Появление резистентных штаммов микроорганизмов что это такое

Антибиотикорезистентность: аргументы и факты

Устойчивость к антимикробным препаратам создает угрозу для проведения эффективной профилактики и лечения постоянно возрастающего числа инфекций. Все более необходимым становится рациональное использование имеющихся антимикробных препаратов с учетом спектра их активности и профиля антибиотикорезистентности основных возбудителей. В связи с этим чрезвычайно актуально проведение научных и общественных мероприятий, направленных на обсуждение целого ряда вопросов, касающихся распространенности бактериальных инфекций, трудностей микробиологической диагностики, текущей ситуации с антибиотикорезистентностью и перспектив использования разных классов антимикробных препаратов при лечении инфекций различной локализации.

За последние 100 лет врачам удалось справиться со многими болезнями и значительно увеличить среднюю продолжительность жизни людей. Ряд открытий и изобретений в области медицины по праву можно отнести к числу наиболее значимых в прошлом столетии. Примерами могут служить появление первых кровезаменителей и расшифровка ДНК. Но, по мнению многих экспертов, именно изобретение пенициллина, внедрение его в клиническую практику и последующее бурное развитие антимикробной терапии (АМТ) сыграли наиболее существенную роль в увеличении продолжительности жизни людей в XX веке. Сегодня невозможно представить нашу жизнь без антимикробных препаратов (АМП), помогающих бороться с большинством инфекционных заболеваний [1].

Вместе с тем, в настоящее время во всем мире наблюдается совершенно объективный процесс глобальный рост антибиотикорезистентности микроорганизмов к АМП. Проблема резистентности во многом обусловлена широким и часто нерациональным использованием данных препаратов. Инфекции, вызванные резистентными штаммами микроорганизмов, характеризуются более тяжелым течением, чаще требуют госпитализации больного, увеличивают продолжительность пребывания его в стационаре, предполагают применение комбинированной АМТ с использованием резервных препаратов. Все это приводит к увеличению затрат на лечение, ухудшает прогноз для здоровья и жизни пациентов, а также создает условия для возникновения эпидемий. По данным Центра по контролю и профилактике заболеваний, в США ежегодно не менее 2 миллонов человек инфицируются бактериями, устойчивыми к антибиотикам, из которых примерно 23 тысячи умирают вследствие этих инфекций [2,3].

Несмотря на значительный прогресс в медицине, интенсивность разработки новых АМП за последние 30 лет значительно снизилась. Американское общество по борьбе с инфекционными болезнями в 2004 году сообщило, что за период 1998–2002 гг. количество одобренных Управлением по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами (FDA) новых антибиотиков уменьшилось на 56% по сравнению с периодом 1983–1987 г.

Во втором квартале 2014 года Всемирная организация здравоохранения опубликовала отчет об антибиотикорезистентности в мире. Это один из первых детальных докладов за последние 30 лет, касающийся столь актуальной глобальной проблемы. В нем проанализированы данные из 114 стран, в том числе России, на основании которых сделан вывод о том, что резистентность к антибиотикам на сегодняшний день отмечается уже во всех странах независимо от уровня их благосостояния и экономического развития. Российская Федерация в 2014 году со своей стороны стала инициатором подписания документа, в котором закреплено, что оценка ситуации с антибиотикорезистентностью в стране является национальным приоритетом. Сложившаяся ситуация имеет большое социально-экономическое значениеи рассматривается как угроза национальной безопасности. При неэффективности стартовой терапии клиницисты вынуждены использовать альтернативные АМП, которые часто характеризуются более высокой стоимостью и худшим профилем безопасности.

Все более необходимым становится рациональное использование имеющихся АМП с учетом спектра их активности и профиля антибиотикорезистентности основных возбудителей. В связи с этим чрезвычайно актуально проведение научных и общественных мероприятий, направленных на обсуждение целого ряда вопросов, касающихся распространенности бактериальных инфекций, трудностей микробиологической диагностики, текущей ситуации с антибиотикорезистентностью и перспектив использования разных классов АМП при лечении инфекций различной локализации [3,4].

Проблема антибиотикорезистентности

Значение проблемы антибиотикорезистентности подтверждается многими исследованиями. Согласно данным, опубликованным в 2014 году, при сохраняющихся темпах роста антибиотикорезистентности суммарные потери общемирового ВВП к 2050 году составят более 100 триллионов долларов, а количество случаев преждевременной смерти людей в два раза превысит численность населения России [5].

Монорезистентные организмы становятся полирезистентными, а затем и панрезистентными. Появилось понятие так называемых “проблемных” микроорганизмов, среди которых особенно часто, особенно в условиях стационара, где широко применяются АМП и дезинфектанты, встречаются штаммы, резистентные к тем или иным (ко всем известным) АМП. К таким микроорганизмам относятся Staphylococcus spp., Enterococcus spp., Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter spp., ряд штаммов бактерий семейства Enterobacteriaceae.

Одной из наиболее важных причин сложившейся ситуации является доступность АМП населению во многих странах мира и высокая частота самолечения, которое очень часто является неадекватным. Так, по данным Европейского центра по профилактике и контролю заболеваний, около 40% европейцев уверены в том, что антибиотики эффективны при простуде и гриппе.

