Антибиотики, также известные как антибактериальные и противомикробные препараты, произвели революцию в медицине во второй половине 20 века. Но со временем успех антибиотиков может быть полностью сведен на нет их боевыми аналогами: устойчивыми бактериями.
Люди злоупотребляли антибиотиками, просто применяя их для лечения всех видов инфекций, от пневмонии до ангины, но также иногда принимая слишком много их или вводя их в сельскохозяйственные системы, животных и пищевые продукты, как показывает CDC. Это чрезмерное использование открыло двери для бактерий, чтобы превратиться в устойчивые штаммы, чтобы вытеснить лекарства. Сейчас мы находимся в месте, где отчаянно необходимо внести изменения, чтобы предотвратить миллионы смертей от устойчивости к антибиотикам в ближайшие десятилетия. Эти микроскопические микробы кажутся умнее нас.
Авторы отчета 2010 года об эволюции устойчивости отмечают, что микробы обладают «экстраординарными генетическими способностями», которые извлекают выгоду из «чрезмерного использования человеком антибиотиков для использования всех источников генов устойчивости … для развития [устойчивости] к каждому антибиотику, введенному в практику клинически., в сельском хозяйстве или иным образом ». Вот как антибиотики превратились из революционного прорыва в медицине в серьезную проблему для общественного здравоохранения.
Что было первым, антибиотик или резистентность?
Эпоха антибиотиков, как ее называют, могла начаться только в 21 веке, но антибиотики все еще использовались в древней народной медицине. Термин «антибиотик» имеет чрезвычайно широкое определение, описывая активность любого соединения или химического вещества, которое может применяться для уничтожения или подавления бактерий, вызывающих инфекционные заболевания.
350-550 г. н.э. Самые ранние следы использования антибиотиков датируются тысячелетиями. Тетрациклин - распространенный антибиотик, который до сих пор используется, - был обнаружен в скелетах из Суданской Нубии, области, которая включала Древний Египет. Исследователи полагают, что древние нубийцы на самом деле варили тетрациклин в своем пиве или иным образом включали его в свой рацион в течение длительного периода времени, потому что это соединение было обнаружено глубоко в их костях, а количество зарегистрированных инфекционных заболеваний у населения, по-видимому, довольно низкое. Это открытие опровергло широко распространенное мнение о том, что антибиотиков не существовало до 1928 года.
Однако трудно обнаружить другие древние антибиотики, кроме тетрациклинов, поскольку большинство из них не проникает в кости и зубную эмаль таким же образом. Остались только документы и анекдоты, чтобы дать нам представление об использовании других древних антибиотиков. То, что сейчас известно как противомалярийный препарат, артемизинин, использовалось в древней китайской медицине, и возможно, что травники также использовали заплесневелый хлеб, чтобы предотвратить инфицирование ран. Есть также исторические свидетельства того, что в Иордании красные почвы, богатые бактериями, продуцирующими антибиотики, использовались для лечения кожных инфекций, таких как сыпь.
И пока существуют антибиотики, резистентность бактерий существует вместе с ними - но никогда в таком большом масштабе. «Естественная история генов устойчивости к антибиотикам может быть раскрыта с помощью филогенетической реконструкции, - пишут авторы одного исследования, - и этот вид анализа предполагает долгосрочное присутствие генов, обеспечивающих устойчивость к нескольким классам антибиотиков в природе задолго до того, как эра антибиотиков ». Короче говоря, бактерии всегда делали то, в чем они хороши: находили способы выжить.
1928. Александр Флеминг, шотландский биолог, вывел борьбу с инфекциями на новый уровень, определив пенициллин, сделав этот год началом современной эры антибиотиков.
По всей видимости, открытие было случайным. Флеминг оставил непокрытую чашку Петри с бактериями стафилококка возле открытого окна в своей подвальной лаборатории и утром обнаружил, что рост плесени сдерживает рост бактерий. Пенициллин, который получают из грибов, известных как Penicillin rubens, стал первым соединением, официально используемым в качестве антибиотика.
1943. Пенициллин был на пути к массовому производству и активно использовался для лечения войск союзников, сражавшихся в Европе во время Второй мировой войны. Считающийся чудодейственным лекарством, он вскоре стал доступен широкой публике, несмотря на предупреждения Александра Флеминга о том, что чрезмерное употребление может привести к появлению мутантных бактерий. Поскольку бактерии могут переносить гены горизонтально - от одной бактерии к другой сразу, - ее способность разделять резистентность добавляла растущей угрозы, на которую не обращали внимание многие ученые и врачи того времени.
