Начало и конец прекрасной эпохи антибиотиков

80 лет назад человек впервые получил пенициллин в качестве лекарства. С тех пор антибиотики спасли жизнь миллионов людей, но, кажется, их век подходит к концу. Выживем?

Pixabay.com/CC0

Шипы и розы

12 февраля 1941 года медики впервые применили антибиотик для лечения человека. Бактериолог Говард Флори и биохимики Эрнст Чейн и Норман Хитли сделали инъекцию пенициллина английскому полицейскому Альберту Александру. 45-летний мужчина был к тому времени уже почти безнадежен: он поранил лицо шипом розы еще в декабре 1940 года, когда подрезал цветы, и с тех пор у него развилась опасная для жизни инфекция, вызванная стафилококками и стрептококками. Из-за абсцесса лицо несчастного пациента покрылось нарывами, один глаз пришлось удалить при госпитализации.

Антибиотика как лекарства тогда не существовало, врачи выделили антибактериальное вещество из плесневого гриба Penicillium notatum — по методу микробиолога Александра Флеминга, совершившего свое знаменательное, но случайное открытие природного пенициллина еще в 1928 году во время наблюдения за загрязненной чашкой Петри в своей лаборатории. Поскольку опыты с лечебной плесенью к 1940-м годам ограничивались лишь мышами, первым подопытным человеком мог стать только умирающий, которому не смогла помочь традиционная медицина.

В первые сутки после введения 160 мг пенициллина у Альберта Александра спала температура, вернулся аппетит, царапина начала заживать. Однако доза пенициллина оказалась недостаточной: из-за нестабильности вещества и ограничений военного времени (шла Вторая мировая война) Флори и его коллеги не смогли спасти пациента. Надо отдать им должное: они боролись до последнего и выделяли пенициллин из мочи Александра, пока не исчерпались все запасы.

Несмотря на скорую смерть пациента — 15 марта 1941 года — для медицины этот опыт был большим успехом: с него началась история применения антибиотиков. За открытие пенициллина и его лечебных свойств Флори и Чейн, а также первооткрыватель Александр Флеминг удостоились Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1945 году.

Если бы открытие антибиотиков не состоялось, кровопролитная Вторая мировая война повлекла за собой еще более масштабные жертвы. В 1940-е годы медики и ученые стремились улучшить методы производства пенициллина, сделав вещество более устройчивым для хранения и применения. Американские компании вкладывали огромные деньги в фабрики, на которых в гигантских баках выращивался, проветривался и перемешивался грибок.

«Плесень так же темпераментна, как оперный певец, урожайность низкая, изоляция губительна, очищение грозит катастрофой», — говорил о сложностях производства исполнительный директор Pfizer Джон Смит.

Благодаря таким усилиям поставки пенициллина вскоре стали доступны не только американским военным, но к 1945 году и мирному населению. В СССР пенициллин был впервые выделен в 1942 году микробиологом Зинаидой Ермольевой. Эта женщина не только получила спасительную плесень, но и активно участвовала в организации промышленного производства первого антибиотика, что спасло сотни тысяч жизней русских солдат во время Великой отечественной войны.

Флеминг, следивший за тем, как его детище становится лекарством №1 в мире, сказал на вручении Нобелевской премии: «Мне было интересно видеть, как простое наблюдение, сделанное в бактериологической лаборатории одной из лондонских больниц, в конечном счете превратилось в огромную индустрию и как то, что все одно время принимали за одну из моих игрушек, путем очищения стало самым большим приближением к созданию идеального вещества для лечения множества известных заболеваний».

Антибиотики во многом отключили естественный отбор. С их появлением детская смертность упала в разы, а продолжительность жизни увеличилась в среднем на 15 лет. Человечество получило эффективный инструмент для борьбы с болезнями и поддержания жизни.

Смотрите нашу галерею о бактериях, с которыми вы сталкиваетесь каждый день:

фотографий

Закат

Однако торжество пенициллина оказалось недолгим. Едва Флеминг получил Нобелевскую премию, как выяснилось: у бактерий появляется устойчивость или резистентность. Говоря на языке микробиологов, бактерии вырабатывают ферменты, расщепляющие молекулу пенициллина. На практике это означало, что все больше пациентов не реагировали на пенициллин и состояние их не улучшалось.

В 1946 году было 14% людей с резистентностью к пенициллину, в 1950 году – 59%. А к 1990 годам уже 95% больничных штаммов устойчивы к пенициллину, поэтому его больше не используют в лечении бактериальных инфекций.