Свой вклад в усугубление проблемы, к сожалению, вносят и врачи. Недостаточная осведомленность клиницистов относительно правил рациональной АМТ, а иногда и неспособность устоять перед настойчивыми просьбами пациентов и их родителей приводят к неоправданному или неадекватному назначению АМП. Отсутствие просветительской работы с пациентами, в частности о необходимости завершения полного курса АМТ, становится причиной досрочного прекращения лечения. Все это способствует формированию и распространению устойчивых штаммов микроорганизмов.

Многими экспертами не раз уже отмечено, что хотя генерические препараты являются важным инструментом снижения общих затрат здравоохранения, по целому ряду из них отсутствуют адекватные исследования эффективности и безопасности по сравнению с оригинальными препаратами. Несколько исследований, проведенных в Российской Федерации, продемонстрировали наличие более низких концентраций активных субстанций в ряде “псевдогенериков”, что потенциально может приводить не только к снижению эффективности терапииу конкретного пациента, но и более быстрому росту резистентности к целому классу антибиотиков. В настоящее время рассматривается возможность внесения поправок к Федеральному закону №61. Согласно предложенным поправкам для регистрации новых генериков необходимо будет проводить исследование биоэквивалентности регистрируемого генерика по сравнению с оригинальным препаратом, а не любым уже зарегистрированным генериком.

Одной из основных проблем получения достоверных данных в бактериологических лабораториях России является недостаточно хорошее оснащение. Использование нестандартизированных сред и дисков с антибиотиками приводит к получению ложных результатов. В связи с этим значительное количество данных о чувствительности различных микроорганизмов к АМП не может быть использовано для проведения рациональной эмпирической АМТ. Следует также с осторожностью относиться к публикациям в отечественных и зарубежных источниках, в которых отсутствует информация о методах определения чувствительности и критериях интерпретации результатов. Необходимо помнить о том, что данные, полученные в зарубежных странах, могут существенно отличаться от российских, поэтому их нельзя использовать для выбора АМП.

Ситуацию также усугубляет недостаточный контроль за использованием АМП в ветеринарии и сельском хозяйстве. Применение антибиотиков в животноводстве в качестве добавки в корм для скота в малых дозах для стимулирования роста является общепринятой практикой во многих промышленно развитых странах и, как известно, приводит к повышению уровня резистентности микроорганизмов. Сельскохозяйственные животные могут служить резервуаром антибиотикорезистентных бактерий Salmonella spp., Campylobacter spp., Escherichia coli, Clostridium difficile, Staphylococcus aureus (MRSA), Enterococcus faecium (VRE) [7,8].

В настоящее время учитывая потенциальное развитие антибиотикорезистентности, АМП теряют коммерческую привлекательность, что находит подтверждение в отрицательной динамике появления новых системных антибиотиков (рис. 1).

Рис. 1. Динамика появления новых системных антибиотиков

Сдерживание распространения антибиотикорезистентности

Антибиотики на сегодняшний день являются одной из самых часто применяющихся групп лекарственных средств. По данным Ассоциации международных фармацевтических производителей и ГК Ремедиум в 2014 году системные антибиотики в России занимали 4-е место в структуре амбулаторных и 2-е место в структуре госпитальных продаж готовых лекарственных средств.

В настоящее время во всем мире идет поиск альтернативных подходов к терапии инфекционных заболеваний. Одним из перспективных направлений в борьбе с инфекциями является применение бактериофагов и их компонентов. Бактериофаги природных штаммов и искусственно синтезированные генетически модифицированные фаги с новыми свойствами инфицируют и обезвреживают бактериальные клетки. Фаголизины – это ферменты, которые используются бактериофагами для разрушения клеточной стенки бактерий. Ожидается, что препараты на основе бактериофагов и фаголизинов позволят справиться с устойчивыми к АМП микроорганизмами, однако эти препараты появятся не ранее 2022-2023 гг. Параллельно с этим идет разработка препаратов на основе антибактериальных пептидов и вакцин для лечения инфекций, вызванных C. difficile, S. aureus, P. aeruginosa [9].

В последние годы резко возросла поддержка со стороны органов исполнительной и законодательной власти, а также Министерства здравоохранения Российской Федерации исследований, направленных на сдерживание антибиотикорезистентности. Так, например, Межрегиональная ассоциация по клинической микробиологии и антимикробной химиотерапии (МАКМАХ) и Федеральный научно-методический центр мониторинга резистентности к антимикробным препаратам активно занимаются разработкой страте гических направлений по данной проблеме.

На международный уровень обсуждение данной проблемы вышло на рубеже веков. В 2001 году ВОЗ опубликовала Глобальную стратегию по сдерживанию устойчивости к противомикробным препаратам, а в 2016 году вопрос борьбы с растущей угрозой антибиотикорезистентности был вынесен на повестку дня Генеральной Ассамблеи ООН.

Входящие в ООН государства в совместном заявлении обязались разработать национальные планы мер по противодействию устойчивости микроорганизмов к АМП. Это подразумевает усиление мониторинга лекарственноустойчивых инфекций и контроля за применением АМП в медицине, ветеринарии и сельском хозяйстве, а также укрепление международного сотрудничества и финансирования. Также члены организации взяли на себя обязательства ужесточить законодательное регулирование применения АМП, заниматься поиском рационального их использования (улучшение диагностики инфекций с учетом их чувствительности к препаратам) и широко внедрять меры профилактики инфекционных заболеваний (вакцинация, очистка воды, санитария, должный уровень гигиены в стационарах и на фермах) [10].

