Антибиотикорезистентность современные подходы и пути преодоления. Антибиотики и антибиотикорезистентность: от древности до наших дней

Антибиотикорезистентность - это стойкость некоторого организма к соединениям из класса антибиотиков. В настоящее время антибиотики - единственная категория медикаментозных средств, чья эффективность постепенно уменьшается. Сам факт антибиотикорезистентности исключить просто невозможно - это связано с прогрессом жизни, эволюцией на разных ступенях и формах организмов от самых простых до сложных макросистем.

Актуальность вопроса

Антибиотикорезистентность микроорганизмов вырабатывается совершенно естественно. Изначально уровень низкий, постепенно достигает средних значений, а затем развивается до высокой устойчивости. Микроскопические организмы, показывающие повышенный уровень стойкости к одному антимикробному препарату, с высокой долей вероятности будут иметь защиту и от других соединений. Процесс приобретения устойчивости обратить нельзя, но можно медленно восстановить чувствительность - правда, лишь частично.

В настоящее время антибиотикорезистентность - глобальная проблема, связанная с недостаточным инфекционным контролем. Антимикробные соединения нашли широкое распространение в сельском хозяйстве, пищевой промышленности. Подобные антимикробным лекарственным препаратам вещества активно применяются в быту. Все это сказывается на приобретении патологическими формами жизни повышенного уровня стойкости к тем веществам, которые прежде были для них смертельно опасны.

О нюансах явления

Антибиотикорезистентность бактерий может быть природной, возможно приобретение стойкости к антибиотикам.

Формирование и распространение явления во многом объясняется свободной продажей в аптеках препаратов из класса антимикробных. По правилам отпускаться такие должны строго по рецепту доктора, но ряд средств многие точки продают в свободном режиме. Чаще всего это касается случаев, когда клиент заинтересован в приобретении гентамицина, ципрофлоксацина.

Одна из проблем современной медицины - нерациональное использование антимикробных препаратов, которое также является одним из провоцирующих рост антибиотикорезистентности механизмов. Нередко назначение средств неоправданно и даже хаотично. В норме антибиотики необходимы перед операцией, но нередко их применяют после хирургического вмешательства. Назначение пациенту неоправданно низких дозировок, недостаток инфекционного контроля, неправильная организация процесса лечения - все это провоцирует повышение антибиотикорезистентности патологических микроорганизмов.

О проблемах и реалиях

Хотя ученые безостановочно работают над созданием новых лекарственных препаратов, более эффективных и результативных, применение антимикробных средств в последние годы сталкивается с двумя серьезными сложностями. Это антибиотикорезистентность, уже упомянутая выше, а также расширение разнообразия лекарственных форм возбудителей. Стойкость к антимикробным средствам в настоящее время актуальна для всех типов микроскопических форм жизни. Именно эта причина - главная, из-за которой лекарственная терапия становится все менее результативной. В современной медицине особенные сложности создает широкое распространение стойкой к антимикробным препаратам синегнойной и кишечной палочки, протей и стафилококков.

Как показывают проведенные исследования, в настоящее время проблема антибиотикорезистентности становится все актуальнее: от половины до 90 % всех выделяемых штаммов резистентны к разным составам.

О нюансах проблемы

Установлено, что уровень стойкости к антимикробным соединениям формируется неравномерно. Довольно медленно этот процесс протекает относительно препаратов пенициллинового ряда, циклосерина, полимиксина, хлорамфеникола. На фоне медленного снижения результативности ослабляется терапевтический эффект курса.

Относительно цефалоспоринов, тетрациклинового ряда, аминогликозидов, как выяснили ученые, у микроскопических форм жизни антибиотикорезистентность также формируется относительно медленно. Терапевтическая эффективность со сходной скоростью снижается.

Проблема антибиотикорезистентности более всего актуальна при заражении штаммами, от которых должны помочь рифампицин, линко- и олеандомицин, фузидин. К этим соединениям стойкость может сформироваться в течение первого же курса лечения.

Как это происходит?

Механизмы антибиотикорезистентности уже давно привлекают внимание ученых. Если бы удалось взять под контроль эти процессы, проблема стойкости патологических микроорганизмов была бы решена. В настоящее время выявлено, что довольно часто явление наблюдается по причине модификации антимикробного состава. Форма при этом преобразуется в неактивную. К примеру, такое возможно, если микроорганизм генерирует некоторый фермент, вступающий в химическую реакцию с лекарственным соединением.

Классический пример: стафилококк способен продуцировать бета-лактамазу. Это вещество влияет на бета-лактамное пенициллиновое кольцо, размыкая его и делая препарат безопасным для возбудителя болезней.

Многие грамотрицательные формы жизни показывают повышенную стойкость к аминогликозидам. Это объясняется их способностью генерировать фосфорилирующие, ацетилирующие соединения, разрушающие молекулу антимикробного вещества. Также грамотрицательные возбудители могут продуцировать ацетилтрансферазу, которая деактивирует хлорамфеникол.

О механизмах: продолжая тему

Изучая механизмы антибиотикорезистентности микроорганизмов, ученые установили, что возможны такие реакции, в ходе которых трансформируется мишень, влияние антибиотика на которую должно было показать желаемый результат. Протеиновые структуры инактивируются, формируется стойкий комплекс. Выявлено, что на уровне хромосом стойкость к аминогликозидам объясняется трансформацией или изъятием белковой структуры на 30S подъединице хромосомы бактерии, в норме представляющей собой рецептор чувствительности. Стойкость к пенициллиновому ряду, цефалоспоринам объясняется трансформацией пенициллинсвязывающей протеиновой структуры.

Выявляя механизмы формирования антибиотикорезистентности, также обнаружили, что в большом проценте случаев клетка микроба становится менее проницаемой для активного лекарственного средства. К примеру, стрептококкам присущ от природы барьер, через который не могут проходить аминогликозиды. Препараты из тетрациклинового ряда скапливаются только в чувствительных к ним бактериях. При резистентности формы жизни соединения в принципе не могут проникнуть в организм возбудителя.

Развитие стойкости: нюансы процесса

При определении антибиотикорезистентности необходимо анализировать конкретные микроорганизмы не только на возможность продуцирования ферментов, угнетающих активность лекарственного средства. Некоторые бактерии могут формировать соединения, разрушающие антибиотики. В частности, есть такие формы жизни, чья стойкость к циклосерину объясняется выделением аланин-трансферазы.

Еще один тонкий момент - гены антибиотикорезистентности. Известно, что микроскопические формы жизни способны формировать новые механизмы обмена веществ, создавать так называемый метаболический шунт. Это помогает им избегать реакций, на которые влияет лекарственный состав.

В ряде случаев антибиотикорезистентность - это явление, связанное с эффлюксом. Термином принято обозначать процесс активного выведения агрессивного компонента из клетки микроба. Наиболее яркий представитель способных к этому возбудителей заболеваний - синегнойная палочка. Анализ и исследования показали, что резистентные формы этой бактерии способны активно выводить из микробной клетки карбапенемы.

