Представьте мир, где больное горло никак не лечится, где порез или волдырь угрожают жизням людей даже в странах с передовым здравоохранением. В течении многих лет учёные предупреждают нас об этом сценарии, и это именно то, что произойдёт, если антибиотики потеряют способность лечить бактериальные инфекции. И если мы не хотим столкнуться с еще одним масштабным кризисом здравоохранения на нашем веку, то в этот раз у нас хотя бы есть время подготовиться заранее.
Как вообще открыли антибиотики, как бактерии могут их перехитрить и как смелая идея (поддержанная The Audacious Project) может помочь нам решить эту проблему? Разбираемся вместе с TED.
#1. Первый широко используемый антибиотик — пенициллин, — открыли в 1928 году. Пенициллин произвел революцию в медицине: препарат для терапии ангины и менингита появился благодаря череде случайных событий.
Итак, бактериолог Александр Флеминг вернулся в свою лабораторию в Лондоне после летнего отдыха. Собираясь в отпуск, он забыл поместить одну из чашек Петри в инкубатор, в результате чего там выросла необычная плесень. Стафилококки, — предмет изучения Флеминга, — оказавшиеся у пятна плесени, фактически умерли. Флеминг назвал эту плесень «пенициллин», и более десяти лет пытался выделить ее действующее вещество.
Группа биохимиков из Оксфордского университета — Ховард Флори, Эрнст Чейн и Норман Хитли — подхватили эстафету. В 1940 году им удалось очистить пенициллин и протестировать его сначала на мышах, а затем на первом человеке: полицейском, который заразился опасной для жизни инфекцией после того, как поцарапался о розовый куст в своем саду.
А в это время Англия участвовала во Второй мировой войне. Как пишут в книге «The Mold in Dr. Florey's Coat: The Story of the Penicillin Miracle» («Плесень в халате доктора Флори: история пенициллинового чуда» — прим. пер.), ученые разработали план действий на случай вторжения Германии: они втирали споры пенициллина в свои лабораторные халаты, чтобы сохранить результаты своей работы, если им придется бежать.
Чтобы разработать методы масштабного производства пенициллина, Флори и Хитли пришлось попросить помощи. Они работали как с фармацевтическими компаниями, так и с правительством США. К 1943 году США снабжали все силы союзников этим чудо-препаратом, что давало им огромное преимущество в лечении травм.
#2. Пенициллин положил начало золотому веку открытия антибиотиков, когда ученые были сосредоточены на поиске веществ с похожими свойствами.
Микробиолог Селман Ваксман протестировал 10 000 образцов почвы за свою карьеру. В 1943 году он идентифицировал стрептомицин, антибиотик широкого спектра действия, который до сих пор входит в схемы лечения туберкулеза.
Его работа быстро привлекла внимание фармацевтических компаний, и они тут же бросились исследовать почву. Как отмечает журналист по вопросам общественного здравоохранения Мэрин Маккенна, компания Pfizer поручила пилотам, исследователям и иностранным корреспондентам присылать образцы почвы из своих поездок; Eli Lilly заключила сделку с Альянсом христиан и миссионеров, чтобы получать материалы от его членов; Bristol-Myers связалась со своими акционерами с просьбой отправлять образцы земли, отовсюду куда бы они не отправились.
Эта тактика работала десятилетиями, давая десятки новых антибиотиков, но к середине 1970-х исследователи образцов почвы поняли, что снова и снова находят одни и те же молекулы.
#3. Последние сорок лет для поиска и идентификации новых антибиотиков ученые используют геномное секвенирование (это общее название методов, которые позволяют установить последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК — прим. пер.). Это медленный и дорогостоящий процесс. По словам Маккены, он стоит около 1 миллиарда долларов (1 000 000 000, поняли, да? — прим. пер.) на препарат, и дает относительно мало результатов.
Пока мы ищем, бактерии учатся противостоять доступным нам лекарствам. Они развивают устойчивость к антибиотикам — хитрые стратегии, которые мешают лекарствам повредить их клетки и вмешаться в процесс развития болезни. Некоторые бактерии весьма успешны в этом (и это страшно — прим. пер.). Как объясняет Маккенна в своем выступлении на TED Talk:
• ванкомицин начали назначать в 1972 году, а к 1988 году появились устойчивые к ванкомицину бактерии;
• в 1985 году появился имипенем, устойчивость к которому была отмечена в 1998 году;
• совсем недавно, в 2003 году появился даптомицин с заметной устойчивостью, а к 2004...
Грустно.
#4. Антибиотики — это мутагены (факторы, вызывающие мутации — прим. пер.). Они действуют, нападая на бактериальную клетку. Если клетка не погибнет сразу, то начнет бороться за выживание, поэтому использование антибиотиков даже по показаниям увеличивает вероятность мутаций, повышающих устойчивость к препаратам.
Устойчивые к воздействиям извне клетки способны передавать резистентность своему потомству с поразительной скоростью — бактерии воспроизводят новое поколение каждые 20 минут. Кроме того, клетки даже могут передавать свою устойчивость другим бактериям. Как говорит Маккенна в своем выступлении на TED Talk: «Бактерии могут передавать друг другу свою ДНК, как путешественники, передающие чемодан в аэропорту. Запуская этот механизм сопротивления, мы не знаем, к каким последствиям это приведет».
