Стійкість до антибіотиків: чому бактерії стають все більш живучими. Роздуми клініциста про стійкість мікробів до антибіотиків Що означає стійкий до антибіотиків

Стійкість мікроорганізмів до дії антибіотиків спричинена кількома причинами. Здебільшого вони зводяться до наступних. По-перше, у будь-якій сукупності мікроорганізмів, що співіснують на певному ділянці субстрату, зустрічаються природно стійкі до антибіотиків варіанти (приблизно одна особина на мільйон). При дії антибіотика на популяцію основна маса клітин гине (якщо антибіотик має бактерицидну дію) або припиняє розвиток (якщо антибіотик має бактеріостатичну дію). У той же час стійкі до антибіотика поодинокі клітини продовжують безперешкодно розмножуватися. Стійкість до антибіотика цими клітинами передається у спадок, даючи початок новій стійкій до антибіотика популяції. У разі відбувається селекція (відбір) стійких варіантів з допомогою антибіотика. По-друге, у чутливих до антибіотика мікроорганізмів може йти процес адаптації (пристосування) до шкідливого впливу антибіотичної речовини. У цьому випадку може спостерігатися, з одного боку, заміна одних ланок обміну речовин мікроорганізму, природний перебіг яких порушується антибіотиком, іншими ланками, які не піддаються дії препарату. При цьому мікроорганізм також не пригнічуватиметься антибіотиком. З іншого боку, мікроорганізми можуть почати посилено виробляти речовини, що руйнують молекулу антибіотика, тим самим нейтралізуючи його дію. Наприклад, ряд штамів стафілококів і спороносних бактерій утворює фермент пеніциліназ, що руйнує пеніцилін з утворенням продуктів, що не мають антибіотичної активності. Це називається ензиматичної інактивацією антибіотиків.

Основні шляхи подолання стійкості мікроорганізмів до антибіотиків, що знижує ефективність лікування, такі:

пошук та впровадження у практику нових антибіотиків, а також отримання похідних відомих антибіотиків;

застосування для лікування одного, а одночасно кількох антибіотиків з різним механізмом дії; у цих випадках одночасно пригнічуються різні процеси обміну речовин мікробної клітини, що веде до швидкої її загибелі та значною мірою ускладнює розвиток стійкості у мікроорганізмів; застосування комбінації антибіотиків із іншими хіміотерапевтичними препаратами. Наприклад, поєднання стрептоміцину з парааміносаліцилової кислотою (ПАСК) та фтивазидом різко підвищує ефективність лікування туберкульозу;

пригнічення дії ферментів, що руйнують антибіотики (наприклад, дію пеніциліназ можна придушити кристалвіолетом);

звільнення стійких бактерій від факторів множинної лікарської стійкості (R-факторів), для чого можна використовувати деякі барвники.

11. Будова бактеріофага. Взаємодія бактеріофага з мікробною клітиною. Практичне використання бактеріофагів.

Бактеріофаг, як і всі Т-парні коліфаги, відноситься до складних вірусів, тобто він складається з ікосаедричної головки діаметром 650 Å, довжиною 950 Å і відростка, або хвоста. У капсиді головки знаходиться щільно упакована дволанцюжкова лінійна ДНК та фермент транскриптаза у неактивному стані. Відросток фага має складну будову. У ньому розрізняють порожнистий стрижень, покритий скоротливим чохлом, який закінчується базальною платівкою із шипами та нитками. Усі структури відростка мають білкову природу. В області базальної платівки знаходиться фермент – бактеріофаговий лізоцим, здатний руйнувати муреїн клітинної стінки бактерій. Тут є АТФаза, яка регенерує енергію для скорочення чохла відростка бактеріофага.

Залежно від форми зрілих фагових частинок розрізняють такі морфологічні типи бактеріофагів:

Складаються з ікосаедричної головки та спірального хвоста зі скоротливим чохлом (Т-парні коліфаги);

Ті, що складаються з ікосаедричної головки і довгого гнучкого нескоротного відростка (коліфаги Т1 і Т5);

Нитчасті бактеріофаги (коліфаг fd);

Складаються з ікосаедричної головки з коротким нескоротним відростком (коліфаги Т3 і Т7, фаг Р22 бактерій Salmonella typhimurium).