О причинах и механизмах

В настоящее время проблема антибиотикорезистентности в России и в мире становится все масштабнее. Принято выделять генетическую и не являющуюся таковой стойкость патологических форм жизни. Активность бактериальной репликации во многом определяет результативность медикаментозных средств. Неактивные в плане обменных процессов, не размножающиеся бактерии стойки к влиянию лекарственных соединений, а вот потомство будет по-прежнему чувствительным.

Установлено, что микобактерия, провоцирующая туберкулез, продолжительное время (годы) существует в органических тканях зараженного человека. Весь это период бороться с ней с помощью химиотерапии бесполезно - возбудитель стоек к любым препаратам. А вот в момент, когда иммунитет носителя ослабляется, и микобактерия начинает активно размножаться, ее потомство получает чувствительность к лекарственным средствам.

В некоторых случаях потеря антибиотикорезистентности объясняется утерей специфической мишени. Некоторые чувствительные к пенициллиновому ряду микроскопические формы жизни могут трансформироваться в протопласты при поступлении в микроорганизм антибиотика, вследствие чего утрачивается стенка клетки. В будущем микробы вновь могут приобрести чувствительность к тем препаратам, которые угнетают синтез стенки клетки: при возвращении в родительскую форму процессы синтеза должны возобновиться, что и приводит к преодолению антибиотикорезистентности.

О генетике

Генетическая антибиотикорезистентность - это явление, формируемое как итог генетических трансформаций, протекающих в микроскопическом организме. В ряде случаев резистентность объясняется спецификой обмена веществ. Эта форма резистентности подразделяется на две группы: хромосомная и не являющаяся таковой.

Хромосомная резистентность

Это явление может сформироваться как итог случайной мутации в хромосоме бактерии, ответственной за восприимчивость лекарственных препаратов. Антибиотики влияют на некоторые конкретные механизмы, при этом постепенно формируется стойкость. Мутанты обладают абсолютной защитой, под влиянием внешнего фактора рецепторные структуры не перестраиваются.

Как правило, некий узкий хромосомный участок имеет гены, в которых кодируются рецепторы к антимикробным соединениям. Для стрептомицина, к примеру, это протеиновая структура Р12 на 30S подъединице. При генных мутациях, при которых меняются особенности реакций с Р12, появляется стойкость к стрептомицину. Генные мутации могут стать причиной исключения из строения микроорганизма рецептора. Выявлено, что некоторые микроорганизмы стали стойкими к препаратам пенициллинового ряда, поскольку больше не содержат в своей структуре рецепторов, способных воспринимать пенициллин.

Экстра- и внехромосомная стойкость

Развитие таких особенностей объясняется генетическими элементами вне хромосомы. Это могут быть круглые ДНК-молекулы, плазмиды, на долю которых приходится до 3 % всего веса хромосомы. В них есть уникальные гены, гены иных плазмид. Свободные плазмиды находятся в бактериальной цитоплазме либо встраиваются в хромосому. За их счет вредитель обычно получает стойкость к пенициллиновому ряду, цефалоспоринам, так как в генах заложена способность формирования бета-лактамазы. Ими же объясняются ферментные соединения, обеспечивающие ацетилирование, фосфорилирование аминогликозидов. По такой логике возможно развитие стойкости к тетрациклиновому ряду за счет непроницаемости микробной клетки для вещества.

Для передачи генетической информации плазмиды прибегают к процессам изменения, трансдукции, конъюгации, транспозиции.

Возможна перекрестная резистентность. О такой говорят, когда микроскопическая форма жизни получает стойкость к разным средствам, механизмы влияния которых на микробов сходны между собой. Такое в большей степени характерно для препаратов, имеющих подобное химическое строение. В некоторых случаях перекрестное явление характерно и для веществ, чьи химические структуры отличаются достаточно сильно. Характерный пример: эритромицин и линкомицин.

Что делать?

Так как проблема антибиотикорезистентности становится все более актуальной, научное сообщество прикладывает усилия к формированию новых принципов и методов лечения, позволяющих преодолеть сложность. Как правило, пользуются возможностями комбинированной терапии, но ей присущи определенные недостатки, и в первую очередь - повышенная частота побочных эффектов. Позитивный эффект в ряде случаев наблюдается при применении принципиально новых лекарств, показывающих хороший результат при резистентности штаммов к ранее примененным препаратам.

Чтобы стойкость микроорганизмов была преодолена, а эффективность терапевтического курса - повышена, разумно прибегать к проверенным комбинациям средств. Если выявлено заражение формами жизни, производящими бета-лактамазу, следует применять такие препараты, в составе которых есть компоненты, подавляющие активность фермента. К примеру, подобная особенность выявлена у клавулана, тазобактама. Эти вещества имеют довольно слабый антибактериальный эффект, но процесс ингибирования необратим, что позволяет защитить основной антибиотик от фермента. Чаще всего назначают клавулановую кислоту в комбинации с амоксициллином или тикарциллином. В аптеках такие препараты представлены под торговыми названиями «Аугментин» и «Тиментип». Еще один надежный препарат «Уназин» основан на ампициллине, защиту которому обеспечили через сульбактам.

Цена лечения

Нередко при выборе терапии принимают решение об одновременном приеме нескольких типов препаратов, обладающих разными механизмами влияния на патологические формы жизни. Принято говорить, что наиболее эффективный антибиотик - тот, что в минимальном объеме дает достаточный эффект, не провоцируя отрицательных явлений в макроорганизме. В настоящее время идеально соответствующего этому описанию средства в природе просто нет, вместе с желаемым результатом всегда наблюдается отрицательное влияние.

В ряде случаев побочные эффекты достаточно сильны, и это полностью исключает применение антимикробного препарата в соответствии с его предназначением. Как видно из статистических данных, до 40 % всех случаев применения антибиотиков приводят к осложнениям, из которых преимущественная часть (8 случаев из 10) - это аллергические реакции, еще 7 % - отравления. Принята классификация побочных эффектов на аллергические, а также объясняемые эффектом препарата на макроорганизм и влиянием на иммунитет, позитивную микрофлору.

Что поможет?

Поскольку стойкость к разным формам лекарственных средств у микроорганизмов встречается все шире, перед назначением терапевтического курса необходимо прибегнуть к современным методам определения антибиотикорезистентности, дабы подобранная программа показала желаемый эффект и избавила больного от возбудителя. Для проверки предполагаемой эффективности необходимо выделить культуру патологической формы жизни и изучить ее на предмет восприимчивости конкретного препарата. Учитывают, что в лабораторных условиях и при практическом применении результаты могут быть разными. Есть несколько объяснений такому явлению, включая кислотность среды организма, условия культивирования и величину колоний.

Основной метод определения антибиотикорезистентности - проведение лабораторных анализов. В последнее время появились экспресс-тесты для отдельных форм возбудителей.

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.

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.