Еще одним знаменательным событием 2016 года стало подписание ведущими международными фармацевтическими, диагностическими и биотехнологическими компаниями совместной декларации о принятии всеобъемлющих мер против инфекций, устойчивых к лекарственной терапии. Декларация была оглашена на Всемирном экономическом форуме в г. Давосе и подписана на сегодняшний день почти 100 фармацевтическими компаниями. Представители индустрии призывают правительства всех стран мира выйти за рамки заявлений о намерениях и в сотрудничестве с компаниями принять конкретные меры для поддержки инвестиций в разработку антибиотиков, средств диагностики, вакцин и других продуктов, имеющих жизненно важное значение для предотвращения и лечения лекарственно устойчивых инфекций. Одновременно с этим в Декларации устанавливаются обязательства подписавших сторон по дальнейшим действиям в области проблем лекарственной устойчивости. Компании обязуются уменьшить воздействие производства АМП на окружающую среду; содействовать надлежащему применению новых и существующих АМП, в том числе за счет поддержки рекомендаций по применению АМП; продолжать и расширять научноисследовательские разработки по созданию новых АМП; поддерживать инициативы, направленные на обеспечение доступа к АМП во всех частях света при любых уровнях доходов.

Заключение

Современная медицина немыслима без АМТ. Антибиотики во много раз сократили смертность от инфекционных заболеваний, смягчили тяжесть их течения, уменьшили количество постинфекционных осложнений. Однако, несмотря на появление в арсенале врачей значительного перечня лекарственных препаратов, активных в отношении практически всех патогенных микроорганизмов, существует значительное количество проблем и нерешенных вопросов в области АМТ [1].

В течение последних десятилетий АМТ инфекционных заболеваний существенно осложняется резистентностью возбудителей к АМП. Постоянный рост резистентности к АМП отмечен среди возбудителей как нозокомиальных, так и внебольничных инфекций. Возникновение резистентности и распространение ее среди микроорганизмов является естественным процессом, возникшим в ответ на широкое использование АМП в клинической практике, однако имеет большое социально-экономическое значение и в развитых странах рассматривается как угроза национальной безопасности. Инфекции, вызванные резистентными штаммами микроорганизмов, отличаются более тяжелым течением, чаще требуют госпитализации и увеличивают продолжительность пребывания в стационаре, ухудшают прогноз для пациентов.

Специалисты в области АМТ выделяют несколько уровней резистентности к АМП глобальный, региональный и локальный. Прежде всего, необходимо учитывать глобальные тенденции в развитии резистентности. Примерами микроорганизмов, у которых во всем мире стремительно распространяется резистентность к АМП, являются Staphylococcus spp., Enterococcus spp, Streptococcus pneumoniae, Neisseria gonorrhoeae, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter spp., бактерии семейства Enterobacteriaceae и другие. При этом следует помнить, что резистентность не является тотальной. Так, например, Streptococcus pyogenes сохраняет чувствительность к пенициллину.

При планировании политики АМТ внебольничных инфекций следует более рационально опираться на локальные (региональные) данные, полученные в конкретной стране или регионе страны. В Российской Федерации существуют значительные территориальные вариации частоты резистентности возбудителей вне больничных инфекций к АМП. Вот почему необходимы постоянный мониторинг резистентности и информирование врачей различных специальностей. Наряду с региональными данными по резистентности к АМП внебольничных возбудителей в каждом ЛПУ необходимо иметь данные по резистентности нозокомиальных возбудителей, особенно в отделениях с интенсивным использованием АМП: ОРИТ, отделения хирургической инфекции, травматологии и ортопедии [4].

Хотя от адекватных назначений врачей и отказа пациентов от самолечения во многом зависит успех борьбы с проблемой антибиотикорезистентности, этих шагов, к сожалению, недостаточно. Очень многие решения должны быть приняты на национальном уровне, например, запрет на безрецептурный отпуск антибиотиков, усиление законодательства в отношении предотвращения производства и продажи фальсифицированных АМП, снижение применения антибактериальных средств в продовольственном животноводстве. Следует также отметить, что современные тенденции развития фармацевтической промышленности таковы, что гарантий появления новых групп АМП нет [11,12].

Без сомнения, эра АМП сыграла существенную роль в жизни современного общества. Однако только трезвый подход как к проблеме лечения АМП и ее принципам, так и к роли антибиотикотерапии в современном обществе способен обеспечить правильное планирование выпуска АМП и прогнозирование их эффективности в будущем.

Источник

РЕЗИСТЕНТНОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ И АНТИБАКТЕРИАЛЬНАЯ ТЕРАПИЯ

*Пятилетний импакт фактор РИНЦ за 2020 г.

