Бактерии, устойчивые к антибиотикам, становятся все более серьезной проблемой во всем мире: привычные препараты перестают работать, а лечение инфекций усложняется. Особенно тревожит распространение генов устойчивости, которые делают микроорганизмы практически неуязвимыми к целым классам антибиотиков. О том, как формируется резистентность, какие бактерии сегодня считаются самыми опасными и какие альтернативы антибиотикам предлагает современная наука, рассказывает Нина Михайловна Киселева, доктор биологических наук, профессор кафедры фармакологии Института фармации и медицинской химии Пироговского Университета Минздрава России.
Как появляются бактерии, резистентные к антибиотикам?
Все организмы способны адаптироваться к изменяющимся условиям среды. В процессе естественного отбора выживают бактерии, которые устойчивы к действию антибиотиков, (т.е. резистентные к антибиотикам)
Известны следующие механизмы устойчивости бактерий (в том числе сальмонелл) к антибиотикам:
- нарушение доставки антибиотика до его мишени
- ферментативная инактивация антибиотика
- модификация/защита мишени
- активное выведение (эффлюкс) антибиотика из бактериальной клетки
- формирование устойчивости за счёт трансформации в персистирующие формы (образование биоплёнок, незавершенный фагоцитоз)
Действительно нарушается доставка многих АБ (β-лактамов, фторхинолонов, аминогликозидов,хлорамфеникола) к мишени действия?
Ферментативной инактивации подвержены большинство АБ (различными типами β-лактамазы для β-лактамных АБ, аминогликозид-ацетилтрансфераза для фторхинологов, аминогликозид-фосфотрансфераза для аминогликозидов, флавинзависимой-монооксигеназа для тетрациклинов, ацетилтрансферазы для хлорамфеникола,глутатион-S-трансфераза для фосфомицина).
Модификация и/или защита мишени- этот механизм характерен прежде всего дляβ-лактамных АБ, фторхинолонов, аминогликозидов, тетрациклинов, сульфонамидам/триметоприму (Бактрим, бисептол).
Практически все препараты усиливают активное выведение АБ из клетки —гиперактивности эффлюкс-систем (β-лактамов, фторхинолонов, аминогликозидов, тетрациклинов, фосфомицина, нитрофуранов).
Какие известные бактерии стали наиболее устойчивы к антибиотикам?
В результате некоторые бактерии, содержащие ранее неизвестный ген и кодируемый им фермент Металло-бета-лактамаза из Нью-Дели (New Delhi metallo-beta-lactamase, фермент — NDM-1) приобрели резистентными к практически всем бета-лактамным антибиотикам, включая карбапенемы. На настоящий момент известно, что некоторые штаммы Escherichia coli и Klebsiella pneumoniae несут данный ген. Носителями гена являются также грам-отрицательные бактерии.
Сколько людей убивают именно эти «супер» бактерии?
В 2019 год от инфекций, вызванных лекарственно-устойчивыми бактериями, по данным ВОЗ в мире умерло 1,27 млн люде.
По прогнозам, к 2050 году уровень смертности от устойчивых к антибиотикам бактерий удвоится, причём больше всего пострадают пожилые люди. Правда ли, что бактерий станет больше?
Да, наблюдаемый рост резистентных бактерий в настоящее время продолжается
Как лечить инфекции, вызванные этими бактериями, если антибиотики не помогают?
Во – первых, летом 2019 г. ВОЗ начала глобальную кампанию, призывающую правительства использовать разработанную в 2017 г. классификацию антибиотиков «Access (доступные), Watch(требующие наблюдения), Reserve (резерв) в мероприятиях по снижению устойчивости к противомикробным препаратам.
В эту группу резервных АБ вошли антибиотики и их классы, которые следует зарезервировать для лечения подтвержденных или подозреваемых инфекций, вызванных микроорганизмами со множественной лекарственной устойчивостью. К ней отнесены 22 антибиотика (14 из которых зарегистрированы в России).
Во- вторых, идет активный поиск альтернативных способов лечения бактериальных инфекций.
Какие аналоги антибиотиков сейчас изучают ученые?
Современные потенциальные альтернативы традиционной антибиотикотерапии:
- Терапия малыми молекулами узкого спектра действия — подавление вирулентности и роста резистентности.
- Бактериальные пептиды (бактериоцины) и биологически активные вещества из морских и почвенных биосостем
- Создание антибиотиков двойного действия – гетеродимерных структур на основе препаратов разных классов
- Направленная доставка АБ (наноматериалы, липосомы, протеины и др)
- Рациональное регулирование микробных популяций (пребиотики)
- Активация иммунной системы через иммунологические (вакцины, иммуномодуляторы) и иммунотерапевтические механизмы (моно- и поликлональные антитела)
- Использование природных хищников (фаги, лизины)
- Поиск специфических мишеней, изучение антибактериальных механизмов в целях подбора комбинированной терапии и предотвращения устойчивости
Правда ли, что самая лучшая альтернатива антибиотикам – бактериофаги? Что это такое? Как их получают?
Бактериофаги – группа вирусов, заражающих бактериальные клетки. Они прикрепляются к фагоспецифическим рецепторам на поверхности бактериальной клетки. Хвост фага с помощью ферментов, находящихся на его конце, локально растворяет оболочку клетки, сокращается и содержащаяся в головке ДНК инъецируется в клетку, при этом белковая оболочка бактериофага остаётся снаружи. Генетический материал фага взаимодействует с генетической системой бактериальной клетки. Бактериофаги размножаются внутри бактерий, потомство большинства бактериофагов высвобождается, как правило, путем лизиса инфицированной бактериальной клетки.
Какие новые бактериофаги сегодня разрабатывают в России?
В настоящее время открыт и описан новый бактериальный вирус — микобактериофаг Vic9, выделенный из образцов почвы с помощью бактерии Mycobacterium smegmatis. Этот микроорганизм генетически близок к туберкулезной палочке и поэтому его часто используют в исследованиях. Исследователи полагают, что в дальнейшем фаготерапию можно будет рассматривать в качестве альтернативного метода лечения туберкулеза и других опасных заболеваний, вызываемых микобактериями.
Есть еще так называемые умные антибиотики– Подход основан на защитном механизме бактерий CRISPR-Cas9. Можете рассказать про этот метод? Чем он хорош? Какие разработки ведутся?
CRISPR (от англ. clustered regularly interspaced short palindromic repeats — короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами) — особые локусы бактерий, состоящие из прямых повторяющихся последовательностей, которые разделены уникальными последовательностями (спейсерами). Спейсеры заимствуются из чужеродных генетических элементов, с которыми сталкивалась клетка (бактериофагов, плазмид). Локус CRISPR — часть механизма, который предназначен для защиты бактерий и архей от инфекций.
Белок Cas9 (англ. CRISPR associated protein 9, CRISPR-ассоциированный белок) — это управляемая при помощи РНК-гидов эндонуклеаза, связанная с адаптивной иммунной системой CRISPR.
Белок Cas9 активно используют для создания точечных разрывов в двойной спирали ДНК.
CRISPR/Cas9 — это технология редактирования генома. С 2023 года это метод стали использовать для лечения наследственных заболеваний.
CRISPR-Cas9 имеет значение для адресной доставки лекарств и их высвобождения при внешнем воздействии. В дальнейшем CRISPR-Cas9 можно использовать для разработки антибиотиков, запрограммированных воздействовать только на молекулу ДНК болезнетворных бактерий.
Создатели технологии «молекулярных ножниц» CRISPR/Cas9 в 2020-м ее получили Нобелевскую премию.