Вернуться к номеру

Современные взгляды на проблему антибиотикорезистентности и ее преодоление в клинической педиатрии

Известно, что устойчивость к антибиотикам существовала всегда. До сих пор не был (и, вероятно, едва ли когда-нибудь будет) создан антибиотик, эффективный в отношении всех патогенных бактерий.

Резистентность микроорганизмов к антибиотикам может быть истинной и приобретенной. Истинная (природная) устойчивость характеризуется отсутствием у микроорганизмов мишени действия антибиотика или недоступностью мишени вследствие первично низкой проницаемости или ферментативной инактивации. При наличии у бактерий природной устойчивости антибиотики клинически неэффективны.

Под приобретенной устойчивостью понимают свойство отдельных штаммов бактерий сохранять жизнеспособность при тех концентрациях антибиотиков, которые подавляют основную часть микробной популяции. Появление у бактерий приобретенной резистентности не обязательно сопровождается снижением клинической эффективности антибиотика. Формирование резистентности во всех случаях обусловлено генетически — приобретением новой генетической информации или изменением уровня экспрессии собственных генов.

Известны следующие биохимические механизмы устойчивости бактерий к антибиотикам: модификация мишени действия, инактивация антибиотика, активное выведение антибиотика из микробной клетки (эффлюкс), нарушение проницаемости внешних структур микробной клетки, формирование метаболического шунта.

Причины развития устойчивости микроорганизмов к антибиотикам многообразны, среди них значимое место занимают нерациональность, а порой и ошибочность применения препаратов.

1. Необоснованное назначение антибактериальных средств.

Показанием для назначения антибактериального препарата является документированная или предполагаемая бактериальная инфекция. Наиболее распространенная ошибка в амбулаторной практике, наблюдаемая в 30-70 % случаев, — назначение антибактериальных препаратов при вирусных инфекциях.

2. Ошибки в выборе антибактериального препарата.

Антибиотик должен выбираться с учетом следующих основных критериев: спектр антимикробной активности препарата in vitro, региональный уровень резистентности возбудителей к антибиотику, доказанная эффективность в контролируемых клинических исследованиях.

3. Ошибки в выборе режима дозирования антибактериального препарата.

Ошибки в выборе оптимальной дозы антибактериального средства могут заключаться как в недостаточной, так и в избыточной дозе назначенного препарата, а также неправильном выборе интервалов между введениями. Если доза антибиотика недостаточна и не создает в крови и тканях дыхательных путей концентрации, превышающие минимально подавляющие концентрации основных возбудителей инфекции, что является условием эрадикации соответствующего возбудителя, то это становится не только одной из причин неэффективности терапии, но и создает реальные предпосылки для формирования резистентности микроорганизмов.

Неправильный выбор интервалов между введениями антибактериальных препаратов обычно обусловлен не столько сложностями парентерального введения препаратов в амбулаторных условиях или негативным настроем больных, сколько неосведомленностью практических врачей о некоторых фармакодинамических и фармакокинетических особенностях препаратов, которые должны определять режим их дозирования.

4. Ошибки комбинированного назначения антибиотиков.

Одной из ошибок антибактериальной терапии внебольничных респираторных инфекций является необоснованное назначение комбинации антибиотиков. В современной ситуации при наличии широкого арсенала высокоэффективных антибактериальных препаратов широкого спектра показания к комбинированной антибактериальной терапии значительно сужены и приоритет в лечении многих инфекций остается за монотерапией.

5. Ошибки, связанные с длительностью антибактериальной терапии.

В частности, в настоящее время в некоторых случаях проводится необоснованно длительная антибактериальная терапия у детей. Такая ошибочная тактика обусловлена прежде всего недостаточным пониманием цели самой антибактериальной терапии, которая сводится в первую очередь к эрадикации возбудителя или подавлению его дальнейшего роста, т.е. направлена на подавление микробной агрессии.

Кроме указанных ошибок назначения антибактериальных препаратов, развитию антибиотикорезистентности способствует социальная проблема неадекватного доступа к лекарствам, что обусловливает появление на рынке некачественных, но дешевых препаратов, быстрое развитие резистентности к ним и, как следствие, пролонгирование времени болезни.

В целом развитие антибиотикорезистентности микроорганизмов связано с выработанными в ходе эволюции биохимическими механизмами. Различают следующие пути реализации антибиотикорезистентности у бактерий: модификация мишени действия антибиотика, инактивация самого антибиотика, уменьшение проницаемости внешних структур бактериальных клеток, формирование новых метаболических путей и активное выведение антибиотика из бактериальной клетки. Различным бактериям свойственны свои механизмы развития резистентности.

Устойчивость бактерий к бета-лактамным антибиотикам развивается при изменении нормальных пенициллинсвязывающих белков (РВР); обретении способности вырабатывать дополнительные РВР с низким сродством к бета-лактамам; чрезмерной выработке нормальных РВР (РВР-4 и -5) с более низким сродством к бета-лактамным антибиотикам, чем у РВР-1, -2, -3. У грамположительных микроорганизмов цитоплазматическая мембрана относительно порозна и непосредственно прилежит к пептидогликановому матриксу, в связи с чем цефалоспорины достаточно легко достигают РВР. В противоположность этому наружная мембрана грамотрицательных микроорганизмов имеет существенно более сложную конструкцию: состоит из липидов, полисахаридов и белков, что является препятствием для проникновения цефалоспоринов в периплазматическое пространство микробной клетки.

Снижение сродства РВР к бета-лактамным антибиотикам рассматривают как ведущий механизм формирования резистентности Neisseria gonorrhea и S treptococcus pneumoniae к пенициллину. Метициллинрезистентные штаммы Staphylococcus aureus (MRSA) продуцируют РВР-2 (РВР-2а), которые характеризуются значительным снижением аффинности к пенициллиназарезистентным пенициллинам и цефалоспоринам. Способность этих «новых» РВР-2а к замещению эссенциальных РВР (с более высоким сродством к бета-лактамам) в конце концов приводит к формированию устойчивости MRSA ко всем цефалоспоринам.

Безусловно, объективно наиболее клинически значимым механизмом развития устойчивости грамотрицательных бактерий к цефалоспоринам является продукция бета-лактамаз .

Бета-лактамазы широко распространены среди грамотрицательных микроорганизмов, а также продуцируются рядом грамположительных бактерий (стафилококки). На сегодняшний день известно более 200 видов ферментов. В последнее время до 90 % резистентных штаммов бактерий, выделенных в клинике, способны к выработке бета-лактамаз, что и определяет их резистентность.

Не так давно были открыты и так называемые бета-лактамазы расширенного спектра действия, кодируемые плазмидами (extended-spectrum beta-lactamases — ESBL). ESBL происходят из ТЕМ-1, ТЕМ-2 или SHV-1 вследствие точечной мутации в активном центре энзимов и продуцируются преимущественно Klebsiella pneumoniae . Продукция ESBL ассоциируется с высоким уровнем резистентности к азтреонаму и цефалоспоринам ІІІ поколения — цефтазидиму и др.

