатся трудно, поэтому врачи назначают антибиотики для профилактики бактериальных осложнений. Сейчас особенно часто для этого используют азитромицин (Сумамед) и левофлоксацин (Таваник).
Это действительно оправдано в некоторых случаях, но проблема в том, что антибиотики и тут часто назначают избыточно, даже тем больным, у которых риск развития бактериальных осложнений минимален.
Отдельная проблема в том, что многие, поддаваясь панике, начинают самостоятельно пить антибиотики «для профилактики» или при любых симптомах простуды. Особенно актуально это для стран, где рецептурные препараты можно относительно легко купить и без рецепта врача, в том числе и для России. Медицинского смысла в такой профилактике нет, ни один антибиотик не защитит от ковида. При этом ажиотажный спрос создает дефицит препаратов на рынке и их не могут получить даже те больные, которым они действительно нужны.
Проблема антибиотикорезистентности и появление супербактерий были впервые обозначены ВОЗ (Всемирной организацией здравоохранения) как одна из глобальных угроз еще в 2014 году. Глобального решения у этой проблемы нет до сих пор, а многократное увеличение использования антибиотиков из-за эпидемии ковида может существенно ухудшить ситуацию, и уже в ближайшем будущем мы вернемся к медицине начала XX века, в которой эффективных антибиотиков нет.
