Первая бактериальная: когда гонококки поставят нас на колени?⁠⁠

Появление супербактерий, устойчивых к антибиотикам, может стать для человечества угрозой номер один

По прогнозам Review of Antimicrobial Resistance (RAR), к 2050 году от бактериальных инфекций будет умирать 10 млн человек. Это больше, чем сегодня умирают от рака. Кишечная палочка, возбудители малярии и туберкулеза достигнут статуса супербактерий. Хирургическая замена суставов, кесарево сечение, химиотерапия и трансплантация органов станут смертельно опасными из-за осложнений. Все из-за того, что бактерии научатся противостоять антибиотикам.

Уже сейчас ученых и врачей настораживает рост резистентности ряда часто встречающихся микроорганизмов.

Например, пенициллин-резистентный пневмококк, впервые выявленный в 1967 году, уже приобрел защиту от нескольких классов антибиотиков. А значит осложнения от обычной простуды тоже станут проблемой.

Штаммы этого микроба распространены во всем мире, особенно в Испании, Южной Африке и Болгарии.

Появление супербактерий – микроорганизмов, устойчивых ко всем известным препаратам – станет ударом и по состоянию общества в целом. Еще больше углубится пропасть между богатыми и бедными. Дешевые антибиотики, доступные для большинства, выйдут из строя первыми. Столкнувшись с эпидемиями малярии и туберкулеза, развитые страны будут вынуждены ввести строгий карантин и даже закрыть границы. Мир охватят истерия, подозрительность и отчужденность.

Как вам перспективка?

Сизиф не справляется

В прошлом фармацевтическая промышленность решала проблему устойчивости микробов путем производства нового, более эффективного антибиотика. Причем чаще всего использовались уже известные источники – бактерии и грибы. Но на сегодняшний день нет принципиально нового класса препаратов, приемлемого для клинического применения.

Пик открытий новых антибиотиков пришелся на 50-е и 60-е годы прошлого века, но с 1987 года не было создано ни одного принципиально нового препарата. И дело не только в том, что новые соединения не удается найти.

Разработка новых препаратов обходится дорого и может занять 10 – 15 лет, а прибыль непредсказуема: бактерии могут приспособиться к новой угрозе за пару лет.

Большинство антибиотиков были получены путем выделения микроорганизмов из природных мест обитания, главным образом почвы, и последующего культивирования в лаборатории. Конечно, это значит, что где-то – в недрах океана или высоко в горах – нас может ждать спасение. Но где искать новый источник – непонятно, а финансировать поиски я- очень дорого. По подсчетам той же RAR, вложения в поиск эффективных антибиотиков к 2050 году составят $100 трлн.

Война бесконечности

Антибиотик действует как отмычка, которой врач пытается открыть дверной замок бактерии. Бывают отмычки универсальные, которые открывают сразу много дверей (антибиотики широкого спектра), бывают узкозаточенные (под определенные виды). Если замок не поддается, приходится «поднажать», то есть увеличить дозу препарата или взять в руки резак – антибиотик «последней надежды».

Проблема в том, что бактерии реагируют на вторжения очень быстро. За счет огромного числа и быстрого деления в их популяциях постоянно возникают мутации, и некоторые из них оказываются выигрышными для борьбы с конкретным врагом.

Например, бактерия может укрепить клеточную стенку, создать специальный «насос», который выкачивает антибиотик из клетки, или обзавестись защитным ферментом.

В 1960-х годах с бактерией Escherichia coli успешно боролись с помощью аминопенициллинов. Многие микробы к ним приспособились и стали вырабатывать бета-лактамазу – фермент, разрушающий антибиотик. Вскоре фармацевты обнаружили соединения, которые обезвреживают бета-лактамазу (например, клавулановая кислота – часть препарата Амоксиклав). Но когда бактерии сделают следующий ход – лишь вопрос времени.