Продукция бета-лактамаз находится под контролем хромосомных или плазмидных генов, и их выработка может быть индуцирована антибиотиками или опосредована конституциональными факторами в росте и распределении бактериальной резистентности, с которыми плазмиды переносят генетический материал. Гены, кодирующие резистентность к антибиотикам, возникают в результате мутаций либо попадают внутрь микробов извне. Например, при конъюгации устойчивой и чувствительной бактерий гены резистентности могут передаваться с помощью плазмид. Плазмиды — это мелкие генетические элементы в виде заключенных в кольцо нитей ДНК, способные переносить от одного до нескольких генов резистентности не только среди бактерий одного вида, но и среди микробов разных видов.

Помимо плазмид, гены резистентности могут попадать внутрь бактерий с помощью бактериофагов либо захватываться микробами из окружающей среды. В последнем случае носителями генов резистентности являются свободные ДНК погибших бактерий. Впрочем, занос генов резистентности с помощью бактериофагов или захват свободной ДНК, содержащей такие гены, еще не означает, что их новый хозяин стал устойчивым к антибиотикам. Для приобретения резистентности необходимо, чтобы кодирующие ее гены были инкорпорированы в плазмиды или в хромосомы бактерий.

Инактивация бета-лактамных антибиотиков бета-лактамазой на молекулярном уровне представляется следующим образом. В бета-лактамазах есть устойчивые сочетания аминокислот. Эти группы аминокислот образуют полость, в которую бета-лактам входит таким образом, что серин в центре перерезает бета-лактамную связь. В результате реакции свободной гидроксильной группы аминокислоты серина, входящей в активный центр фермента, с бета-лактамным кольцом образуется нестабильный ацилэфирный комплекс, быстро подвергающийся гидролизу. В результате гидролиза высвобождается активная молекула фермента и разрушенная молекула антибиотика.

С практической точки зрения при характеристике бета-лактамаз необходимо учитывать несколько параметров: субстратную специфичность (способность гидролизовать отдельные бета-лактамные антибиотики), чувствительность к действию ингибиторов, локализацию гена.

Общепринятая классификация Richmond и Sykes делит бета-лактамазы на 5 классов в зависимости от воздействия на антибиотики (по данным Ю.Б. Белоусова, выделяется 6 типов). К I классу относят ферменты, расщепляющие цефалоспорины, ко II — пенициллины, к III и IV — различные антибиотики широкого спектра действия. К V классу относят энзимы, которые расщепляют изоксазолилпенициллины. Бета-лактамазы, ассоциированные с хромосомами (I, II, V), расщепляют пенициллины, цефалоспорины, а плазмидассоциированные (III и IV) — пенициллины широкого спектра. В табл. 1 приведена классификация бета-лактамаз по K. Bush.

Отдельные представители семейства Enterobacteriaceae (Enterobacter spp. , Citrobacter freundii , Morganella morganii , Serratia marcescens , Providencia spp.), а также Pseudomonas aeruginosa демонстрируют способность к продукции индуцибельных хромосомных цефалоспориназ, характеризующихся высоким сродством к цефамицинам и цефалоспоринам ІІІ поколения. Индукция или стабильное «дерепрессирование» этих хромосомных бета-лактамаз в период «давления» (применения) цефамицинов или цефалоспоринов ІІІ поколения в итоге приведет к формированию резистентности ко всем доступным цефалоспоринам. Распространение данной формы резистентности увеличивается в случаях лечения инфекций, прежде всего вызываемых Enterobacter cloaceae и Pseudomonas aeruginosa , цефалоспоринами широкого спектра действия.

Хромосомные бета-лактамазы, продуцирующиеся грамотрицательными бактериями, делят на 4 группы. К 1-й группе относят хромосомные цефалоспориназы (I класс ферментов по Richmond — Sykes), 2-я группа энзимов расщепляет цефалоспорины, в частности цефуроксим (цефуроксимазы), к 3-й относят бета-лактамазы широкого спектра активности, к 4-й группе — ферменты, вырабатываемые анаэробами.

Хромосомные цефалоспориназы делятся на два подтипа. К первому относят бета-лактамазы, продуцируемые E.coli , Shigella , P.mirabilis ; в присутствии бета-лактамных антибиотиков они не увеличивают выработку бета-лактамаз. В то же время P.aeruginosae , P.rettgeri , Morganella morganii , E.cloaceae , E.aerogenes , Citrobacter , Serratia spp. могут продуцировать большое количество ферментов в присутствии бета-лактамных антибиотиков (второй подтип).

Для инфекции, вызванной P.aeruginosae , выработка бета-лактамаз не является основным механизмом резистентности, т.е. лишь 4-5 % устойчивых форм обусловлены продукцией плазмид- и хромосомноассоциированных бета-лактамаз. В основном резистентность связана с нарушением проницаемости бактериальной стенки и аномальной структурой ПСП.

Хромосомные цефуроксимазы — низкомолекулярные соединения, активны in vitro против цефуроксима и частично инактивируются клавулановой кислотой. Цефуроксимазы вырабатываются P.vulgaris , P.cepali , P.pseudomallei . Лабильные цефалоспорины первого поколения стимулируют продукцию этого вида бета-лактамаз. Возможна индукция цефуроксимаз и стабильными цефалоспоринами. Клебсиеллы синтезируют хромосомно детерминированные бета-лактамазы IV класса, которые разрушают пенициллин, ампициллин, цефалоспорины первого поколения (бета-лактамазы широкого спектра), а также другие цефалоспорины.

Хромосомные бета-лактамазы грамотрицательных бактерий (Morganella , Enterobacter , Pseudomonas ) более интенсивно вырабатываются в присутствии ампициллина и цефокситина. Однако их выработка и активность подавляются клавулановой кислотой и особенно сульбактамом.

Плазмидассоциированные бета-лактамазы, вырабатываемые грамотрицательными бактериями, в первую очередь кишечной палочкой и P.aeruginosae , определяют подавляющее число внутригоспитальных штаммов, резистентных к современным антибиотикам. Многочисленные ферменты бета-лактамаз инактивируют не только пенициллины, но и пероральные цефалоспорины и препараты первого поколения, а также цефомандол, цефазолин и цефоперазон. Такие ферменты, как PSE-2, OXA-3, гидролизуют и определяют низкую активность цефтриаксона и цефтазидима. Описана стабильность цефокситина, цефотетана и лактамоцефа к ферментам типа SHV-2 и CTX-1.

Поскольку бета-лактамазы играют важную роль в экологии ряда микроорганизмов, они широко распространены в природе. Так, в хромосомах многих видов грамотрицательных микроорганизмов гены бета-лактамаз обнаруживаются в естественных условиях. Очевидно, что внедрение в медицинскую практику антибиотиков коренным образом изменило биологию микроорганизмов. Хотя детали этого процесса неизвестны, можно предполагать, что некоторые из хромосомных бета-лактамаз оказались мобилизованными в состав подвижных генетических элементов (плазмид и транспозонов). Селективные преимущества, которые обеспечивали микроорганизмам обладание этими ферментами, привели к быстрому распространению последних среди клинически значимых патогенов.