Залежно від особливостей розмноження у чутливій клітині бактеріофаги поділяються на дві групи: вірулентні та помірні. Вірулентні фаги завжди лізують заражені ними бактерії та мають лише один шлях розвитку – літичний цикл. Помірні фаги можуть поводитися двояко: після проникнення в клітину нуклеїнова ки-

слота фага або залучається в літичний цикл, або вступає з клітиною-хазяїном у свого роду симбіотичні відносини, тобто вбудовується в хромосому бактеріальної клітини і перетворюється на профаг, передаючись

всьому потомству цієї клітини (лізогенний шлях). Бактерії, що містять профаг, називаються лізогенними.

Під резистентністю мікроорганізмів до антибактеріальних засобів розуміють збереження їхньої здатності до розмноження у присутності таких концентрацій цих речовин, що створюються при введенні терапевтичних доз.

Ще на початку розвитку хіміотерапії щодо дії трипанового синього на трипаносоми П. Ерліх помічав появу резистентних форм мікроорганізмів до даного барвника. У міру розширення арсеналу хіміопрепаратів зростала кількість повідомлень про такі спостереження. Так, після початку широкого застосування сульфаніламідних препаратів відмічено появу численних штамів бактерій, які легко витримували терапевтичні концентрації даних препаратів.

Антибіотикорезистентні бактерії виникли і почали поширюватися одразу після впровадження антибіотиків у клінічну практику. Як тривожний сигнал пролунали повідомлення про появу та поширення пеніцилінорезистентних стафілококів. В даний час повсюдно зростає кількість лікарських форм бактерій. Так, частота виявлення пеніциліностійких стафілококів доходить до 90-98%, стрептоміциностійких - 60-70% і вище, резистентність шигел до ампіциліну досягає 90% і більше, до тетрацикліну і стрептоміцину - 54% і т.д. бактерій, рідше в інших мікроорганізмів (спірохет, рикетсії, хламідій, мікоплазм, дріжджоподібних грибів).

Механізми резистентності мікроорганізмів до антибіотиків та інших хіміотерапевтичних препаратівскладні та різноманітні. В основному вони пов'язані з такими причинами:

1) перетворенням активної форми антибіотика на неактивну форму шляхом ферментативної інактивації та модифікації;

2) втратою проникності клітинної стінки для певного хіміотерапевтичного препарату;

3) порушеннями у системі специфічного транспорту даного препарату до бактеріальної клітини;

4) виникненням у мікроорганізмів альтернативного шляху утворення життєво важливого метаболіту, який замінює основний шлях, блокований препаратом.

Типи стійкості бактерій до антибіотиків

Механізми резистентності можуть бути поділені на первинніі придбані.

До первинних механізмів належать ті, що пов'язані з відсутністю «мішені» для дії цього препарату; до набутих – зміною «мішені» внаслідок модифікацій, мутацій, рекомбінацій. У першому випадку йдеться про природну (видову) резистентність, наприклад у мікоплазм до пеніциліну через відсутність у них клітинної стінки. Однак найчастіше резистентність до хіміотерапевтичних препаратів, у тому числі антибіотиків, набуває мікробних клітин з генами резистентності (г-гени), які вони отримують у процесі своєї життєдіяльності від інших клітин даної або сусідньої популяції. При цьому найбільш ефективно та з високою частотою r-гени передаються плазмідами та транспозонами (див. 6.2). Один транспозон передає резистентність лише до одного препарату. Плазміди можуть нести кілька транспозонів, що контролюють резистентність до різних хіміотерапевтичних препаратів, у результаті формується множинна резистентність бактерій до різних препаратів.

Стійкість до антибіотиків бактерій, грибів та найпростіших також виникає внаслідок мутацій у хромосомних генах, що контролюють утворення структурних та хімічних компонентів клітини, які є «мішенню» для дії препарату. Так, наприклад, резистентність дріжджоподібних грибів роду Candida до ністатину та леворину може бути пов'язана з мутаційними змінами цитоплазматичної мембрани.

Біохімічні механізми резистентності бактерій до бета-лактамних антибіотиків різноманітні. Вони можуть бути пов'язані з індуцибельним синтезом бета-лактамази, змінами в пеніцилінозв'язуючих білках та інших «мішенях». Описано близько 10 пеніцилінозв'язуючих білків - ферментів, що беруть участь у синтезі бактеріальної клітинної стінки. Крім того, резистентність до ампіциліну та карбеніциліну можна пояснити зниженням проникності зовнішньої мембрани грамнегативних бактерій. Розвиток того чи іншого типу резистентності визначається хімічною структурою антибіотика та властивостями бактерій. У того самого виду бактерій можуть існувати кілька механізмів резистентності.

