Проблема со здоровьем, которая может убить до 10 миллионов человек в 2050 году, если мир не будет действовать – 17.05.2021 – Наука

Пастер сказал, что удача благоприятствует только подготовленному уму (случайность благоприятствует только подготовленному уму).

Может быть, поэтому, когда Александр Флеминг вернулся из отпуска и обнаружил, что его урожай стафилококка заразил грибок, он не просто подчинился.

Вместо того, чтобы выбросить их в мусор, он заметил, что рядом с грибком колонии стафилококка погибли.

Это наблюдение привело к открытию пенициллина, положившему начало эре антибиотиков.

И я могу сказать, что те, кто живет в эту эпоху, вошли в историю нашего вида.

Антибиотики – это вещества, обладающие исключительной способностью убивать бактерии, не причиняя вреда инфицированному пациенту.

Вероятно, они, наряду с вакцинами, являются одним из самых важных научных достижений в медицине.

Бактерии снова могут быть основной причиной смерти человечества

До эры антибиотиков бактериальные инфекции были основной причиной смерти на планете.

Вот почему такие болезни, как чума, туберкулез, проказа или холера, стали частью нашей истории.

Казалось, что пришел конец, когда на сцену вышли антибиотики.

Но все было не так просто. Первым предупредил сам Флеминг.

В 1945 году в своей речи лауреата Нобелевской премии он предупредил, что неправильное использование этих молекул может привести к отбору устойчивых бактерий.

Однако в течение первых десятилетий эры антибиотиков было обнаружено множество новых молекул, и методы лечения работали без проблем.

Поэтому антибиотики использовались опрометчиво и в больших количествах.

Сегодня многое изменилось. Мы не открывали никаких новых антибиотиков в течение десятилетий, а бактерии с множественной устойчивостью (которые устойчивы к нескольким различным семействам антибиотиков) – наш хлеб насущный в больницах.

Фактически, в 2014 году, по оценкам, устойчивость к антибиотикам была причиной 700 000 смертей в год, а к 2050 году это число увеличится до 10 миллионов смертей в год.

Если мы не сможем остановить сопротивление, бактерии снова станут основной причиной смерти человечества, и пророчество Луи Пастера о том, что микробы будут смеяться последними, также сбудется (господа, последнее слово будет за микробами).

Ошибка недооценки бактерий

Как мы можем не предсказать появление множественной лекарственной устойчивости и потерю эффективности наших методов лечения?

Ну, в основном потому, что мы недооцениваем способность бактерий к развитию.

В отличие от простой модели мутации и отбора, которая, как считалось в начале 20-го века, управляла возникновением устойчивости, у бактерий есть несколько гораздо более эффективных стратегий преодоления неблагоприятных ситуаций.

Первый – это горизонтальный перенос генов, который заставляет бактерии разных видов обмениваться ДНК, которая может быть им полезна.

Это связывает все бактерии, которым угрожает опасность (например, те, которые находятся в больницах при лечении антибиотиками), с растворами других микроорганизмов из любой точки планеты.

Другая стратегия, которую мы не могли предсказать, – это существование у бактерий ускорителя эволюции, называемого интегроном.

Integron – это генетическая платформа, которая позволяет бактериям захватывать гены, которые обеспечивают новые функции, действуя как воспоминания, хранящие полезные функции для бактерий.

Одна из ключевых особенностей интегрона заключается в том, что гены, которые когда-то были полезны, но больше не используются, экспрессируются очень слабо. Другими словами, они представляют собой низкий расход энергии для бактерий.

Это фундаментально, потому что одна из причин, по которой мы думали, что бактерии никогда не будут иметь множественной лекарственной устойчивости, заключается в том, что мы думали, что устойчивость будет иметь высокие энергетические затраты. Интегрон решает эту проблему, экспрессируя несколько генов, которые ему не важны.

Но эта ситуация не статична: если бактерии атакуют антибиотики, интегрон активируется и перестраивает свои гены, чтобы найти ген устойчивости к антибиотикам, который теперь убьет его.

Короче говоря, интеграл подобен бактериальной памяти, которая позволяет вам изучать новые функции, сокращать затраты энергии, когда эти функции не используются, и запоминать их, когда они снова понадобятся.

Это привело нас к постулированию теории, согласно которой интегрон обеспечивает бактериям адаптацию по требованию.

Интегрон в действии

В нашей последней работе исследователи из Оксфордского университета, Великобритания, и Университета Комплутенсе в Мадриде, Испания, смогли увидеть интегрон в действии и подтвердить эту теорию.

Для этого мы сконструировали два почти идентичных интегранта патогенной бактерии Pseudomonas aeruginosa (бактерии, вызывающей респираторные инфекции).

Два интегрона имеют три гена устойчивости в одном и том же порядке, поэтому последний ген не придает устойчивости к гентамицину, потому что он плохо экспрессируется (но если мы поместим его в первую позицию интегрона, этот ген обеспечит устойчивость).

Единственное различие между двумя интегронами состоит в том, что на одном из них интеграза не действует. Интеграза – это именно тот белок, который отвечает за захват и реорганизацию интегронных генов.

Используя две идентичные бактерии, за исключением гена интегразы – в одном интегрон работает, а в другом – нет – можно сравнить способность к развитию резистентности, обеспечиваемую интегроном.

Для этого мы заставили несколько популяций этих двух бактерий в лаборатории вырасти до возрастающих концентраций этого антибиотика.

Таким образом, мы можем оценить их адаптивную способность, измерив количество популяций, которые выживают и вымирают при увеличении концентрации антибиотика.

Кроме того, мы секвенируем геномы популяций при низких и очень высоких концентрациях антибиотиков.

Наши эксперименты ясно демонстрируют, что когда интегрон работает, он позволяет большему количеству популяций выжить на высоких уровнях антибиотиков, чем когда это не так.

Секвенирование показало, что в начале этой эволюционной гонки интегрон случайным образом перестраивает свои гены устойчивости, создавая очень быструю генетическую изменчивость. И выбор антибиотиков может повлиять на эту изменчивость.

Это важно при более высоких концентрациях, когда мы обнаружили только бактерии, которые переместили ген устойчивости к гентамицину в первую позицию интегрона и, таким образом, смогли повысить его устойчивость.

В будущем наше исследование поможет разработать меры, снижающие сопротивляемость и помогающие нам сдерживать эту скрытую пандемию.

Эта статья была первоначально опубликована на сайте академических новостей The Conversation и переиздана здесь по лицензии Creative Commons.

Back to top button