Читайте в новом номере

S.V.Sidorenko — Department of Microbiology and Clinical Chemotherapy, Russian Medical Academy of Postgraduate Training, Moscow

S.V.Sidorenko — Department of Microbiology and Clinical Chemotherapy, Russian Medical Academy of Postgraduate Training, Moscow

Мировое научное сообщество осознало бесперспективность пассивного отношения к процессам возникновения и распространения резистентности, поскольку оно неизбежно приводит к проигрышу человека в борьбе с микроорганизмами на популяционном уровне. Подобно тому как в подавляющем большинстве областей внутренней медицины приоритет отдается выявлению и коррекции ранних стадий патологических процессов у отдельных пациентов, так и в отношении всей популяции человека необходимо выявлять ранние стадии распространения резистентных микроорганизмов и предпринимать адекватные меры. При этом речь идет не столько о пропаганде и быстрейшем внедрении в практику новых АБП, к чему непроизвольно подталкивает фармацевтическая индустрия, сколько о раннем выявлении неблагоприятных тенденций и разработке мер, направленных на «продление жизни» известных препаратов. Работы в этом направлении находятся в центре внимания ряда международных и национальных организаций (Всемирной Организации Здравоохранения, Международного и Европейского обществ химиотерапии, Альянса за разумное использование антибиотиков и др.), однако в Российской Федерации уровень осознания проблем антибиотикорезистентности все еще можно относить к рудиментарному.
Вполне естественно, что для профессионалов в большинстве областей медицины сегодня уже недостаточно банального общего представления о возможности формирования у микроорганизмов устойчивости к АБП. Необходимо владение информацией о тех микроорганизмах и АБП, для которых наиболее характерно формирование устойчивости, а также об основных закономерностях и механизмах этого процесса.

Понятие и механизмы резистентности к АБП

Основным отличием, хотя и не принципиальным, АБП от антисептиков является наличие механизма действия, направленного на угнетение более или менее специфичного для микроорганизмов (прокариот) метаболического процесса. Угнетение происходит в результате связывания АБП с некой мишенью, в качестве которой может выступать либо фермент, либо структурная молекула микроорганизма. Благодаря этому АБП подавляют жизнедеятельность микроорганизмов в концентрациях, не наносящих вреда эукариотическим клеткам организма хозяина.
Таблица 2. Возможные варианты перекрестной резистентности между хинолонами

Механизмы устойчивости к отдельным группам АБП

Ограниченный объем публикации позволяет остановиться только на механизмах устойчивости к клинически наиболее важным АБП.
Устойчивость к b- лактамным антибиотикам опосредуют в основном два механизма. Первым является модификация чувствительной мишени – появление пенициллинсвязывающих белков (ПСБ), обладающих пониженной аффинностью к b- лактамным антибиотикам. Второй – гидролиз антибиотиков, опосредуемый ферментами b- лактамазами. Более детально механизмы резистентности к b- лактамным антибиотикам и их клиническое значение рассмотрены в статье, ранее опубликованной в Русском медицинском журнале [1].

Механизмы устойчивости к аминогликозидным антибиотикам

Механизмы устойчивости к нефторированным и фторированным хинолонам

Механизмы устойчивости к макролидным, линкозамидным и стрептограминовым антибиотикам (МЛС группа)

Источник

Что делать с резистентностью к антибиотикам? Новые данные: распространение между странами и борьба с мультилекарственной устойчивостью

Что делать с резистентностью к антибиотикам? Новые данные: распространение между странами и борьба с мультилекарственной устойчивостью

Антибиотикорезистентные бактерии одолевают один препарат за другим и неконтролируемо распространяются

Авторы

Редакторы

Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Устойчивость бактерий к антибиотикам — серьезная угроза здоровью людей. Из-за распространения резистентности с каждым годом подобрать эффективное лечение становится все сложнее. Человечество использует антибиотики повсеместно и тем самым только ускоряет процесс. К сожалению, резистентные штаммы могут передаваться от одного человека к другому, и масштаб проблемы до сих пор известен не до конца. Может ли, например, высокий уровень потребления антибиотиков в одной стране ухудшить эпидемиологическую обстановку в другой, где правительство регулирует использование противомикробных препаратов? Недавнее исследование, о котором мы расскажем в первой части статьи, утверждает, что да, может. А значит, опасность еще серьезнее, чем мы думали. Поэтому необходимо искать препараты, ломающие сам механизм устойчивости, так как уже сейчас существуют бактерии, которые невозможно остановить практически ни одним антибиотиком. Во второй части статьи мы расскажем об исследовании, открывшем новые свойства уже известных препаратов, как об одном из способов «отключить» резистентность и тем самым спасти миллионы жизней.

Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021

Эта работа опубликована в номинации «Вирусы и микроорганизмы» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.

Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.

Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.

Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

Вступление

С тех пор как Александр Флеминг впервые выделил пенициллин, жить стало значительно веселее: теперь можно было не умирать от остеомиелита, родильной горячки, гангрены или сифилиса. За последующие девяносто лет человечество успело обзавестись внушительным арсеналом противомикробных препаратов и начать их активно использовать везде: от медицины до сельского хозяйства. И все бы хорошо, если бы не одно но: со временем антибиотики, которые призваны убивать бактерии или останавливать их рост, предотвращая развитие болезни, перестают работать. Некоторые микроорганизмы выживают после применения того или иного лекарства. Они мутируют и продолжают расти и размножаться, уже не встречая конкуренции со стороны других штаммов. К таким «суперзлодеям» от мира бактерий относятся, например, метициллинрезистентный золотистый стафилококк (рис. 1) или микобактерии туберкулеза со множественной лекарственной устойчивостью.

