Где обитают резистентные бактерии и почему они теряют фитнес?

О механизмах антибиотикорезистентности и о том, ждёт ли нас конец эры антибиотиков, рассказывает Николай Маянский, доктор медицинских наук и профессор РАН.

— Николай Андреевич, правильно ли я понимаю, что вы исследуете антибиотикорезистентность с генетической точки зрения?

— Действительно, мы пытаемся проследить эволюцию устойчивости к антибиотикам на генетическом уровне при помощи лабораторной модели. Дело в том, что внешнее проявление такого свойства, как устойчивость, имеет генетическую основу. Иными словами, определив последовательность генома бактерии (генотип), можно предсказать, к каким антимикробным препаратам она будет устойчива (фенотип) и какой это механизм.

— Почему вы взяли для исследования именно синегнойную палочку?

— Синегнойная палочка, или Pseudomonas aeruginosa, это один из главных возбудителей внутрибольничной инфекции, устойчивый ко многим группам антибиотиков. В нашем проекте мы наблюдаем, как формируется резистентность в режиме реального времени. То есть мы используем изначально чувствительный микроб, который культивируем в условиях всё повышающейся концентрации антибиотика. Снимая определённые отсевы, или клоны бактерий, и анализируя их геном, мы можем понять, какие изменения генома приводят к устойчивости.

На примере синегнойной палочки, условно-патогенного микроорганизма, мы можем увидеть, как в течение трёх недель из чувствительного формируется высокорезистентный штамм. Проанализировав его генетическую последовательность, мы узнаём, что там произошло.

— А что там произошло? Как бактерия включает защиту от антибиотиков?

— А вот это мы как раз сейчас и анализируем. Сейчас мы находимся на этапе биоинформатического анализа. У нас есть два микроорганизма — исходный и резистентный, а также промежуточные формы, и мы отслеживаем изменения в известных генах, которые отвечают за резистентность. Это первое. А второе — ведётся поиск неизвестных механизмов устойчивости. Если в геноме устойчивого потомства есть отличия от чувствительного родительского штамма, мы можем предположить, что эти отличия так или иначе связаны с формированием устойчивости.

Мы знаем, что в клинике происходит «общение» микробов между собой, они обмениваются информацией, происходит передача мобильных генетических элементов — так называемых плазмид. Это называется горизонтальная передача. У нас есть чувствительная восприимчивая бактерия. Она встречается с резистентной, у которой ген мобильный, буквально перепрыгивает туда, и так всё это распространяется. Мы изучаем эти процессы.

— Что же делает микроб, чтобы «убежать» от антибиотика?

— Есть разные механизмы устойчивости. Например, устойчивость к пенициллинам появляется за счёт изменения структуры так называемых пенициллинсвязывающих белков. Эти белки выполняют у бактерий важные функции по строительству клеточной стенки, а пенициллины подавляют эти функции. Так вот микробы могут изменять структуру этих белков таким образом, что антибиотик к ним не может присоединиться, и всё — антимикробный эффект пропадает.

Существуют особые бактериальные ферменты, которые разрушают антибиотик. Микробы могут развернуть системы, активно выбрасывающие антибиотик из клетки (это называется эффлюкс), или, наоборот, заблокировать транспорт препарата внутрь клетки через трансмембранные белки порины. Важно помнить, что за всеми этими механизмами стоят изменения на генетическом уровне.

Но есть и другая сторона медали. Микроб за это платит тем, что часто становится менее жизнеспособным в среде, где нет антибиотика. Например, через эти же порины помимо антибиотиков поступают питательные вещества. Соответственно, микроорганизм кроме того, что приобретает устойчивость, становится более хрупким, менее жизнеспособным. У него нарушается фитнес.

— Микроб занимается фитнесом?

— Да, как человек ходит в спортзал, чтобы быть более здоровым и подвижным, так в каком-то смысле и бактерия тренируется. Она определённым образом приспособлена к той среде, в которой она живёт. И этими мутациями она снижает свой фитнес. Соответственно, или она погибает, или становится слабой. За счёт того, что антибиотик присутствует в среде, подавляет жизнеспособность других микробов, она еле-еле продолжает жизнь, но при этом не снижает свою патогенность.

Или же происходят другие компенсаторные мутации, которые мало изучены, но они позволяют восстанавливать бактериальный фитнес каким-то другим способом. Наша задача — эти механизмы тоже изучить. Здесь важна не сама по себе резистентность, а дополнительные «мышцы», питательные механизмы, которые у неё появляются. Возможно, в этих структурах тоже будут обнаружены какие-то изменения.

— Получается, микроорганизмы ведут себя очень хитро и стараются обмануть все человеческие ухищрения. Но ведь уже достаточно давно существуют анализы на устойчивость к тому или иному антибактериальному препарату по анализу той бактерии, которая присутствует в организме человека. Это какие-то другие методы?