К наиболее распространенным ферментам с хромосомной локализацией генов относятся бета-лактамазы класса С (группа 1 по Bush). Гены этих ферментов обнаруживаются в хромосомах практически всех грамотрицательных бактерий. Для бета-лактамаз класса С с хромосомной локализацией генов характерны определенные особенности экспрессии. У некоторых микроорганизмов (например, E.coli) хромосомные бета-лактамазы экспрессируются постоянно, но на очень низком уровне, недостаточном даже для гидролиза ампициллина.

Для микроорганизмов группы Enterobacter , Serratia , Morganella и др. характерен индуцибельный тип экспрессии. При отсутствии в среде антибиотиков фермент практически не вырабатывается, но после контакта с некоторыми бета-лактамами скорость синтеза резко возрастает. При нарушении регуляторных механизмов возможна постоянная гиперпродукция фермента.

Несмотря на то что в настоящее время уже описано более 20 бета-лактамаз класса С, локализованных на плазмидах, эти ферменты еще не получили широкого распространения, однако уже в ближайшем будущем они могут составить реальную клиническую проблему.

Хромосомные бета-лактамазы K.pneumoniae , K.oxytoca , C.diversus и P.vulgaris относятся к классу А, для них также характерны различия в экспрессии. Однако даже в случае гиперпродукции этих ферментов микроорганизмы сохраняют чувствительность к некоторым цефалоспоринам III поколения. Хромосомные бета-лактамазы клебсиелл относят к группе 2be по Bush, а бета-лактамазы C.diversus и P.vulgaris — к группе 2е.

По не совсем понятным причинам мобилизация бета-лактамаз класса А на подвижные генетические элементы происходит эффективнее, чем ферментов класса С. Так, есть все основания предполагать, что широко распространенные среди грамотрицательных микроорганизмов плазмидные бета-лактамазы SHV1 и их производные произошли от хромосомных бета-лактамаз K.pneumoniae .

Исторически первыми бета-лактамазами, вызвавшими серьезные клинические проблемы, были стафилококковые бета-лактамазы (группа 2а по Bush). Эти ферменты эффективно гидролизуют природные и полусинтетические пенициллины, возможен также частичный гидролиз цефалоспоринов I поколения, они проявляют чувствительность к действию ингибиторов (клавуланату, сульбактаму и тазобактаму).

Гены ферментов локализуются на плазмидах, что обеспечивает их быстрое внутри- и межвидовое распро странение среди грамположительных микроорганизмов. Уже к середине 50-х годов в ряде регионов более 50 % штаммов стафилококков продуцировали бета-лактамазы, что привело к резкому снижению эффективности пенициллина. К концу 90-х годов частота продукции бета-лактамаз среди стафилококков практически повсеместно превосходит 70-80 %.

У грамотрицательных бактерий первая плазмидная бета-лактамаза класса А (ТЕМ-1) была описана в начале 60-х годов, вскоре после внедрения в медицинскую практику аминопенициллинов. Благодаря плазмидной локализации генов TEM-1 и две другие бета-лактамазы класса А (TEM-2, SHV-1) в течение короткого времени распространились среди представителей семейства Enterobacteriaceae и других грамотрицательных микроорганизмов практически повсеместно.

Перечисленные ферменты получили название бета-лактамаз широкого спектра. По классификации Bush бета-лактамазы широкого спектра относятся к группе 2b. Практически важными свойствами бета-лактамаз широкого спектра являются следующие:

— цефалоспорины III-IV поколения и карбапенемы устойчивы к ним;

— способность гидролизовать природные и полусинтетические пенициллины, цефалоспорины I поколения, частично цефоперазон и цефамандол;

Период с конца 60-х и до середины 80-х годов отмечен интенсивным развитием бета-лактамных антибиотиков, в практику были внедрены карбокси- и уреидопенициллины, а также цефалоспорины трех поколений. По уровню и спектру антимикробной активности, а также по фармакокинетическим характеристикам эти препараты существенно превосходили аминопенициллины. Большинство цефалоспоринов II и III поколения, кроме того, оказались устойчивыми к бета-лактамазам широкого спектра.

В течение некоторого времени после внедрения в практику цефалоспоринов II-III поколений приобретенной устойчивости к ним среди энтеробактерий практически не отмечали. Однако уже в начале 80-х годов появились первые сообщения о штаммах с плазмидной локализацией детерминант устойчивости к этим антибиотикам. Достаточно быстро было установлено, что эта устойчивость связана с продукцией микроорганизмами ферментов, генетически связанных с бета-лактамазами широкого спектра (TEM‑1 и SHV-1), новые ферменты получили название бета-лактамаз расширенного спектра (БЛРС).

Первым идентифицированным ферментом расширенного спектра была бета-лактамаза ТЕМ-3. К настоящему времени известно около 100 производных фермента ТЕМ-1. Чаще всего бета-лактамазы ТЕМ-типа встречаются среди E.coli и K.pneumoniae , однако их обнаружение возможно практически среди всех представителей Enterobacteriaceae и ряда других грамотрицательных микроорганизмов.

По классификации Bush бета-лактамазы ТЕМ- и SHV-типа относятся к группе 2be. Практически важными свойствами БЛРС являются следующие:

— способность гидролизовать цефалоспорины I-III и в меньшей степени IV поколения;

— карбапенемы устойчивы к гидролизу;

— цефамицины (цефокситин, цефотетан и цефметазол) устойчивы к гидролизу;

— чувствительность к действию ингибиторов;

— плазмидная локализация генов.

Среди бета-лактамаз TEM- и SHV-типа описаны ферменты со своеобразным фенотипом. Они не чувствительны к действию ингибиторов (клавуланата и сульбактама, но не тазобактама), однако их гидролитическая активность в отношении большинства бета-лактамов ниже, чем у ферментов-предшественников. Ферменты, получившие название «ингибиторустойчивые ТЕМ» (inhibitor-resistant TEM — IRT), включены в группу 2br по классификации Bush. На практике микроорганизмы, обладающие этими ферментами, проявляют высокую устойчивость к защищенным бета-лактамам, но лишь умеренно устойчивы к цефалоспоринам I-II поколения и чувствительны к цефалоспоринам III-IV поколения. Следует, однако, отметить, что у отдельных бета-лактамаз сочетаются устойчивость к ингибиторам и расширенный спектр гидролитической активности.

К ферментам, количество представителей которых в последние годы достаточно быстро увеличивается, относятся бета-лактамазы СТХ-типа (цефотаксимазы), которые представляют собой четко очерченную группу, отличающуюся от других ферментов класса А. Предпочтительным субстратом указанных ферментов, в отличие от ТЕМ- и SHV-производных, является не цефтазидим или цефподоксим, а цефотаксим. Цефотаксимазы обнаруживают у различных представителей Enterobacteriaceae (преимущественно у E.coli и Salmonella enterica ) в географически отдаленных регионах земного шара. В то же время в Восточной Европе описано распространение клонально-родственных штаммов Salmonella typhimurium , продуцирующих фермент CTX-M4. По классификации Bush бета-лактамазы СТХ-типа относятся к группе 2be. Происхождение ферментов СТХ-типа неясно. Значительная степень гомологии обнаруживается с хромосомными бета-лактамазами K.oxytoca , C.diversus , P.vulgaris , S.fonticola . Недавно была установлена высокая степень гомологии с хромосомной бета-лактамазой Kluyvera ascorbata .