Рисунок 1. Нейтрофил обезвреживает метициллин-резистентную бактерию Staphylococcus aureus, фагоцитируя ее. Фото конфокального микроскопа, цвета условны. Подробнее о конфокальной микроскопии можно прочесть в материале «12 методов в картинках: микроскопия» [1].

По данным комиссии, собранной британским министерством здравоохранения в 2014–2016 гг., ежегодно около 700 000 человек по всему миру умирает от бактериальных инфекций, которые вызваны невосприимчивыми к действию антибиотиков патогенами. К 2050-му эта цифра может вырасти до 10 миллионов человек в год [2]. А по данным за 2019 год, только в США и европейских странах суммарно от болезней, вызванных резистентными бактериями, умирает около 68 000 человек в год (рис. 2) [3], [4].

Рисунок 2. Количество смертей от болезней, вызванных резистентными к антибиотикам бактериями, в европейских странах по данным за 2015 год

О механизмах резистентности и ее передаче можно подробнее почитать в материалах [5] и [6].

Распространение резистентности: связь с уровнем потребления антибиотиков и влияние окружения

Многие исследования говорят в пользу существования прямой зависимости между увеличением потребления антибиотиков и распространением устойчивости бактерий к их действию [2–4], [7]. Помимо прямого влияния, когда из-за малых доз или недостаточно долгого применения лекарства бактерии быстро адаптируются к враждебной среде, существуют и косвенные «преимущества», которые дает устойчивым штаммам прием противомикробных препаратов: такие как устранение конкурентов в лице восприимчивых штаммов или подавление полезной микрофлоры, которая помогает организму справляться с инфекционной нагрузкой.

Иногда случается так, что потребление антибиотиков сокращается, а уровень устойчивости наоборот, только растет. Например, так произошло в Исландии 20 лет назад. В 2002 году было опубликовано исследование [8], согласно которому, несмотря на сокращение потребления противомикробных препаратов с 1,5 до 1,1 курса в год на одного ребенка (возрастом от одного года до шести лет), за пять лет распространенность устойчивых к пенициллину пневмококков выросла в двух наиболее удаленных от столицы регионах в четыре и в десять раз. Причем в десять раз она выросла там, где сокращение потребления антибиотиков было самым значительным по стране. Хотя в среднем за этот период уровень резистентности в Исландии действительно сократился: на 5%. Авторы исследования предположили, что из-за слабого коллективного иммунитета жители сельских регионов (рис. 3, 4) оказываются более уязвимыми к новым патогенам, которые сначала распространяются в крупных городах и только спустя время доходят до деревень. Можно было бы предположить, что свою роль сыграли и маленькие дозы лекарства или некорректная длительность терапии, однако, по данным исследования, все дети получали адекватное лечение.

Рисунок 3. Поселение Болунгарвик (исл. Bolungarvík), где зарегистрировали самый значительный рост резистентности при наиболее сильном снижении объема потребления антибиотиков.

Рисунок 4. Маяк Оусхоулавити (исл. Óshólaviti) в Болунгарвике. Фотограф: Герберт Ортнер, Вена (Herbert Ortner, Vienna).

Тем не менее исландский кейс остается скорее частным примером того, как на резистентность могут влиять и другие факторы, помимо объема потребления противомикробных препаратов. В целом же, прием антибиотиков остается одной из главных причин распространения устойчивости в мире [2–4].

К сожалению, даже если человек никогда не злоупотреблял антибиотиками, он может получить резистентную микрофлору от кого-то из своего непосредственного окружения, например, от родственников.

Исследование [9] на основе данных, полученных в 1998 году в двух деревнях штата Юта (рис. 5), показало, что вероятность получить как устойчивые, так и чувствительные штаммы растет с увеличением количества детей в семье. А прием антибиотиков ребенком увеличивает количество именно устойчивых бактерий у братьев и сестер.

Рисунок 5. Билборд на въезде в штат Юта со слоганом штата: Life Elevated («Возвышенная жизнь»)

В 2019 году израильские ученые показали, что прием матерями фторхинолонов (противомикробных лекарств широкого действия) повышал риск заражения резистентными штаммами не принимавших эти лекарства детей на 50% [10].

Бактерии распространяются не только в семьях, но и в других небольших сообществах, где люди тесно взаимодействуют, например в больницах. Так, в 2001 году другой исследовательский коллектив из Израиля подтвердил, что прием цефалоспоринов и амикацина (полусинтетического антибиотика группы аминогликозидов) в шести отделениях больницы был связан с повышенным риском заражения устойчивыми патогенами в течение последующих месяцев, в том числе и у пациентов, не принимавших эти антибиотики в течение предыдущего года. Причем у принимавших этот риск был выше 1,5–3 раза [11].

Распространение резистентности в больших сообществах

Второго ноября было опубликовано исследование [12] ученых Гарвардского университета, которое показало, что на степень распространения резистентности к антибиотикам среди населения одного региона существенно влияет уровень их потребления в соседних — точнее, в тех, которые интенсивнее всего с этим регионом взаимодействуют: например, если люди активно перемещаются между ними. Для описания таких ситуаций авторы статьи используют термин «спилловер-эффект» (от англ. to spill over — «выходить за пределы чего-либо, распространяться на другие области»; существительное spillover обозначает соответствующий процесс «распространения»).