Механізм швидкого розвитку резистентності до нових цефалоспоринів, стійким до дії цефалоспориназ, залежить від утворення комплексу антибіотика з індуцибельними латамазами. При цьому гідролізу антибіотика не відбувається. Такий механізм виявлено у протеїв.

Біохімічні механізми набутої резистентності до аміноглікозидних антибіотиків та левоміцетину пов'язані зі здатністю бактерій утворювати ферменти (ацетилтрансферазу, аденілтрансферазу, фосфотрансферазу), які викликають відповідно ацетилювання, аденілювання або фосфорилювання даних антибіотиків. Стійкість до тетрацикліну обумовлена ​​головним чином специфічним придушенням транспорту даного антибіотика до бактеріальних клітин тощо.

Таким чином, відбувається утворення окремих резистентних особин у бактеріальній популяції. Їхня кількість вкрай незначна. Так, одна клітина, що мутувала (спонтанна мутація), стійка до якого-небудь хіміотерапевтичного препарату, припадає на 10 5 -10 9 інтактних (чутливих) клітин. Передача г-генів з плазмідами та транспозонами підвищує кількість резистентних особин у популяції на кілька порядків. Проте загальна кількість лікарсько-резистентних бактерій у популяції залишається дуже низьким.

Формування лікарськостійких бактеріальних популяцій відбувається шляхом селекції. При цьому як селективний фактор виступає лише відповідний хіміотерапевтичний препарат, селективна дія якого полягає у придушенні розмноження величезної більшості чутливих до нього бактерій.

Масовій селекції та поширенню антибіотикорезистентних бактеріальних популяцій сприяють багато факторів. Наприклад, безконтрольне та нераціональне застосування антибіотиків для лікування та особливо для профілактики різних інфекційних захворювань без достатніх до того підстав, а також використання харчових продуктів (м'ясо свійських птахів та ін), що містять антибіотики (тетрациклін), та інші фактори.

Перший тип - природна стійкістьяка визначається властивостями даного виду або роду мікроорганізмів. (Стійкість грамнегативних бактерій до бензилпеніциліну, бактерій – до протигрибкових, грибів – до антибактеріальних препаратів).

Другий тип - набута стійкість.

Вона може бути первинної і вторинної .

Термін "набута стійкість" застосовують у випадках, коли у чутливій до цього препарату популяції мікроорганізмів знаходять резистентні варіанти. Вона виникає в основному в результаті мутацій, що відбуваються в геномі клітини.

Первинна стійкість (як наслідок мутації) виявляється у окремих клітинах популяції через її гетерогенність на початок лікування антибіотиками.

Вторинна стійкість формується за рахунок мутацій може зростати при контакті бактерій з антибіотиками. Мутації ненаправлені і пов'язані з дією антибіотиків. Останні мають лише роль селекціонуючих агентів. Вони елімінують чутливі особини популяції та, відповідно, починають переважати резистентні клітини.

Залежно від швидкості виникнення мутантів набута вторинна стійкість буває два типи: стрептоміцинний і пеніциліновий.

Стрептоміциновий тип виникає як "одноступінчаста мутація", коли швидко відбувається утворення мутантів із високою стійкістю після одно-дворазового контакту мікроба з антибіотиком. Ступінь її залежить від концентрації препарату (стрептоміцину, рифампіцину, новобіоцину).

Пеніциліновий тип резистентності формується поступово, шляхом "багатоступеневих мутацій". Селекція стійких варіантів при цьому відбувається повільно (пеніцилін, ванкоміцин, левоміцетин, поліміксин, циклосерин)

Резистентність мікробів до антибіотиків забезпечується генами, що локалізуються або у хромосомі, або у складі позахромосомних елементів спадковості (транспозони, плазміди).

Хромосомні мутації – найчастіша причина зміни рецептора, мішені, з якою взаємодіють ліки. Так, білок Р10 на субодиниці 30s бактеріальної рибосоми є рецептором для прикріплення стрептоміцину. У бактерій, стійких до дії еритроміцину, може ушкоджуватися сайт на 50s субодиниці рибосоми в результаті метилювання 23s рРНК.

R-плазмідиможуть містити від одного до десяти і більше різних генів лікарської резистентності, яка робить мікроба нечутливим до переважної більшості антибіотиків, які використовуються в клініці. Деякі з них (кон'югативні, трансмісивні) здатні передаватися від одного бактеріального штаму до іншого не тільки в межах одного виду, а й часто різних видів та навіть пологів мікробів. Крім кон'югації можлива передача детермінанту стійкості за допомогою трансдукції (у стафілококів), а також трансформації.