Достойные противники

Полового процесса у бактерий нет, поэтому передать удачные гены потомкам они не могут. Зато от особи к особи – пожалуйста! Горизонтальный перенос происходит с помощью мобильных генетических элементов – плазмид или транспозонов. Бактерия присваивает у всех своих «приятелей» фрагменты ДНК с определенными генами – в данном случае с теми, которые отвечают за устойчивость к какому-либо типу препаратов. Появившись у одной бактерии, гены устойчивости могут быстро распространяться внутри вида. И даже передаваться от одного вида к другому.

Обмен генами может произойти мирно, а может быть результатом насильственного захвата. Например, два года назад ученые из Базельского университета застали бактерии Acinetobacter baylyi за охотой. Они нападают на другие микроорганизмы и с помощью молекулярного «шприца» впрыскивают токсичные белки в цитоплазму жертвы, а затем просто присваивают ее гены.

Способность бактерий к адаптации говорит о том, что эти существа намного умнее, чем мы думаем.

Они могут не только самостоятельно изыскивать способы стать сильнее, но и «работать в команде», если это выгодно каждой. Например, ученые из Массачусетского технологического института обнаружили, что два штамма кишечной палочки Escherichia coli, устойчивые каждый к одному конкретному антибиотику, выживают при воздействии обоих, если находятся вместе.

Последние рубежи

В марте 2018 года в одну британскую клинику обратился мужчина. Он жаловался на сильное жжение при мочеиспускании, которое началось у него после посещения одной из азиатских стран. Симптомы указывали на гонорею, и врач привычно прописал комбинацию из двух антибиотиков – азитромицина и цефтриаксона.

Но через неделю пациент явился снова. Жжение вернулось – с удвоенной силой. Ни один из препаратов первой линии не сработал. Посовещавшись, медики решили прибегнуть к последнему средству – инъекциям сильного антибиотика эртапенема. Несчастный тем временем лез на стенку. Отступать было некуда.

К счастью, эртапенем помог. Но этот случай с тех пор кочует по отчетам и презентациям служб здравоохранения.

Положение серьезнее некуда: треть всех гонорейных инфекций уже устойчивы по крайней мере к одному антибиотику. И новых попыток возбудителя пробиться в «дамки» стоит ждать в ближайшее время.

В довлатовском «Заповеднике» есть эпизод: один из героев пытается заработать тем, что якобы заражает туристов гонореей, а потом «помогает» достать лекарство. Афера проваливается, и в итоге заболевает он сам. Сюжет, который у Довлатова подан как анекдот, лет через 30 может читаться как драматическое произведение о пороке и наказании в духе Достоевского. И все благодаря супербактериям.

Движение против сопротивления

Будущее выглядит мрачновато, но неужели предусмотрительные ученые ничего не придумали? На самом деле, попытки сделать альтернативное оружие предпринимались еще в XX веке. Например, еще в СССР биолог Георгий Элиава разрабатывал терапию на основе вирусов, убивающих бактерий – бактериофагов. Как и многие ученые тогда, он попал под каток репрессивной машины, и разработки прервались.

Упавшее знамя подхватили на Западе. С 2000-х годов десятки биотехнологических компаний стали тестировать «ручных вирусов», а в 2006 году американский регулятор медикаментов FDA одобрил использование пищевой добавки на основе фагов, которая уничтожает содержащихся в мясе листерий. Но применять их для лечения людей пока не спешат.

Плюс фагов в том, что, в отличие от антибиотиков, они действуют на узкий круг мишеней, не причиняя вреда полезной микрофлоре. Но для лечебного применения их нужно очень много. Нельзя предсказать, как иммунитет конкретного человека справиться с таким наплывом. К тому же фаги – не роботы. Они мутируют, и могут сами однажды стать угрозой.

Появление технологии геномного редактирования CRISPR – еще один луч надежды. Но пока что его перспективы связаны скорее с изучением бактериальной защиты, а не с изготовлением конкретного супероружия. Например, недавно созданный инструмент Mobile-CRISPRi подавляет выработку определенных белков бактерии, обнажая их уязвимое место.

С большой вероятностью можно предположить, что эта война так никогда и не закончится. Бактерии никогда не перестанут эволюционировать, а мы никогда не сможем избавиться от их присутствия. Но если задуматься, именно борьба с угрозами и решение трудных проблем движет историю вперед.