Исследователи рассматривали данные о потреблении антибиотиков и распространенности устойчивости к ним в американских штатах и европейских странах. Они предположили, что чем два штата или две страны теснее взаимодействуют, тем меньше между ними разница в уровне резистентности к антибиотикам, и непосредственное влияние объема потребления антибиотиков на устойчивость будет ниже, чем в идеальной ситуации, когда регион полностью изолирован от других.

Чтобы проверить гипотезу, ученые сначала использовали математические модели, с помощью которых они делали численные предсказания того, насколько спилловер-эффект увеличится от усиления интенсивности взаимодействия сообществ. А затем они обратились к эмпирическим данным и соотнесли разницу в уровне резистентности внутри регионов с интенсивностью их взаимодействия друг с другом. Степень интенсивности определяли по данным о перелетах американскими и европейскими авиалиниями — ученые предположили, что чем меньше рейсов между регионами, тем слабее эти регионы взаимодействуют (рис. 6).

Рисунок 6. Карта авиаперелетов

В результате две математические модели, применявшиеся в исследовании, — WHN и D-type (см. «Расшифровки» в конце статьи), — подтвердили предположение, что у активно взаимодействующих между собой сообществ разница в уровне устойчивости ниже, чем у тех, которые взаимодействуют меньше. Конкретные величины зависят от выбора модели, однако согласно обеим, достаточно, чтобы было всего на 1% больше взаимодействий между сообществами, для сокращения разницы в уровне резистентности между ними на треть, а то и на 50% — опять же, зависит от выбора модели.

Исследователи рассматривали три пары патогенов и антибиотиков: «пневмококки и макролиды», «пневмококки и β-лактамы» и «кишечная палочка и фторхинолоны». Именно эти комбинации наиболее часто исследовали прежде.

Источники информации о потреблении антибиотиков и распространении устойчивости внутри регионов ученые распределили по трем группам: первые две включали в себя американские базы данных, а третья — данные по европейским странам.

Но в итоге было сформировано шесть датасетов вместо девяти: два убрали, потому что пришлось исключить данные по устойчивости пневмококков к β-лактамам в США — в предыдущих исследованиях на этих датасетах связь между объемом потребления антибиотиков и уровнем резистентности получила отрицательную точечную оценку. Кроме того, информация по потреблению фторхинолонов для США была только во втором наборе данных, так что для этой комбинации патогена и антибиотика собрали два датасета вместо трех, как у остальных (один европейский и один американский).

После попарного сравнения регионов, связь между интенсивностью взаимодействия и снижением зависимости уровня резистентности от объема потребления антибиотиков оказалась статистически значимой в четырех из шести датасетов. Иными словами, чем активнее люди перемещались между сообществами, тем меньшее влияние на распространенность устойчивости оказывал уровень потребления антибиотиков внутри каждого из них — значительную роль начинали играть соседи.

Ученые также сгруппировали все сообщества по парам и ранжировали список по степени интенсивности взаимодействия. Затем они сравнили первые 10% пар из начала с 10% пар с конца и выяснили, что для пар в начале рейтинга связь между объемом потребления антибиотиков и резистентностью в среднем на 50% слабее, чем для пар, которые взаимодействовали меньше всего.

О чем говорят эти данные? В первую очередь о том, что спилловер-эффект оказывает значимое влияние на распространение устойчивости бактерий к антибиотикам на уровне США и европейских стран. Из этого наблюдения следуют несколько важных выводов. Во-первых, бессмысленно проводить какую бы то ни было политику по сокращению потребления антибиотиков с целью снизить уровень резистентности, не учитывая ситуацию в соседних регионах. Во-вторых, куда эффективнее любые меры принимать не на уровне отдельной страны или штата, а на уровне более крупных регионов: США или Евросоюза целиком. В-третьих, массовые испытания антибиотиков могут привести к росту устойчивости внутри всей контрольной популяции (если она не полностью изолирована от испытуемых) за счет все того же спилловер-эффекта.

Однако на распространение устойчивости влияют не только потребление антибиотиков или путешествия между регионами. Свою роль могут играть и другие факторы. Так, исследование 2017 года показало, что устойчивость бактерий к антибиотикам растет с повышением среднегодовой температуры на 2–4% [13]. А согласно другому исследованию, уже 2018 года, на распространение резистентности влияют и социально-экономические факторы (рис. 7): чем лучше развита инфраструктура и выше расходы государства на здравоохранение, тем ниже уровень распространения устойчивости к антибиотикам [14]. Поэтому не исключено, что схожесть в уровне резистентности у тесно взаимодействующих регионов может быть связана с их схожестью в плане географии или на экономическом уровне. Также, различия в образе жизни между разными социальными группами (разделенными по гендерному, этническому или экономическому признакам) может оказаться очень высокой — возможно, сравнение между собой административных единиц не совсем корректно, и куда эффективнее было бы сравнивать разные социальных слои [15], [16]. Кроме того, в исследовании не учитывались другие способы передвижения между регионами, помимо авиаперелетов. Кажется, что на близкие расстояния люди могут чаще перемещаться наземным транспортом: поездами или автомобилями, поэтому небольшое количество рейсов между двумя регионами еще не говорит об их слабом взаимодействии. Поэтому для получения адекватной картины происходящего необходимо принимать во внимание даже такие «мелочи», как дорожная инфраструктура региона или стоимость перемещения разными видами транспорта.