Невиліковні захворювання, про які медики попереджали нас роками, поступово входять у життя сучасної людини. Нагадаємо, що Центр з контролю та профілактики захворювань нещодавно повідомив про жінку з Невади, яка померла від інфекції, стійкої до всіх відомих антибіотиків на землі.

Нині подібні випадки — радше рідкість, а не стійка тенденція. Однак антибіотики, які є основним засобом у боротьбі з бактеріями, постійно старіють, тому що штами інфекції з часом виробляють повну або часткову стійкість до їхнього впливу. Тож яка ситуація на сьогоднішній день і чи можемо ми стверджувати, що ера антибіотиків добігає кінця?

Стійкість до антибіотиків була виявлена ​​у багатьох різних різновидів бактерій, що викликають пневмонію, статеві захворювання та навіть харчові отруєння. Мікроби швидко мутують, стаючи резистивними до конкретних препаратів, або включають у власну структуру гени стійкості, властиві іншим видам. Бактерія - це свого роду біологічний конструктор, і під час злиття два представники різних штамів можуть запозичити один у одного гени, які дозволяють їм вижити в агресивному середовищі. Тому найчастіше протистояння медиків та інфекції носить хвильовий характер: після винаходу більш потужного препарату спалахи захворювань на якийсь час вдається придушити. Потім бактерії мутують, стають несприйнятливими до ліків, і вченим доводиться шукати нові засоби впливу.

В даний час останнє покоління антибіотиків (наприклад, колистин і клас карбапенемів, бета-лактамних антибіотиків широкого спектра) вже поступово стає непридатним. У 2015 році в Китаї були виявлені бактерії, які мають резистивний ген MCR-1, чия ДНК була інтегрована в плазміди (спеціальні бактеріальні утворення), а тому міг передаватися від одного виду до іншого.

Втім, навіть якщо якийсь штам отримує стійкість до потужного і найсучаснішого препарату, це ще не означає, що старіші ліки виявляться проти нього безсилі. Бактерії рідко мають ультимативний, абсолютний захист від усіх медикаментів, хоча за останній рік вчені отримали достатньо підстав вважати, що скоро подібні супербактерії можуть розмножитися і викликати чергову епідемію.

Важко передбачити, як зміниться ситуація у найближчі кілька років. Зараз довгострокові прогнози мають досить похмурий вигляд. Якщо не вжити рішучих заходів щодо розробки нового покоління препаратів, вже до 2050 року навіть незначні зараження можуть перетворитися на серйозну загрозу. Недуги на кшталт гонореї чи туберкульозу раптово виявиться невиліковними. Звичайно, вчені відстежують тенденції генетичних мутацій вірулентних штамів і витрачають значну кількість часу та ресурсів на виявлення потенційно небезпечних бактерій. З боку обивателів хорошим профілактичним заходом буде навіть банальне дотримання правил елементарної гігієни. Крім того, нам варто обмежити повсюдне використання антибіотиків, особливо у сільськогосподарському середовищі — фармацевтичним компаніям слід опрацювати й альтернативні способи лікування. Як би там не було, фахівці впевнені, що повністю вирішити проблему стійкості до антибіотиків найближчим часом не вдасться, а отже, що на наступні 10-15 років медицина має найважливіше поле для роботи.

Відкриття антибіотиків людство завдячує Олександру Флемінгу, який першим у світі зміг виділити пеніцилін. «Того дня, коли я прокинувся вранці 28 вересня 1928 року, я, звісно, ​​не планував здійснювати своїм відкриттям першого у світі антибіотика революцію в медицині… Проте, схоже, саме це я й зробив», - говорив учений.

Праці Флемінга оцінили за заслугами. Разом з Ернстом Борисом Чейном та Ховардом Волтером Флорі, які займалися очищенням пеніциліну, він був удостоєний Нобелівської премії.

Зразки тієї самої цвілі, яку виростив Флемінг у 1928 році, були відправлені багатьом знаменитостям - серед них деякі вчені-сучасники, а також Папа Римський Пій XII, Уінстон Черчілль та Марлен Дітріх. Нещодавно уцілілий і фрагмент цвілі, що дійшов до нас, був проданий на одному з лондонських аукціонів - вартість зразка склала 14 617 доларів США.

Стрімкий розвиток

Починаючи з 1940-х років, нові антибіотики стали з'являтися один за одним: за пеніциліном пішли тетрациклін, еритроміцин, метицилін, ванкоміцин та багато інших. Ці препарати докорінно змінили медицину: захворювання, як правило, вважалися смертельними, тепер можна було лікувати. Так, наприклад, до відкриття антибіотиків майже у третині випадків пневмонія виявлялася смертельною, після початку використання пеніциліну та інших препаратів смертність скоротилася до 5%.