— Мы не пытаемся разработать методы диагностики. Мы пытаемся понять, выявить неизвестные механизмы устойчивости. А методы диагностики существуют. Инкубируют микроб в присутствии разной концентрации антибиотика и смотрят, какая минимальная концентрация подавляет его рост. Это называется минимальная подавляющая концентрация (МПК). Соответственно, по её уровню судят, устойчивая бактерия или чувствительная. Ещё можно определить гены устойчивости. Это определяют методом полимеразной цепной реакции (ПЦР).

Определение генов устойчивости имеет важный практический смысл, поскольку по МПК мы не можем точно определить механизм резистентности. Если мы обнаруживаем конкретный ген, например, ген карбапенемазы — фермента, разрушающего антибиотики группы карбапенемов, — то мы выберем для лечения препарат, который содержит комбинацию антибиотика и ингибитора, т. е. вещества, которое подавляет активность этой карбапенемазы.

Николай Маянский, доктор медицинских наук, профессор РАН, руководитель Центра лабораторной диагностики РДКБ РНИМУ им. Н. И. Пирогова Минздрава России. Фото Наталии Лесковой.

— Я слышала, что сотрудники диагностических лабораторий всё чаще видят полную резистентность ко всем антибиотикам. Это так?

— Сейчас всё больше и больше сообщений, что появляются экстремально резистентные микроорганизмы, устойчивые ко всем известным антибиотикам. Действительно, чем дольше человечество живёт в антибиотическую эру, как это ни парадоксально, оно всё ближе к доантибиотической эре, когда все антибиотики перестанут быть эффективными.

— Что же делать?

— Задача медицинских учреждений и служб — улучшить практику применения антибиотиков. То есть не применять их, когда не надо, использовать антибиотики достаточно узкого спектра, не давать на банальные инфекции резервные антибиотики, предотвращать внутрибольничное распространение. Большинство наиболее устойчивых штаммов — это внутрибольничные штаммы. Здесь ослабленные пациенты, здесь широкое применение антибиотиков и тесный контакт.

За рубежом существуют специальные программы по контролю за применением антибиотиков, которые разрабатываются как на уровне больниц, так и отдельных территорий и стран, чтобы препятствовать формированию и распространению устойчивости. В ведущих клиниках РФ также существуют программы инфекционного контроля.

Интересно, что многое зависит от темперамента жителей. Наиболее низкая резистентность — это северные страны: Финляндия, Швеция, Норвегия. А самая высокая резистентность — Испания, Греция, во Франции было очень высоко.

— А Россия? У нас есть такие данные?

— В России устойчивость достаточно распространена и может отличаться в разных регионах. Стоит отметить, что усилиями наших коллег из Смоленска (НИИАХ) была разработана и сейчас функционирует онлайн-платформа для анализа и обмена данными по антибиотикорезистентности в РФ. Там можно получить актуальные данные по конкретным микробам и регионам.

У нас есть международные штаммы, которые встречаются по всему миру, и они обеспечивают резистентность. Это может быть связано с медицинским туризмом, когда люди куда-то едут, потом возвращаются, неся с собой эти штаммы. Конечно, в нашей стране налицо не совсем рациональное использование антибиотиков. Плюс внутрибольничные инфекции. Они сейчас называются инфекциями, связанными с оказанием медицинской помощи (ИСМП). Не во всех учреждениях существуют адекватные протоколы для того, чтобы с ними бороться. Хотя эффективность таких протоколов доказана.

— А как с ними надо бороться?

— Если появляется такой резистентный штамм, значит необходима обработка палаты, персонал меняет одежду и т. д. В принципе, все меры простые, но эффективные. Ковид показал, что не все хотят носить маски, перчатки, мыть руки. Так что проблема серьёзная. С одной стороны, растёт резистентность, с другой стороны, уменьшается число новых антибиотиков. Поначалу не верили, что практически к любому антибиотику может развиться резистентность. Но так и происходит. И фармфирмы, может быть, искусственно придерживают новые разработки: они видят, что даже к новейшим антибиотикам в течение 5–7 лет развивается резистентность, и их просто перестают покупать. Как ни парадоксально, несмотря на большой потенциал использования, антибиотики становится невыгодно производить.

— Николай Андреевич, есть ли какая-то статистика, сколько людей в нашей стране погибают из-за этой резистентности к антибиотикам? Приближаемся ли мы к доантибиотической эре по этим показателям, когда люди погибали от туберкулеза, пневмонии, от других инфекций?

— У нас такой статистики нет. Но, думаю, если посмотреть зарубежную статистику, ситуация будет идентичной. Мы пока не догнали показатели доантибиотической эры, но ситуация может измениться.

— Как вы считаете, если ничего не делать, будет ли всё хуже и хуже?

— Давайте посмотри на проблему иначе. Возможно, что рост резистентности — это наша плата за прогресс медицины. За то, что увеличивается число пациентов, которые раньше просто не выживали. Сегодня благодаря высокотехнологичной помощи они получают такое лечение, такие операции и в таком возрасте, которые раньше были невозможны. Перспективные медицинские технологии все время развиваются, и горизонта мы не видим. Поэтому будет увеличиваться число ослабленных пациентов, со слабым иммунитетом и ограниченным потенциалом сопротивления инфекции, и даже с этой позиции будет увеличиваться потребность в антибиотиках. И если не будут предприниматься известные меры для решения этой проблемы, всё может быть очень и очень плохо. Понимаете, мы сейчас соревнуемся с природой, с микроорганизмами, которые существовали за миллиарды лет до того, как появился человек. Раньше таких соревнований не было.