Рисунок 7. Разница в уровне доходов у американского населения по штатам. Экономическое неравенство сказывается и на сфере здравоохранения: у людей с высоким и низким доходом разные условия проживания, неравный доступ к медицине и др. Это может быть релевантно при анализе эпидемиологической обстановки региона.

К тому же, чтобы упростить себе задачу, в рамках исследования ученые исходили из того, что связь между объемом потребления антибиотиков и уровнем резистентности неоспорима, а изменения в распространенности устойчивости следуют за изменениями в объеме потребления антибиотиков в течение какого-то относительно небольшого и обозримого отрезка времени, хотя оба эти положения являются предметом активного изучения. Попарное сравнение сообществ также существенно упрощает задачу построения математической модели и обработки данных. Однако надо понимать, что на деле регионы взаимодействуют между собой одновременно, и это взаимодействие может иметь сезонный характер, или его интенсивность может меняться в зависимости от каких-то социальных, политических или экологических процессов. Так что теоретические выкладки, полученные исследователями, довольно грубы и позволяют составить только беглое представление о проблеме.

Борьба с резистентностью: поиск новых решений

Итак, мы выяснили: устойчивость к антибиотикам страшна не только тем, что ее уровень растет по мере того, как увеличиваются объемы потребления антибиотиков, но и своей способностью распространяться внутри сообществ любого размера: от семей до государств. Особенное беспокойство вызывает распространение мультилекарственной резистентности некоторых патогенов — защищенности сразу от нескольких групп препаратов. Борьба с угрозой идет в основном по двум фронтам: во-первых, человечество создает все новые и новые препараты, способные эффективно подавлять устойчивые микроорганизмы, а во-вторых, придумывает способы замедлить распространение резистентности (как правило, за счет снижения объемов потребления антибиотиков) и выиграть время. Однако эта гонка бесконечна (см. обзор [17]). Как долго мы сможем «убегать»?

Хорошо бы научиться «отключать» резистентность, чтобы уже известные антибиотики заново стали эффективным «оружием». Для этого нужно проанализировать механизмы передачи, хранения и реализации устойчивости к антибиотикам. О некоторых из уже существующих способов борьбы с мультилекарственной резистентностью можно почитать в материалах [6] и [18].

Рисунок 8. Инфографика по карбапенем-резистентным энтеробактериям из доклада Департамента здравоохранения и социальных служб США. Согласно ей, в 2017 году насчитывалось 13 100 случаев госпитализации пациентов с инфекциями, вызванными карбапенем-резистентными энтеробактериями, в том числе и 1100 случаев летального исхода, а соответствующие затраты на здравоохранение в Америке составили 130 миллионов долларов США. Карбапанем-резистентные энтеробактерии представляют серьезную проблему для пациентов медицинских учреждений: некоторые штаммы развили устойчивости почти ко всем распространенным антибиотикам, что вынуждает врачей прибегать к более токсичным или менее эффективным препаратам.

А здесь мы рассмотрим, как может решаться проблема мультилекарственной резистентности, на примере карбапенем-резистентных энтеробактерий (CRE, от Сarbapenem-Resistant Enterobacteriaceae). CRE могут поражать органы мочеполовой системы, кровь или легкие, но главная их опасность заключается в устойчивости к самым серьезным препаратам, направленным против них (рис. 8). Карбапенемы — антибиотики «последней надежды», то есть средства, которые применяются лишь в крайних ситуациях, когда ничто больше не помогает. Часто CRE устойчивы не только к карбапенемам, но и ко многим другим классам антибиотиков, что делает лечение от них чрезвычайно тяжелым [19]. В 2019 году Центр по контролю и профилактике заболеваний США поместил карбапенем-резистентных энтеробактерий среди пяти групп микроорганизмов, защиту от которых из-за угрозы здравоохранению необходимо разрабатывать в первую очередь [3].

Рисунок 9. Как последовательности ДНК, ответственные за резистентность, попадают в клетку бактерии и хранятся в ней? Последовательности ДНК, кодирующие ферменты, которые обеспечивают резистентность, могут находиться в плазмидах — кольцевых ДНК внутри клеток бактерий, — передаваться в составе плазмид потомкам и родственникам при коньюгации. Еще такие последовательности ДНК могут передаваться из ДНК одной бактерии в ДНК другой путем трансдукции — переноса внутри вируса.

Устойчивость CRE работает по проверенной механике Докинза: резистентность переносится плазмидами устойчивости CRE (pCRE, CRE resistance plasmids), которые так и хочется назвать эгоистичными (рис. 9). Ведь карбапенем-резистентные энтеробактерии платят высокую цену за свою неуязвимость: если клетка утрачивает pCRE, то она погибает из-за токсина, который был закодирован в плазмиде и остался в клетке [20]. (До утраты pCRE с нее синтезировался неустойчивый антидот, блокирующий действие токсина.) pCRE очень большие, поэтому количество их копий в одной клетке CRE можно сосчитать по пальцам. Чтобы не потеряться во время деления, в pCRE закодирован механизм распределения по дочерним клеткам, как и множество ферментов, «обслуживающих» плазмиду, в которой заложено всё для ее распространения и выживания ее носителя, в том числе карбапенемаза — фермент, расщепляющий не только карбапенемы, но и многие другие β-лактамные антибиотики (рис. 10) [21]. Фермент, закодированный в плазмиде, «защищает» ее носителя. То есть в первую очередь опасность представляют не бактерии, а плазмида, поэтому методы борьбы должны быть направлены главным образом против нее.

