Роб Данн - Не один дома. Естественная история нашего жилища от бактерий до многоножек, тараканов и пауков

Но уже в те далекие годы многим, а не только Айхенвальду и Шайнфилду было понятно, что рано или поздно бактерии адаптируются даже к новым антибиотикам, точно так же, как вредители и сорняки приобретают устойчивость к пестицидам и гербицидам. Об этом говорил еще открыватель пенициллина Александер Флеминг в своей Нобелевской речи 1945 г. [310]Ученые признавали, что использование антибиотиков, особенно у новорожденных, помимо уничтожения патогенов, создает благоприятные условия для группы необычных бактерий, которые едва ли можно назвать полезными. То же самое отмечал в своей работе Шайнфилд, но писал об этом как о чем-то само собой разумеющемся и общеизвестном. Успех применения первых антибиотиков был очевиден, но наблюдательных людей беспокоили его долговременные последствия: принять лекарство было очень легко, но антибиотики давали побочный эффект, убивая другие микробы, в том числе полезные виды, живущие внутри нас или на коже, а по мере выработки устойчивости к ним в перспективе должны были становиться и вовсе бесполезными. Если применять антибиотики осмотрительно и в умеренных дозах, это может произойти нескоро. В противном случае следовало ожидать высокой скорости приспособления. И, при полном понимании всех этих побочных эффектов, медицина выбрала радикальный подход. Антибиотики стали использовать очень часто и, как правило, даже не задумываясь, так ли это необходимо.

Когда Флеминг и другие ученые предсказывали, что микробы выработают устойчивость к антибиотикам, они знали, что это произойдет, но не знали, каким именно образом. Сегодня мы вполне понимаем эти механизмы. В крупных популяциях бактерий некоторые особи, вероятно, имеют (или приобретают) мутантные гены, позволяющие им выжить после воздействия антибиотика. Такая бактерия необязательно должна быть мощным конкурентом, достаточно просто выжить, потому что антибиотик убьет всех соперников. Появление таких мутантов и рост их числа в присутствии антибиотиков можно наблюдать в лабораторных условиях. К примеру, в одном из недавних экспериментов Майкл Бейм, Рой Кишони и их коллеги по Гарвардской медицинской школе установили длинный лоток (60 × 120 см), заполненный питательной средой на основе агар-агара. В этом эксперименте ученые решили перехитрить бактерии. Лоток состоял из нескольких прямоугольных чашек Петри, в которых к агар-агару был подмешан антибиотик. В левой и правой чашках, куда помещали бактерии, антибиотика не было. Концентрация антибиотика увеличивалась по направлению от краев к центру, и в самом центре она многократно превышала концентрацию, обычно используемую в медицине, доходя до предельно возможных значений. Далее все, что происходило, ученые снимали камерой.

Сначала высеянный бактериальный штамм полностью заселил агаровый субстрат, где не было антибиотика, покрыв его поверхность живым ковром. Со временем запасы пищи здесь истощились. Бактерии перестали делиться. Совсем рядом было целое поле еды, но оно было напичкано антибиотиком. В этих условиях любая бактерия, способная употреблять такую пищу, имеет высокие шансы выжить и дать начало следующим поколениям, которые монополизируют кормовой ресурс. Они добились бы большого успеха, даже проигрывая в эффективности тем микробам, что росли на свободном от антибиотиков субстрате. В начале эксперимента ни одна бактериальная клетка не имела генов, дающих ей устойчивость к антибиотику. Все были равно беззащитны. Если бы все так и оставалось, то бактерии остановились бы у опасной черты и на этом эксперимент завершился. Но они не остановились.

За сравнительно короткое время первоначального роста среди микробов появлялись мутанты. Очень немного в каждом поколении. Но эти поколения сменялись так быстро, что вскоре некоторые бактерии были способны расти при низких концентрациях антибиотика. Всего несколько штаммов, возникших в результате совместной работы мутаций, половых связей и выживания. Довольно быстро они съели всю пищу, которая была в чашках с небольшими концентрациями лекарства, и среди микробов снова начался голод. Однако со временем у какой-то одной бактерии произошла мутация, позволившая ей употреблять агар-агар с более высокой концентрацией антибиотика. Постепенно, благодаря очередным мутациям, осваивались все более высокие концентрации, и наконец даже самый смертоносный агар-агар был успешно заселен, и весь лоток покрылся сплошным слоем бактериальных клеток. Все эти события, шедевр эволюционной изобретательности и настойчивости, заняли 11 дней. Одиннадцать дней [311].

Думаете, это очень быстро? Да, однако в больницах (и в наших домах) эволюция протекает еще быстрее. Здесь бактериям не нужно ждать, пока возникнут необходимые мутации. Чтобы приобрести устойчивость к антибиотикам, они могут позаимствовать нужные гены у других бактерий. Это значит, что в реальных условиях подобный эволюционный процесс займет гораздо меньше времени, чем 11 дней. Так оно и происходит снова и снова с тех самых пор, когда медики отказались от инокуляции новорожденных полезными штаммами, а антибиотики применяются все шире и шире.

Сегодня из-за чрезмерного употребления антибиотиков проблемы, вызываемые устойчивыми патогенами, куда опаснее, чем в 1950-е гг., когда впервые появился штамм 80/81. Они серьезно угрожают не только новорожденным, но и людям других возрастов. Изначально некоторые (но не все) разновидности 80/81 удавалось уничтожить с помощью пенициллина. Уже к концу 1960-х гг. практически все случаи заражения золотистым стафилококком обусловливались штаммами, устойчивыми к этому лекарству. Немного времени спустя возникли новые штаммы Staphylococcus aureus , устойчивые к действию метициллина и других антибиотиков. В 1987 г. 20 % всех случаев заражения стафилококком в США были вызваны разновидностями, не поддающимися лечению ни пенициллином, ни метициллином. К 1997 г. уже более 50 %, а к 2005 г. — 60 %. Увеличивается не только доля заражений, вызываемых резистентными микробами, но и количество антибиотиков, к которым нечувствительны бактерии, как в США, так и по всему миру. Многие случаи заражения сегодня обусловлены штаммами стафилококка, резистентными ко всем антибиотикам, кроме так называемых антибиотиков последней надежды, таких как карбапенемы, к которым врачи прибегают лишь в самых тяжелых случаях [312]. Но возбудители некоторых инфекций становятся устойчивыми и к ним. Только в Соединенных Штатах это ежегодно обходится системе здравоохранения в миллиарды долларов и уносит десятки тысяч человеческих жизней [313]. США вовсе не исключение, это мировая тенденция. Не является исключением и золотистый стафилококк. Устойчивость к антибиотикам постепенно приобретают бактерии, вызывающие туберкулез ( Mycobacterium tuberculosis ), а также возбудители кишечных инфекций — кишечная палочка и сальмонеллы. В одних случаях рост резистентности обусловлен злоупотреблением антибиотиками при лечении людей, в других — комбинированным воздействием, когда к первому добавляется еще ветеринария. Антибиотики вводят коровам и свиньям, чтобы те быстрее жирели [314].