— А как же вакцинация? Это разве не соревнование с природой?

— Вакцинация — это очень хорошая мера, одна из наиболее эффективных медицинских процедур в истории человечества. Но, к сожалению, не всё можно профилактировать. Идут разработки в плане профилактики резистентных инфекций. Но там такие микроорганизмы, против которых пока не созданы вакцины. Допустим, против синегнойной палочки и других грамотрицательных возбудителей.

— А против пневмококка уже есть вакцинация.

— Да, есть. И здесь уже развернулось соревнование, о котором шла речь выше. В чём его суть? В том, что пневмококк имеет разные иммунологические варианты (серотипы). И вакцины нацелены только на некоторые серотипы (13, 15, 20), т. е. она не универсальна. Сейчас история пневмококковой вакцинации чуть более 20 лет. Можно сказать, что вакцинация оказалась чрезвычайно эффективна против вакцинных серотипов, их практически уже нет, но их место занимают другие серотипы. Происходит замещение серотипов, и надо постоянно расширять спектр серотипов в составе вакцины. Это ли не иллюстрация соревнований с природой?

— Значит, вакцинация вызывает появление новых серотипов?

— Нет, они и так уже есть, они где-то живут, но доминируют другие серотипы. А когда мы пытаемся какой-то из них вытеснить, то их нишу занимают другие серотипы, которые существовали раньше, но были незаметны. Хочу ещё раз сказать, что вакцинация, безусловно, остаётся очень эффективной мерой профилактики вакциноуправляемых инфекций, и мы видим примеры катастрофических последствий разрушения системы вакцинации, например вспышки дифтерии и кори в странах Восточной Европы, в различных регионах есть популяции, которые не прививаются в силу религиозных или ещё каких-то причин.

— Таких антипрививочников довольно много и у нас...

— Всё это приводит к печальным последствиям. Чего стоит одна вспышка дифтерии в начале 1990-х! Так что эти соревнования с природой — непростая вещь. В принципе, мы бы должны быть на шаг впереди.

— А мы на шаг позади?

— Да, наверное, пока так. Может быть, если бы исследования лекарств были менее зарегулированы, тогда больше был бы рынок тех же антибиотиков. Нам надо научиться внедрять уже известные, простые методы, которые доказали свою эффективность. Это поведение медперсонала, правильное назначение, рекомендации и протоколы, какие надо антибиотики, какие не надо и в каких случаях. Однако инерция, сила привычки, особенно в такой консервативной среде, как врачи, мешает реализации этих простых мер.

— Если сложно врачам, то что уж говорить о пациентах? Давайте приведём какой-то алгоритм правильного поведения пациента, который заболел вирусной инфекцией, у него насморк, болит горло. Что делать? Надо ли идти к врачу или подождать, когда само пройдёт?

— Есть разные ситуации, но я считаю, что надо обращаться к врачу, особенно в педиатрии. Беда в том, что у нас в аптеках антибиотики доступны. Самолечение — наше всё. У многих домашняя аптечка такого объёма и ассортимента, что ей позавидовали бы некоторые аптеки.

Я знаю со слов наших клиницистов, которые лечат пациентов в неотложной педиатрии, что там сложилась удивительная ситуация: в среднем обращались где-то на 4–5-й день лихорадки. То есть ребенок залихорадил, сначала одно, второе, третье, потом бабушкин рецепт, соседкин и так далее. Когда жар не спадает, везут к доктору. Но картина уже может быть смазана или какое-то осложнение развилось. Поэтому лучше не тянуть. Заболел — обратись к врачу. И никаких антибиотиков без назначения врача!

— А если врач назначил антибиотик?

— Если врач назначил — значит, надо принимать. Мы ставим врача вверху этой иерархии.

— Обязательно ли перед началом приёма антибиотика сдавать анализы крови — посмотреть, какие там показатели?

— Я считаю, что это не обязательно. Сейчас картина респираторных инфекций меняется. К тому же анализ крови редко может различить вирусную и бактериальную инфекцию. Без клинической картины, без врача он не даст понимания того, что у вас за инфекция и нужен ли антибиотик. В некоторых случая да, но далеко не всегда.

— Люди, напуганные ковидом, полюбили делать КТ лёгких. Нужно ли это, если у человека, например, кашель?

— Опять же нет, если врач не рекомендовал. Сейчас появилось много мнительных пациентов, которые готовы большие деньги платить, чтобы сделать КТ, МРТ всего тела. В результате находят какую-нибудь полость в головном мозгу или кисту. Человек с ней бы так и прожил, ни о чём не беспокоясь, но это начинает его беспокоить. В некоторых случая тактика страуса, который прячется в песок, может быть оправдана. Важно понять, когда нужно применять эту тактику, а когда лучше нет. Поэтому, если вас что-то тревожит, надо идти к врачу.