Рисунок 10. Разрушение β-лактамного кольца β-лактамазой путем гидролиза связи между атомами углерода (серыми) и азота (голубыми)

Кэйтлин Зулауфа и Джеймс Кирби из Гарвардской медицинской школы нашли подходящие для вмешательства в работу плазмиды препараты среди тех, которые уже используются, но в иных целях, и попробовали объяснить их эффективность в борьбе с резистентными штаммами [22]. Это исследование кажется нам важным, поэтому ниже мы расскажем об экспериментах, проведенных коллегами-учеными, и данных, говорящих в пользу их открытия.

В результате скрининга более 12 000 биоактивных соединений исследователи выделили три, после воздействия которых копии pCRE не распространялись в культуре бактерий при делениях, что делало последующие поколения восприимчивыми к карбапенемам.

Наш первый кандидат — касугамицин — аминогликозидный антибиотик, который, судя по данным исследователей, мешает процессу синтеза белка RepE, играющего ключевую роль в размножении pCRE путем репликации (удвоения) [23]. То есть без RepE плазмида, скорее всего, не передастся новым поколениям бактерий. После воздействия касугамицина в течение 24 часов репликация pCRE случалась реже более чем в 10 раз (рис. 11), по сравнению с необработанными бактериями (более 90% потомков бактерий, резистентных еще сутки назад, утратили защиту). Однако даже во время применения максимальной в этом исследовании дозы касугамицина плазмиды все же размножались (их становилось больше на два порядка). Зафиксируем, что касугамицин не блокирует репликацию полностью, а лишь сильно замедляет ее.

Рисунок 11. Зависимость активности размножения плазмид в растущей бактериальной культуре от воздействия препаратов. По вертикальной шкале — количество плазмид бактерий после инкубирования при разных концентрациях препаратов, выраженное в процентах от количества плазмид в посевах в обычных условиях. Первые два столбца — контрольный эксперимент (без воздействия препаратов): серый столбец — количество в начале контрольного эксперимента; черный — в бактериях после обычных условий культивирования. Зеленые столбики — после культивирования при разных концентрациях касугамицина; красные столбики — после культивирования при разных концентрациях CGS 15943; фиолетовые столбики — после культивирования при разных концентрациях Ro 90-7501.

Наш второй кандидат — CGS 15943 (см. «Расшифровки» в конце статьи) — возможно, нарушает считывание последовательности RepE. В любом случае, он мешает репликации плазмид настолько, что их количество при максимальной дозе CGS 15943 почти не увеличилось (рис. 11). Отметим, что CGS 15943 способен почти полностью останавливать репликацию pCRE.

Третий кандидат — Ro 90-7501 (см. «Расшифровки» в конце статьи) — имеет самые впечатляющие результаты. Взглянув на рисунок 11, хочется назвать его «убийцей» pCRE. Дело в том, что Ro 90-7501 — интеркалятор ДНК, то есть соединение, которое встраивается между цепями ДНК, «ломая» ее структуру и мешая репликации. Только начиная исследование, ученые не хотели использовать интеркаляторы, потому что для человека целостность собственной ДНК не менее важна, чем для плазмиды целостность своей. Например, зафиксировано воздействие этого же Ro 90-7501 на клетки млекопитающих: он влияет на сборку фибрилл амилоида β42 (связанного с болезнью Альцгеймера) [24], на активность врожденного иммунитета [25] и ингибирует протеинфосфатазу 5 — фермент, важный в регуляции ключевых событий жизни клетки [26], [27]. Однако Ro 90-7501 оказался селективным к pCRE, и ученые изучили его особенно тщательно. Оговорив, что концентрация Ro 90-7501, при которой достигается максимальный антиплазмидный эффект, ниже токсичной для клеток млекопитающих почти в 30 раз [28].

Сравним препараты: CGS 15943 не имеет известных побочных эффектов для клеток человека, однако он и не истребляет плазмиды так, как это делает Ro 90-7501. То есть после окончания курса CGS 15943 резистентные патогены могут выжить и размножиться опять. Возможно, получится изменить последовательность Ro 90-7501 так, чтобы он перестал воздействовать на процессы в клетках млекопитающих. Однако обоим препаратам стоит «поучиться» у касугамицина проникать в клетки грамотрицательных бактерий (к которым относятся и энтеробактерии), видимо, для их применения в реальных условиях нужно разработать подходящий способ проникновения молекул препарата внутрь клетки.

Таким образом, использование каких-то из этих препаратов может привести нас к победе над опасными карбапенем-резистентными энтеробактериями. Ученым предстоит долгая и кропотливая работа по поиску или синтезу веществ, которые окажутся действенными в устранении описанного нами механизма резистентности.

Исследования, подобные этому, внушают надежду на то, что нам удастся не просто вечно бежать на шаг впереди, создавая препараты, к которым у бактерий еще не выработалась устойчивость, но и «поворачивать время вспять» — сопротивляться уже существующим механизмам резистентности, придумывая способы для непосредственной остановки их действия. И тогда пугающая цифра в 10 миллионов смертей в год никогда не станет реальностью.

Источник