Известен также ряд редко встречающихся ферментов, относящихся к классу А и обладающих фенотипом, характерным для БЛРС (способностью гидролизовать цефалоспорины III поколения и чувствительностью к ингибиторам). Эти ферменты (BES-1, FEC-1, GES-1, CME-1, PER-1, PER-2, SFO-1, TLA-1 и VEB-1) выделяли у ограниченного количества штаммов различных видов микроорганизмов в различных регионах мира от Южной Америки до Японии. Перечисленные ферменты различаются по предпочтительным субстратам (отдельные представители цефалоспоринов III поколения). Большинство из этих ферментов были описаны после публикации работы Bush и соавт., в связи с чем их положение в классификации не определено.

К БЛРС относят также ферменты класса D. Их предшественники, бета-лактамазы широкого спектра, гидролизующие преимущественно пенициллин и оксациллин, слабо чувствительны к ингибиторам, распространены в основном в Турции и Франции среди P.aeruginosa . Гены этих ферментов, как правило, локализованы на плазмидах. Большинство ферментов, демонстрирующих фенотип расширенного спектра (преимущественный гидролиз цефотаксима и цефтриаксона — ОХА-11, -13, -14, -15, -16, -17, -8, -19, -28), происходят от бета-лактамазы ОХА-10. По классификации Bush бета-лактамазы ОХА-типа относятся к группе 2d.

Bush выделяет еще несколько групп ферментов, существенно различающихся по свойствам (в том числе и по спектру действия), но обычно не рассматриваемых как бета-лактамазы расширенного спектра. Для ферментов из группы 2с преимущественными субстратами являются пенициллины и карбенициллин, они встречаются среди P.aeruginosa , Aeromonas hydrophilia , Vibrio cholerae , Acinetobacter calcoaceticus и некоторых других грамотрицательных и грамположительных микроорганизмов, гены чаще локализованы на хромосомах.

Для ферментов группы 2е преимущественным субстратом являются цефалоспорины, в качестве типичного примера рассматривают хромосомные индуцибельные цефалоспориназы P.vulgaris . Бета-лактамазы этой группы описывают также у Bacteroides fragilis и, реже, у других микроорганизмов.

В группу 2f входят редкие ферменты класса А, способные гидролизовать большинство бета-лактамов, включая карбапенемы. Livermore относит эти ферменты к бета-лактамазам расширенного спектра, другие авторы — нет.

Кроме перечисленных бета-лактамаз необходимо упомянуть о двух последних группах ферментов, включенных в классификацию Bush. К ферментам группы 3 относятся редкие, но потенциально крайне важные металло-бета-лактамазы класса В, закономерно обнаруживаемые среди Stenotrophomonas maltophilia и редко встречающиеся у других микроорганизмов (B.fragilis , A.hydrophila , P.aeruginosa и др.). Отличительной особенностью этих ферментов является способность гидролизовать карбапенемы. В группу 4 включены плохо изученные пенициллиназы P.aeruginosa , подавляемые клавулановой кислотой.

Частота распространения БЛРС значительно варьирует в отдельных географических регионах. Так, по дан ным многоцентрового исследования MYSTIC, в Европе наибольшую частоту распространения БЛРС стабильно отмечают в России и Польше (более 30 % среди всех изученных штаммов энтеробактерий). В отдельных лечебных учреждениях РФ частота продукции БЛРС среди Klebsiella spp. превышает 90 %. В зависимости от специфики лечебного учреждения наиболее распространенными в нем могут быть различные механизмы устойчивости (метициллинрезистентность, устойчивость к фторхинолонам, гиперпродукция хромосомных бета-лактамаз и др.).

БЛРС, как уже было сказано, обладают широким спектром активности, в той или иной степени они гидролизуют практически все бета-лактамные антибиотики, за исключением цефамицинов и карбапенемов.

Однако наличие у микроорганизма детерминанты устойчивости к какому-либо антибиотику далеко не всегда означает клиническую неудачу при лечении этим препаратом. Так, имеются сообщения о высокой эффективности цефалоспоринов III поколения при лечении инфекций, вызванных штаммами, продуцирующими БЛРС.

Во всем мире с целью повышения эффективности и безопасности антибактериальных и противовирусных средств и предотвращения развития антибиотикорезистентности создаются общества и ассоциации, принимаются декларации, разрабатываются образовательные программы по рациональной антибиотикотерапии. К важнейшим из них относятся:

— «План деятельности общественного здравоохранения по борьбе с антибиотикорезистентностью», предложенный Американским обществом микробиологов и рядом ведомств США, 2000 г.;

— «Глобальная стратегия ВОЗ по сдерживанию антибиотикорезистентности», 2001 г.

Кроме того, в Канаде (2002) была принята Всемирная декларация по борьбе с антимикробной резистентностью, в которой указывается, что резистентность к антибиотикам коррелирует с их клинической неэффективностью, она создается человеком, и только человек может решить эту проблему, а необоснованное применение антибиотиков населением, неправильные представления и недооценка проблемы резистентности врачами и фармацевтами, назначающими антибиотики, может привести к распространению резистентности.

В нашей стране в 2002 году, согласно приказу МЗ Украины № 489/111 от 24.12.2002 г., была создана комиссия по контролю за рациональным использованием антибактериальных и противовирусных средств.

Основными задачами при изучении антибиотикочувствительности и антибиотикорезистентности являются следующие:

— разработка локальных и региональных стандартов профилактики и терапии госпитальных и внебольничных инфекций;

— обоснование мероприятий по ограничению распространения антибиотикорезистентности в госпитальных условиях;

— выявление начальных признаков формирования новых механизмов устойчивости;

— выявление закономерностей глобального распространения отдельных детерминант резистентности и разработка мероприятий по его ограничению.

— осуществление долговременного прогноза распространения отдельных механизмов устойчивости и обоснование направлений разработки новых антибактериальных препаратов.

Антибиотикорезистентность и антибиотикочувствительность исследуют как «точечными» методами (в пределах одного учреждения, района, государства), так и посредством динамических наблюдений за распространением резистентности.

Достаточно сложно сравнивать данные, полученные с использованием коммерческих систем оценки антибиотикочувствительности различных изготовителей. Еще больше осложняет ситуацию наличие различных национальных критериев чувствительности. Так, только среди стран Европы национальные критерии чувствительности существуют во Франции, Великобритании, Германии и ряде других. В отдельных учреждениях и лабораториях методики забора материала и оценки клинической значимости изолятов часто значительно различаются.