Резистентность может накапливаться. Некоторые группы клеток теперь обладают устойчивостью к нескольким антибиотикам, и эти трудноубиваемые бактерии называют «супербактериями», о которых вы, вероятно, слышали.
#5. Учитывая, насколько быстро бактерии учатся сопротивляться, было бы логичным пользоваться антибиотиками экономно и только тогда, когда это необходимо. Поступаем ли мы так? Не всегда.
В некоторых странах антибиотики доступны без рецепта, а в Европе и Северной Америке врачи назначают их слишком часто (как будто бы в России их назначают обоснованно и умеренно — прим. пер.) Слишком многие пациенты требуют антибиотик даже от простуды. По данным US Center for Disease Control, 30% рецептов на антибиотики, выписанных в США (в кабинетах врачей и больницах) бессмысленны.
#6. 70% всех продаваемых антибиотиков в США используются на фермах для борьбы с инфекциями домашнего скота и ускорения роста. Препараты используются при выращивании рыбы и креветок, в садоводстве для таких фруктов, как яблоки, груши и цитрусовые (хотя и это не всегда оправдано).
Потребление антибактериального мыла увеличивается. С пандемией COVID-19, люди стали гораздо чаще используют гели для дезинфекции рук и дезинфицирующие салфетки. Это правильный поступок, потому что вирус представляет существующую реальную угрозу, но в конечном итоге это тоже может повысить общую защиту бактерий.
#7. Судя по отчету ВОЗ за 2019 год, минимум 700 000 человек ежегодно умирают от лекарственно-устойчивых заболеваний. К 2050 году эта цифра может возрасти до 10 миллионов в год, что сделает антибиотико-резистентные инфекции более смертоносными, чем рак. Есть шансы, что мы еще будем жить в мире, в котором все медицинские достижения прошлого века будут бессмысленны.
#8. В дело вступает работа лаборатории Коллинза в Массачусетском технологическом институте. Лаборатория, возглавляемая синтетическим биологом Джимом Коллинзом, собирается ускорить процесс поиска новых антибиотиков и пополнить наш арсенал лекарственных средств. Они пользуются возможностями машинного обучения для проверки беспрецедентного количества молекул на предмет наличия свойств антибиотиков.
В исследовании 2020 года команда Коллинза объявила, что они определили новый высокоэффективный антибиотик: галицин. Названный в честь HAL 9000, разумного компьютера из «Космической одиссеи 2001 года» он обладает почти сверхспособностями. Галицин быстро убивает e. coli, m. tuberculosis и прочие бактерии (способен уничтожить 35 видов потенциально смертельных бактерий — прим. пер.), а также эффективен против вызывающих сепсис и пневмонию бактерий, получивших устойчивость к уже существующим антибиотикам.
Особенно важно, что галицин, по-видимому, не вызывает мутации, как другие антибиотики: кишечная палочка может развить устойчивость к другим антибиотикам за сутки, но она не смогла развить устойчивость к галицину даже после 30 дней воздействия. Хотя ученым уже давно известно о галицине — он был протестирован как средство от диабета много лет назад, — никто не подозревал, что он обладает антибиотическими свойствами. «Он не похож на известные нам антибиотики, поэтому было бы почти невозможно распознать его как антибиотик», — говорит Коллинз.
С поддержкой инициативы по финансированию The Audacious Project, лаборатория Collins Lab ищет новые препараты. Их миссия — определить семь новых классов антибиотиков для борьбы с семью самыми смертоносными бактериальными патогенами в мире в течение следующих семи лет.
Исследование начинается с анализа антибактериальной активности 100 000 известных молекул. Исследователи также могут использовать то, что алгоритм узнает об антибактериальных свойствах, для разработки совершенно новых химических соединений, которые можно синтезировать и протестировать. Основываясь на химической формуле, с помощью машинного обучения они предсказывают, могут ли новые молекулы убить бактерии. В ходе этого процесса можно найти средства, идеально подходящие для лечения смертельных инфекций.
#9. Как рассказал Коллинз в своем выступлении на TED, его команда тренирует платформу ИИ для поиска новых антивирусных препаратов, которые могут лечить коронавирус. В то же время они хотят модифицировать вакцину БЦЖ, которая в настоящее время используется для профилактики туберкулеза, чтобы включить в нее антигены COVID-19. Наконец, они работают над созданием маски, которая могла бы постоянно проверять носителя на COVID-19 во время дыхания (вау!). Они планируют сделать это путем расположения датчиков РНК на ткани.
В следующий раз когда заболеете, еще раз посоветуйтесь с врачом, чтобы убедиться, что антибиотик действительно необходим. Если это так, обязательно следуйте инструкциям из рецепта, чтобы полностью убить бактерии, а не просто снять симптомы, но вызвать резистентную мутацию у выжившей популяции бактерий в вашем организме. В повседневной жизни вам стоит искать мясо без антибиотиков и покупать обычное мыло, а не антибактериальное — оно также эффективно против вирусных частиц.
Наши переводы и статьи на пикабу и VK | Telegram | Яндекс.Дзен | medicalrave@gmail.com
Картинки и книжки будут в инстаграмме