Как ни странно, об этом предупредил Флеминг все в той же Нобелевской речи. «Настанут времена, когда любой сможет купить пенициллин в магазине, поэтому есть опасность, что какой-нибудь несведущий человек может легко принять слишком малую дозу и вырастить в себе микроорганизмы под влиянием низких концентраций лекарства, которые будут устойчивы к пенициллину. Вот гипотетический пример. У мистера X заболело горло. Он покупает пенициллин и принимает его в количестве, недостаточном для уничтожения стрептококка, но достаточном, чтобы научить его сопротивляться пенициллину. Затем он заражает свою жену. У неё возникает пневмония и её лечат пенициллином. Поскольку стрептококк теперь устойчив к пенициллину, то лечение оказывается неэффективным, и миссис X умирает. Кто изначально виноват в ее смерти? Ее муж, который халатным отношением к пенициллину изменил природу бактерии. Мораль: если вы лечитесь пенициллином, используйте его в достаточном количестве».

Слова Флеминга оказались пророческими и они коснулись не только пенициллина, но и других антибиотиков. Произошло и то, чего нобелевский лауреат никак не ожидал: антибиотики нашли применение в сельском хозяйстве и животноводстве, и там они и по сей день применяются даже в большем количестве, чем в медицине.

Препаратами кормят свиней и коров, обрабатывают овощи и фрукты для сохранности. Бесконтрольное их использование в течение десятилетий привело к тому, что у многих людей выработалась резистентность и их оказалось нечем лечить, как в эпоху до изобретения антибиотиков.

«Если в 1950-х годах мы считали, что к концу XX века победим все инфекционные заболевания, то сейчас, в XXI веке мы понимаем, что если не будем всеми возможными силами препятствовать распространению вот этих резистентных штаммов – то проиграем эту битву. Мы уже ничего не можем особого предложить для выздоровления таких больных. То есть больной будет выздоравливать сам, как в доантибиотиковую эру», — рассказала каналу «Наука» Елена Ильина, профессор РАН, заведующая лабораторией молекулярной генетики микроорганизмов ФНКЦ физико-химической медицины, кандидат биологических наук.

В начале 2017 года в мире произошло событие, которого давно боялись ученые. В США был зафиксирован первый в мире случай смерти от устойчивой к 26 антибиотикам супербактерии! Жертвой стала 70-летняя женщина, которая заразилась во время поездки в Индию инфекцией, вызванной бактерией «клебсиелла пневмонии» (Klebsiella pneumoniae). Ее пробовали лечить всеми антибиотиками, доступными в США, но супербактерия оказалась сильнее, и женщина умерла от септического шока.

В последние годы подобные случаи стали регистрироваться все чаще и чаще. По результатам исследований ВОЗ, в 2016 году в мире от инфекций, вызванных устойчивыми к антибиотикам бактериями, умерло 700 000 человек. К 2050, по прогнозам, это число может возрасти до 10 млн — это больше, чем сейчас умирает от рака. Более того, многие известные заболевания, которые казалось бы, остались в прошлом, возвращаются с новыми, агрессивными штаммами бактерий, против которых нет лекарств.

«У нас может возникнуть ситуация, когда мы вернемся в век до антибиотиков, и антибиотики, в принципе, не будут лечить никакие заболевания», — рассказал каналу «Наука» Евгений Олехнович, научный сотрудник ФНКЦ физико-химической медицины, кандидат биологических наук.

Почему так происходит? В природе антибиотики производятся бактериями или грибами. По сути это те вещества, которые выделяют сами бактерии для регуляции внутри сообщества и атаки на врага. Некоторые антибиотики ученые нашли буквально в земле: их источником стали богатейшие микробные культуры в почве.

То есть, употребляя антибиотики, мы используем природное оружие бактерий против них самих. Но так уж задумано эволюцией, что в природе выживают самые приспособленные микроорганизмы — и в их многообразном сообществе находятся такие, которые способны пережить даже сильные антибиотики.

А те, кто выжил, оставляют свое еще более живучее потомство, и так со временем формируется механизм устойчивости, который для человека оказывается фатальным.

Есть ли жизнь после антибиотиков

Если в середине XX века ученым казалось, что антибиотики можно открывать бесконечно, то в XXI веке этот процесс существенно замедлился. Начиная с 2000 года производство пошло на спад: появилось всего пять препаратов. За 2015-2016 годы новых антибиотиков вообще не зарегистрировано. Современная наука пока бессильна найти вещество, к которому бактерии не выработали бы устойчивость.

Что у нас остается в запасе? Разве что «антибиотики последнего резерва» — препараты, которые используются крайне редко и приберегаются на крайний случай. Но они крайне токсичны для организма. На смену антибиотикам могут прийти так называемые лантибиотики или молекулы-ловушки. Эти вещества вырабатываются также самими бактериями, вот только действуют они по-другому. Но пока новых лекарств нет, инфекционные заболевания по старинке лечат с помощью давно созданных антибиотиков. Пандемия Ковид-19 во многом ускорила выработку резистентности за счет массового приема антибактериальных препаратов и приблизила нас к тому времени, когда антибиотики окажутся бесполезны.