Однако следует заметить, что использование антибиотика не всегда ведет к антибиотикорезистентности (свидетельство тому — чувствительность Enterococcus faecalis к ампициллину, не изменяющаяся на протяжении десятилетий) и тем более не зависит от длительности применения (резистентность может развиться в течение первых двух лет его применения или даже на стадии клинических испытаний).

Существует несколько путей преодоления резистентности бактерий к антибиотикам. Один из них — это защита известных антибиотиков от разрушения ферментами бактерий или от удаления из клетки посредством мембранных насосов. Так появились «защищенные» пенициллины — комбинации полусинтетических пенициллинов с ингибиторами бактериальных бета-лактамаз. Имеется целый ряд соединений, которые подавляют продукцию бета-лактамаз, часть из них нашли свое применение в клинической практике:

— клавулановая кислота;

— пенициллановые кислоты;

— сульбактам (сульфон пенициллановой кислоты);

— 6-хлорпенициллановая кислота;

— 6-йодпенициллановая кислота;

— 6-бромпенициллановая кислота;

— 6-ацетилпенициллановая кислота.

Различают два типа ингибиторов бета-лактамаз. К первой группе относят антибиотики, устойчивые к действию ферментов. Такие антибиотики помимо антибактериальной активности обладают ингибиторными свойствами в отношении бета-лактамаз, которые проявляются при высокой концентрации антибиотиков. К ним относят метициллин и изоксазолилпенициллины, моноциклические бета-лактамы типа карбапенема (тиенамицин).

Вторую группу составляют ингибиторы бета-лактамаз, проявляющие в низких концентрациях ингибиторную активность, а в высоких — обладающие антибактериальными свойствами. Примером может служить клавулановая кислота, галогенизированные пенициллановые кислоты, сульфон пенициллановой кислоты (сульбактам). Клавулановая кислота и сульбактам блокируют гидролиз пенициллина стафилококками.

Наиболее широко используют в качестве ингибиторов бета-лактамаз клавулановую кислоту и сульбактам, обладающие гидролитической активностью. Сульбактам блокирует бета-лактамазы II, III, IV и V классов, а также хромосомноопосредованный I класс цефалоспориназ. Аналогичными свойствами обладает клавулановая кислота. Различие между препаратами состоит в том, что в гораздо меньших концентрациях сульбактам блокирует образование хромосомноопосредованных бета-лактамаз, а клавулановая кислота — плазмидассоциированных ферментов. Причем на ряд лактамаз сульбактам оказывает необратимое ингибиторное воздействие. Включение в среду ингибитора бета-лактамаз клавулановой кислоты повышает чувствительность пенициллинрезистентных стафилококков с 4 до 0,12 мкг/мл.

Перспективными подходами к преодолению резистентности бактерий к антибиотикам представляются также применение комбинаций антибиотиков; проведение целевой и узконаправленной антибактериальной терапии; синтез новых соединений, относящихся к известным классам антибиотиков; поиск принципиально новых классов антибактериальных препаратов.

В целях профилактики развития устойчивости микроорганизмов к лекарственным средствам необходимо руководствоваться следующими принципами:

1. Проводить терапию с применением антибактериальных препаратов в максимальных дозах до полного преодоления болезни (особенно в тяжелых случаях); предпочтительный способ введения препаратов — парентеральный (с учетом локализации процесса).

2. Периодически заменять широко применяемые препараты недавно созданными или редко назначаемыми (резервными).

3. Теоретически оправданно комбинированное использование ряда препаратов.

4. Препараты, к которым у микроорганизмов развивается устойчивость стрептомицинового типа, не следует назначать в виде монотерапии.

5. Не заменять один антибактериальный препарат на другой, к которому существует перекрестная устойчивость.

6. К антибактериальным препаратам, назначаемым профилактически или наружно (особенно в аэрозольной форме), быстрее вырабатывается устойчивость, чем при их парентеральном введении или приеме внутрь. Местное применение антибактериальных препаратов должно быть сведено к минимуму. При этом используются, как правило, агенты, не применяемые для системного лечения и с низким риском быстрого развития устойчивости к ним.

7. Проводить оценку вида антибактериального препарата (примерно один раз в год), который чаще всего применялся для лечебных целей, и анализ результатов лечения. Следует различать антибактериальные препараты, применяемые наиболее часто и в тяжелых случаях, резервные и глубокого резерва.

8. Систематизировать заболевания в зависимости от локализации очага воспаления и тяжести состояния больного; выделить антибактериальные препараты для применения в соответствующей области (органе или ткани) и для использования в исключительно тяжелых случаях, причем на их применение обязательно разрешение компетентных лиц, специально занимающихся антибактериальной терапией.

9. Оценивать периодически вид возбудителя и устойчивость штаммов микроорганизмов, циркулирующих в больничной среде, намечать меры борьбы для предупреждения внутрибольничной инфекции.

10. При бесконтрольном применении антибактериальных средств усиливается вирулентность возбудителей инфекции и возникают формы, устойчивые к лекарственным средствам.

11. Ограничить применение в пищевой промышленности и ветеринарии тех препаратов, которые используются для лечения людей.

12. В качестве способа снижения резистентности микроорганизмов рекомендуется применение препаратов с узким спектром действия.

ДЕКЛАРАЦИЯ

по борьбе с антимикробной резистентностью, принятая на Всемирном дне резистентности (16 сентября 2000 г., Торонто, Онтарио, Канада)

Мы нашли врага, и враг — это мы.

Признали:

1. Антимикробные препараты (АП) — это невосстановимые ресурсы.

2. Резистентность коррелирует с клинической неэффективностью.

3. Резистентность создается человеком, и только человек может решить эту проблему.

4. Антибиотики — это социальные препараты.

5. Избыточное применение АП населением, неправильные представления и недооценка проблемы резистентности врачами и фармацевтами, назначающими АП, ведут к распространению резистентности.

6. Применение АП в сельском хозяйстве и ветеринарии способствует накоплению резистентности в окружающей среде.

Действия:

1. Мониторинг резистентности и эпидемиологический надзор должны стать рутинными как в поликлинике, так и в стационаре.

2. Во всем мире должно быть прекращено применение антибиотиков в качестве стимуляторов роста в животноводстве.

3. Рациональное применение АП является основным мероприятием по снижению резистентности.

4. Создание образовательных программ для врачей и фармацевтов, назначающих АП.

5. Разработка новых АП.

Предложения:

1. Необходимо создание специализированных институтов для внедрения новых АП и осуществления контроля за развитием резистентности.

2. Должны быть созданы комитеты по контролю за АП как во всех лечебных учреждениях, в которых назначаются АП, так и в странах и регионах для разработки и внедрения политики их применения.

3. Должны быть пересмотрены продолжительность лечения и режимы дозирования АП в соответствии со структурой резистентности.

4. Целесообразно проводить исследования для определения наиболее активного препарата в группах антибиотиков для контроля за развитием резистентности.

5. Необходимо пересмотреть подходы к применению АП с профилактической и лечебной целью в ветеринарии.