Проте що більше з'являлося антибіотиків і що ширше вони застосовувалися, то частіше зустрічалися бактеріальні штами, стійкі до дії цих препаратів. Мікроорганізми еволюціонували, набуваючи резистентності до антибіотиків. Стійкий до пеніциліну пневмокок з'явився в 1965 році, а резистентний до метициліну золотистий стафілокок, який і досі залишається одним із збудників найбільш небезпечних внутрішньолікарняних інфекцій, був виявлений у 1962 році, лише через 2 роки після відкриття метициліну.

Поява та широке використання антибіотиків справді прискорило процес формування мутацій, що відповідають за резистентність, але не ініціювало його. Бактеріальна стійкість (точніше, мутації, відповідальні неї) з'явилася задовго до того, як почали використовувати антибіотики. Так, бактеріальний штам, що став причиною дизентерії в одного з солдатів, що померли під час Першої світової війни, був стійкий і до пеніциліну, і до еритроміцину. Еритроміцин був відкритий лише в 1953 році.

При цьому кількість бактерій, що набувають стійкості до антибіотиків, щорічно збільшується, а антибіотики нових класів, які мають принципово новий механізм дії, практично не з'являються.

Останній бастіон

Особливу небезпеку становлять супербактерії, які стійкі до всіх існуючих антибіотиків. Донедавна універсальною зброєю, яка допомагала у всіх безнадійних випадках, був антибіотик колистин. Незважаючи на те, що він був відкритий ще в 1958 році, він успішно справлявся з багатьма бактеріальними штамами, які мали множинну лікарську стійкість.

Через те, що колистин високотоксичний для нирок, його призначали лише у безнадійних випадках, коли інші препарати виявлялися безсилими. Після 2008 року і цей бастіон упав - в організмі хворих пацієнтів стали виявляти бактерії, стійкі до колістину. Мікроорганізм був знайдений у пацієнтів у Китаї, країнах Європи та Америки. До 2017 року зареєстровано кілька смертей від інфекції, спричиненої супербактеріями, – допомогти таким пацієнтам не зміг жоден антибіотик.

Причина у пацієнтів

2015 року Всесвітня організація охорони здоров'я провела опитування серед мешканців 12 країн. У ньому взяли участь майже 10 тисяч людей. Всім учасникам потрібно було відповісти на питання щодо застосування антибіотиків та розвитку стійкості до цих препаратів.

Виявилося, що майже дві третини опитаних лікують за допомогою антибіотиків грип, а близько 30% припиняють приймати антибіотики за перших поліпшень. Респонденти продемонстрували дивовижне невігластво не лише у правилах прийому антибіотиків, але й у питаннях, що стосуються антибіотикостійкості. Так, 76% учасників опитування були впевнені, що стійкість набувають не бактерії, а організм самого пацієнта. 66% вважають, що, якщо приймати антибіотики, то стійка антибіотикоінфекція не страшна.

Все це свідчить про те, що люди знають про антибіотики та резистентність до них мікроорганізмів дуже мало, а загрозу того, що ці лікарські препарати перестануть працювати, не приймають серйозно.

Дотримуйтесь правил

Тим часом ймовірність того, що вже в цьому столітті людство залишиться без антибіотиків, досить висока. Експерти ВООЗ та інші фахівці у галузі охорони здоров'я переконують суспільство користуватися антибіотиками з розумом.

Насамперед варто пам'ятати: ліки має призначати лікар, а сам антибіотик - продаватися за рецептом. Курс антибіотиків потрібно проходити повністю, а не припиняти прийом ліків після перших покращень. Якщо після завершення лікування у вас залишаються невикористані таблетки, не потрібно пропонувати їх своїм друзям і рідним. У кожному конкретному випадку призначити ліки повинен лікар, і, можливо, ваші препарати не підійдуть іншим людям.

Фармвиробників ВООЗ стимулює активніше займатися розробкою нових антибіотиків, підкреслюючи, що зараз у розробці знаходиться близько півсотні антибіотиків, лише 8 (!) з яких відносяться до інноваційних препаратів. Експерти наголошують, що цієї кількості явно недостатньо для забезпечення людства необхідними ліками – адже за статистикою лише 14% ліків доходять до споживача після всіх етапів клінічних випробувань.

Олена Безрукова