Несколько лет назад инфекционисты объявили о кризисе антибиотикотерапии. Доступность и дешевизна антибиотиков способствовали тому, что их использование вышло за рамки строгих показаний, дозировки и длительности курсов. Это привело к снижению их эффективности за счет появления штаммов болезнетворных бактерий, устойчивых даже к самым сильным препаратам.
«Антибиотикорезистентные организмы — это чрезвычайно серьезная проблема. Весь наш арсенал антибактериальных препаратов постепенно теряет свою эффективность», — говорит Боб Хэнкок, профессор отделения микробиологии и иммунологии Университета Британской Колумбии (Канада).
В апреле 2014 года Всемирная организация здравоохранения опубликовала доклад, в котором ее эксперты еще раз предупредили о грозящей человечеству опасности: отсутствие действенных антибиотиков сделает весьма сложными, либо вообще невозможными многие стандартные медицинские вмешательства, такие как хирургические операции, химиотерапия, трансплантация органов и даже лечение мелких травм и ожогов. ВОЗ призвала ученых всего мира сконцентрировать усилия для разработки новых действенных препаратов.
Для того, чтобы обойти резистентность патогенов к антибиотикам, нужно понять, как именно она развивается, что помогает микроорганизму выжить и со временем стать неуязвимым для того оружия, которое создал самый умный из его симбиотических хозяев.
Ряд новейших исследований свидетельствует о том, что не последним фактором, способствующим сопротивляемости патогенов, является их коллективный организатор — биопленка.
Биопленка — это микробное сообщество, состоящее из клеток, которые прикреплены к поверхности или друг к другу. Биопленки могут образовываться на различных органах и тканях в организме человека и животных. Отдельные микроорганизмы формируют пленку, «склеиваясь» между собой при помощи полимерных веществ, выделяемых клетками. Хронические инфекции, возникновение которых связано с использованием медицинского имплантированного оборудования (линз, катетеров, протезов, искусственных клапанов сердца), обусловлены способностью бактерий расти в виде биопленок на поверхностях этих устройств.
При этом характеристики индивидуальных микроорганизмов в подобном сообществе изменены по сравнению с одиночными. Параметры роста, деления, проявления генетически обусловленных качеств в сообществе изменены, и патогены в биопленке более выносливы и жизнеспособны. Бактерии, живущие внутри биопленок, проявляют значительно более высокую устойчивость к антибиотикам, в отдельных случаях она может превышать индивидуальную устойчивость одиночного патогена в 1000 раз.
Специалисты Университета Южной Калифорнии и Научного института Оук Крест недавно провели интересное исследование, в процессе которого выяснили, что низкие дозы антибиотиков, применяемые при хронических пневмониях, синуситах и отитах, не только не подавляют инфекцию, но даже способствуют процветанию патогенов в биопленках.
Давно замечено, что маленькие дети, перенеся один отит, очень часто болеют повторно, даже если их пролечили антибиотиками. Руководитель исследования доктор наук Пол Вебстер предположил, что каждый последующий курс каким-то образом способствует усилению первичной биопленки патогенов.
Ученые провели эксперимент с не-типируемым штаммом бактерии Heamophilus influenza (NTHi), обычным возбудителем воспаления уха. Его подвергли умеренным дозам ампициллина (препарата, типично используемого для лечения инфекций дыхательных путей и уха), а также бета-лактамных антибиотиков. Патогены ответили на это усиленной продукцией полисахарида гликогена, который повысил плотность биопленки.
Размножаясь, бактерии остаются под защитой вязкой полисахаридной оболочки, а кроме того, гликоген служит прекрасной пищей для новых патогенов. Множественные курсы умеренных доз антибиотиков создают практически неисчерпаемые запасы питания для болезнетворных организмов, превращая инфекцию в хроническую. Дети часто страдают отитами, взрослые — повторяющимися пневмониями.
Доктор Вебстер считает, что наука должна двигаться в двух направлениях: во-первых, продолжать изучение процессов формирования биопленок для различного рода инфекции и искать способы их предотвратить, во-вторых, исследовать возможности разрушения биопленок и преодоления той части устойчивости, которая связана с их защитным эффектом.