7. Разработка антибиотиков, специфично действующих на патогены или тропных к различным органам и системам человеческого организма.

9. Больше внимания уделять просветительской работе среди населения.

Глобальная стратегия ВОЗ по сдерживанию резистентности к антимикробным препаратам

11 сентября 2001 г. Всемирная организация здравоохранения опубликовала Глобальную стратегию по сдерживанию резистентности к противомикробным препаратам. Эта программа направлена на обеспечение гарантий эффективности таких жизненно важных препаратов, как антибиотики, не только для нынешнего поколения людей, но и в будущем. Без согласованных действий всех стран многие великие открытия, сделанные учеными-медиками за последние 50 лет, могут утратить свое значение из-за распространения антибиотикорезистентности.

Антибиотики являются одним из наиболее значительных открытий ХХ века. Благодаря им стало возможно лечить и вылечивать те заболевания, которые ранее были смертельными (туберкулез, менингит, скарлатина, пневмония). Если человечество не сможет защитить это величайшее достижение медицинской науки, оно вступит в постантибиотическую эру.

За последние 5 лет более чем 17 млн долларов было потрачено фармацевтической промышленностью на исследования и разработку лекарственных средств, применяемых для лечения инфекционных заболеваний. Если резистентность микроорганизмов к лекарственным средствам будет развиваться быстро, большинство этих инвестиций могут быть потеряны.

Стратегия ВОЗ по сдерживанию резистентности к противомикробным препаратам касается всех, кто в той или иной мере имеет отношение к применению или назначению антибиотиков, — от пациентов до врачей, от административных работников больниц до министров здравоохранения. Эта стратегия — результат 3-летней работы экспертов ВОЗ и сотрудничающих организаций. Она направлена на содействие разумному применению антибиотиков с целью минимизировать резистентность и дать возможность следующим поколениям применять эффективные антимикробные препараты.

Информированные пациенты смогут не оказывать давления на врачей, чтобы последние назначали им антибиотики. Образованные врачи будут назначать только те лекарственные средства, которые действительно требуются для лечения пациента. Административные работники больниц смогут проводить на местах детальное мониторирование эффективности лекарственных средств. Министры здравоохранения смогут сделать так, чтобы большинство действительно необходимых препаратов было доступно для использования, в то время как неэффективные препараты не применялись.

Использование антибиотиков в пищевой промышленности также способствует росту антибиотикорезистентности. На сегодняшний день 50 % всех производимых антибиотиков применяется в сельском хозяйстве не только для лечения больных животных, но и в качестве стимуляторов роста крупного рогатого скота и птиц. Устойчивые микроорганизмы могут передаваться от животных к человеку. Для предотвращения этого ВОЗ рекомендует последовательность действий, включая обязательное выписывание рецепта на все антибиотики, применяемые для лечения животных, и снятие с производства антибиотиков, использующихся в качестве стимуляторов роста.

Антибиотикорезистентность — естественный биологический процесс. Сейчас мы живем в мире, где антибиотикорезистентность быстро р аспространяется и растет число жизненнонеобходимых препаратов, которые становятся неэффективными. В настоящее время резистентность микроорганизмов зарегистрирована к антибиотикам, применяемым для лечения менингита, заболеваний, передающихся половым путем, госпитальных инфекций и даже к новому классу антиретровирусных препаратов, применяемых для лечения ВИЧ-инфекции. Во многих странах микобактерии туберкулеза резистентны как минимум к двум среди наиболее эффективных препаратов, применяемых для лечения туберкулеза.

Это проблема в одинаковой степени касается как высокоразвитых и индустриальных, так и развивающихся стран. Избыточное применение антибиотиков во многих развитых странах, недостаточная продолжительность курса лечения у бедных — в конечном счете создается одинаковая угроза для человечества в целом.

Антибиотикорезистентность — глобальная проблема. Нет страны, которая могла бы позволить себе игнорировать ее, и нет страны, которая могла бы не отвечать на нее. Только одновременно проводимые действия по сдерживанию роста антибиотикорезистентности в каждой отдельной стране смогут дать положительные результаты во всем мире.

Список литературы

1. Антибактериальная терапия: Практическое руководство / Под ред. Л.С. Страчунского, Ю.Б. Белоусова, С.Н. Козлова. — М.: РЦ «Фармединфо», 2000.

2. Белоусов Ю.Б., Моисеев В.С., Лепахин В.К. Клиническая фармакология и фармакотерапия: Руководство для врачей. — M., 1997.

3. Березняков И.Г. Резистентность микробов к антибиотикам // Клиническая антибиотикотерапия. — 1999. — № 1 (1).

4. Волосовец А.П., Кривопустов С.П. Цефалоспорины в практике современной педиатрии. — Харьков: Прапор, 2007. — 184 с.

5. Посохова К.А., Вікторов О.П. Антибіотики (властивості, застосування, взаємодія): Навч. посібник. — Тернопіль: ТДМУ, 2005.

6. Практическое руководство по антиинфекционной химиотерапии / Под ред. Л.С. Страчунского, Ю.Б. Белоусова, С.Н. Козлова. — М.: Боргес, 2002.

7. Яковлев С.В. Антимикробная химиотерапия. — М.: АО «Фармарус», 1997.

8. Bush К. Characterization of beta-lactamases // Antimicrob. Agents Chemother. — 1989. — 33.

9. Fridkin S.K., Gaynes R.P. Antimicrobial resistance in intensive care units // Clinics in Chest Medicine. — 1999. — 20.

10. Guide to Antimicrobial Therapy / J.A. Sanford et al. (Ежегодный справочник).

11. Jacoby G.A., Medeiros A.A. More extended-spectrum beta-lactamases // Antimicrob. Agents Chemother. — 1991. — 35.

12. Klugman K.P. Pneumococcal resistance to antibiotics // Clin. Microbiol. Rev. — 1990. — V. 3.

13. Livermore D.M. Mechanisms of resistance to beta-lactam antibiotics // J. Infect. Dis. — 1991. — 78 (suppl.).

14. McGowan J.E.J. Antimicrobial resistance in hospital organisms and its relation to antibiotic use // Rev. Infect. Dis. — 1983. — V. 5 (6).

15. Norrby S.R. Antibiotic resistance: a self-inflicted problem // J. Intern. Med. — 1996. — V. 239.

16. Poole К. Bacterial multidrug resistance — emphasis on efflux mechanisms and Pseudomonas aeruginosa // J. Antimicrob. Chemother. — 1994. — 34.

17. Red Book. Report of the Committee on Infectious Diseases / American Academy of Pediatrics (Ежегодное издание).

18. The Rational Use of Drugs. Report of the Conference of Experts. Nairobi, November 25-29. — Geneva: WHO, 1987.

19. Tipper D.J. Mode of action of beta-lactam antibiotics // Pharmacol. Ther. — 1985. — 27.

20. World Health Organization. Management of the child with a serious infection or severe malnutrition: guidelines for care at the first-referral level in developing countries. — Geneva, 2000.

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.