Неуязвимые бактерии угрожают гибелью человечеству

Бактериальные инфекции, которые невозможно вылечить антибиотиками, распространяются по всему миру и ежегодно убивают сотни людей. Человек фактически проигрывает гонку вооружений микробам, которые развивают надежную защиту против лекарственных препаратов.

Многие исследователи говорят о закате эпохи антибиотиков. Учитывая, что эти препараты спасают жизни тысяч людей, страдающих от пневмоний и абсцессов, человечество может вернуться в то темное время, когда средств от бактериальных инфекций не было. Поэтому врачи всего мира предпринимают усилия по исследованию антибиотикрезистентных «супербактерий», чтобы разработать средства для борьбы с ними и предотвращения их распространения. Однако пока микробы выигрывают.

На прошлой неделе врачи из Невады (США) сообщили о смерти пожилой женщины, проживающей в городе Рино. До этого она продолжительное время находилась в Индии, где бактерии, обладающие множественной устойчивостью к антибиотикам, более распространены, чем в Америке. Во время своего пребывания в этой стране она сломала ребро и заработала инфекцию костной ткани. В течение двух лет ее несколько раз госпитализировали в Индии.

В прошлом году она вернулась в США, и в августе ее поместили в больницу в Рино. Врачи обнаружили, что она заражена карбапенем-устойчивой энтеробактерией (carbapenem-resistant enterobacteriaceae, CRE). Так называются микроорганизмы, которые обитают в кишечнике человека и вырабатывают резистентность к карбапенемам — ряду антибиотиков последнего резерва, которые применяются только тогда, когда другие вещества не дают никакого результата. Защиту им обеспечивает ген blaKPC, который кодирует фермент карбапенемазу, которая обезвреживает препарат, расщепляя его.

Директор Центра по контролю и профилактике заболеваний (CDC) Том Фреден назвал CRE «кошмарными бактериями», поскольку они вызывают самые опасные суперинфекции.

Энтеробактерии, которые поразили женщину, относились к виду Klebsiella pneumoniae: возбудители пневмонии и способны поражать органы мочеполовой системы. Анализы показали, что микроб устойчив ко всем 14 лекарственным препаратам, что применялись в больнице. Специалисты послали образец в лаборатории CDC для дальнейшего тестирования, результаты которого оказались неутешительными: в мире не существовало антибиотика, который мог бы справиться с инфекцией. Женщина была обречена.

Причина появления супербактерий лежит в самом применении антибиотиков. Некоторые из микроорганизмов из-за генетических различий оказываются чуть более устойчивыми к лекарствам, чем другие. Если пациент по каким-то причинам прерывает курс лечения антибиотиками, эти бактерии могут выжить и дать начало новой популяции. Этот отбор происходит снова и снова, в результате чего микроб развивает устойчивость к нему. Именно поэтому опасно частое употребление антибиотиков, в результате которого отбор происходит интенсивнее. Вспышки инфекций часто возникают в больницах, где постоянно применяют антибактериальные препараты и находится множество людей с ослабленным иммунитетом.

Случай с женщиной из Невады не единичный: каждый год, по оценкам специалистов, CRE убивают около 600 человек. Исследователи считают, что к 2050 году от суперинфекций будут ежегодно погибать до 10 миллионов людей. Этому способствует и то, что различные виды бактерий способны обмениваться генами устойчивости. Так, ген blaKPC находится в плазмидах — небольших кольцевых молекулах ДНК, которые отделены от хромосом. Плазмиды характерны для бактерий и служат своего рода транспортом, который облегчает горизонтальный перенос гена карбапенемазы от одной микробной клетки к другой. Кроме того, за пределами США обнаружен целый ряд бактерий с другими генами, способствующими устойчивости к антибиотикам.

Ученые из Гарвардской школы общественного здоровья Т.Х. Чана в Бостоне и Института Брода при Гарвардском университете и Массачусетском технологическом институте выяснили, что CRE обладают огромным генетическим инструментарием для развития устойчивости. Исследователи изучили геномы (всю совокупность генов и межгенной ДНК) 122 устойчивых к антибиотикам и 141 уязвимых для лекарств энтеробактерий из четырех больниц США.

Оказалось, что в каждой больнице присутствовали различные штаммы CRE, чья устойчивость к антибиотикам обусловлена различными генетическими факторами. Последние могут передаваться между микроорганизмами с помощью мобильных генетических элементов — последовательностей ДНК, которые тоже перемещаются и копируются внутри генома. Ученые обнаружили, что новые штаммы могут появляться в организме одного единственного пациента и передаваться другим, не вызывая симптомов в течение многих месяцев. В конце концов, в одном микроорганизме возникают комбинации генов, которые защищают его от множества препаратов.

По словам ученых, это означает, что существующие тесты не могут выявить множество резистентных бактерий. Дело в том, что анализы проверяют наличие определенных генов, способствующих устойчивости, однако при этом упускаются другие факторы неуязвимости. Поэтому одним из условий успешной борьбы с суперинфекциями авторы работы называют исследования целых геномов микробов, чтобы можно было выявить молекулярные механизмы устойчивости.