Ученые Университета Британской Колумбии смогли продвинуться в обоих направлениях. Они открыли молекулу, которая способна разрушить биопленку и предотвратить формирование новой. Молекула представляет собой пептид 1018, состоящий всего из 12 аминокислот и действующий на широкий спектр микроорганизмов.
В соответствии с особенностями строения клеточных оболочек бактерии делятся на грамположительные и грамотрицательные. Каждая из групп в силу своих структурных особенностей чувствительна к разным классам препаратов. На удивление, пептид 1018 оказался эффективен как против грамположительных, так и против грамотрицательных бактерий, а также против ряда антибиотикорезистентных патогенов, представляющих серьезную проблему для медиков. Среди них — синегнойная палочка Pseudomonas aeruginosa, возбудитель так называемых внутрибольничных инфекций, абсцессов и гнойных воспалений, энтеритов и циститов; кишечная палочка E.coli, вызывающая тяжелые пищевые отравления; метициллин-резистентный золотистый стафилококк MRSA, вызывающий сепсис и пневмонию; палочка Фридлендера Klebsiella pneumonia,возбудитель пневмонии и мочеполовых инфекций.
Руководитель исследования профессор Боб Хэнкок считает, что его группа существенно продвинула науку в деле поиска новых препаратов для борьбы с бактериальными инфекциями. Их коллеги из Университета Томаса Джефферсона (Филадельфия) исследовали ту же проблему, применительно к инфекциям суставов.
Для начала они задались вопросом: почему воспаления суставов так плохо поддаются излечению? Предполагая, что ответ может заключаться в защитной роли биопленки, ученые провели эксперимент: они вырастили бактерии, а именно штаммы метициллин-резистентного золотистого стафилококка в трех средах: в обычной лабораторной жидкости для выращивания бактерий, в крови и в синовиальной жидкости, которая представляет собой густую эластичную массу, заполняющую полость сустава. Оказалось, что в третьей среде патогены по мере роста формировали не просто пленку, а очень плотные комки, которые не только защищали их от проникновения антибиотиков, но и способствовали замедлению их роста, а антибактериальные препараты, как известно, нацелены на уничтожение быстро растущих клеток.
Исследователям удалось не только открыть причину того, почему суставные воспаления так плохо поддаются лечению, но и найти способ преодолеть проблему! Формирование биопленки экспериментаторы остановили, добавив в среду фермент плазмин, что сделало бактерии более чувствительными к антибиотику. Для того чтобы применить результаты, полученные в лабораторных условиях, на практике, возможно, потребуются годы, однако это реальный прорыв в преодолении кризиса антибиотикотерапии.
Еще одно открытие американских ученых (Калифорнийский Университет, Санта-Барбара): биопленку синегнойной палочки Pseudomonas aeruginosa можно разрушить при помощи ионного расплава солей гераниевой кислоты. Препарат не только показал способность нейтрализовать биопленку высоко резистентного микроогрганизма, сформировавшуюся в течение 72 часов, но и доставил антибиотик цефадроксил через ороговевший слой кожи в ее глубокие слои. Но самое главное заключается в том, что ионный расплав самостоятельно обезвредил 95% патогенов, выращенных в течение 24 часов на смоделированной кожной ране, и 98% — действуя вместе с антибиотиком цефтазидимом. Сам по себе цефтазидин, введенный в инфицированную рану, справился лишь с 20% бактерий синегнойной палочки.
Исследователи собираются продолжать работу в двух направлениях: исследовать действие ионных расплавов солей на широкий спектр болезнетворных организмов, как грамположительных, так и грамотрицательных, а также на основе результатов, полученных в лаборатории, поставить клинический эксперимент.
А вот открытие ирландских исследователей близко к реальному воплощению. В Школе фармацевтики Королевского университета (Белфаст) приготовили антибактериальный гель, способный разрушить биопленку синегнойной палочки, стафилококка и кишечной палочки. Гель представляет собой композицию антибактериальных нано-веществ, созданных из модифицированных пептидов. С его помощью удалось нейтрализовать 94% биопленки кожного стафилококка.
Доктор наук Гарри Лаверти, руководитель исследования, считает, что созданные его коллективом гели смогут победить большинство вниутрибольничных супербагов.
Есть еще одно большое и важное направление в работе ученых в борьбе с антибиотикорезистентными инфекциями. Это развитие терапии бактериофагами. Однако это обширная и интересная тема, заслуживающая отдельной статьи.