1948. Перенос использования антибиотиков из медицины в сельское хозяйство также произошел довольно случайно. Роберт Стокстад, специалист по питанию животных, и Томас Джукс, биохимик, работали в компании Lederle над разработкой «фактора животного белка», который мог бы улучшить рост цыплят и увеличить прибыль от птицеводства. Первоначально исследователи экспериментировали с витамином B12, который, как считалось, ускоряет рост животных, но в конечном итоге обнаружили, что клеточные остатки бактерий Streptomyces aureofaciens, из которых извлекаются тетрациклины, содержат большое количество витамина. Поскольку лаборатории Ледерле также открыли первый тетрациклин, исследователи получили доступ к большому количеству этих бактериальных остатков. Цыплята, получавшие добавки, в том числе Streptomyces auerofaciens, выросли на 24 процента больше, чем цыплята, получавшие экстракт печени, который также содержал высокий уровень B12. Оболочки бактерий, которые все еще содержали следы антибиотиков, были более эффективны в их росте (и намного дешевле, чем экстракт печени). Это открытие положило начало процессу регулярного введения животным антибиотиков.
Тем временем в больницах росли устойчивые бактерии стафилококка. По данным журнала Harvard Magazine, количество устойчивых стафилококковых инфекций в больницах выросло с 14 процентов в 1946 году до 59 процентов в 1948 году.
1952. К этому времени врачи были в некоторой степени осведомлены о возможности устойчивости к антибиотикам, но в целом они сохраняли надежду и оптимизм в отношении успеха этих новых лекарств, которые могут победить болезни, которые долгое время преследовали человечество, такие как холера и сифилис. Исследование устойчивости к антибиотикам, опубликованное в том же году, пришло к выводу, что сифилис можно лечить «без каких-либо указаний на рост заболеваемости [устойчивыми] инфекциями, и эта работа дает основания надеяться, что широкое использование пенициллина в равной степени не приведет к увеличению заболеваемости. инфекции, устойчивые к пенициллину ».
1950-1970-е годы. Следующие пару десятилетий считались золотой эрой антибиотиков из-за огромного количества новых лекарств, которые разрабатывались: стрептомицин для лечения серьезных инфекций, таких как эндокардит и чума; ампициллин, который лечит инфекции дыхательных путей и менингит; и десятки других. В связи с ажиотажем, вызванным успехом этих антибиотиков, они, как пенициллин, стали доступны широкой публике, что в конечном итоге проложило путь для более легкого развития резистентности.
Прилив меняется, появляются супербактерии
1955. Как и предсказывал Флеминг, устойчивость к пенициллину постепенно нарастала из-за доступности препарата. К 1955 году многие страны попытались замедлить эту устойчивость, ограничив использование пенициллина только по рецепту, но было слишком поздно: многие бактериальные штаммы уже победили антибиотик, включая стафилококки.
1960. Пытаясь победить устойчивые к пенициллину штаммы, ученые разработали метициллин, другой антибиотик из класса пенициллинов, который может работать против устойчивости. Но в течение года у бактериальных штаммов также развилась устойчивость к метициллину, получившая название MRSA, устойчивый к метициллину Staphylococcus aureus или S. aureus. Теперь MRSA может сопротивляться большинству антибиотиков, а инфекции распространены в больницах, что делает его одним из главных предшественников бактерий с множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ).
1976. В Университете Тафтса врач и исследователь по имени Стюарт Леви стал одним из первых, кто определил устойчивость к антибиотикам из-за их использования у животных и потребовал большего понимания этой проблемы. В том же году он работал над исследованием, в котором изучали, как небольшое количество антибиотиков в кормах для животных может вызвать резистентность у людей. На ферме в Массачусетсе Леви скармливал цыплятам тетрациклин и обнаружил, что устойчивые к тетрациклину бактерии начали заселять кишечную флору цыплят в течение недели. Несмотря на это, повсеместное использование антибиотиков, таких как ванкомицин (который ранее считался лекарством «последней инстанции») на протяжении 1980-х годов, привело к эпидемии устойчивых штаммов на фермах и среди людей.
1990-е гг. Более устойчивый штамм MRSA начал вызывать отвращение у нормальных здоровых людей в 1990-х годах. Возможно, это повысило осведомленность общественности об опасности устойчивости к противомикробным препаратам.
К 2002 до 60 процентов случаев S. aureus в больницах были устойчивы к метициллину. В 2005 По данным журнала Harvard Magazine, более 100 000 американцев были поражены инфекцией MRSA и около 20 000 умерли, что превышает количество людей, которые умирали от ВИЧ и туберкулеза вместе взятых.
2012. По мере того как все больше исследователей начинали работать над надвигающейся эпидемией устойчивости к антибиотикам, им приходилось заниматься классификацией бактерий с множественной лекарственной устойчивостью, число которых увеличивалось с каждой минутой. В исследовании 2012 года группа ученых предложила добавить к бактериям с множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ) термины «широкая лекарственная устойчивость (ШЛУ)» и «устойчивость к пандемиям» (PDR), чтобы помочь им классифицировать и потенциально победить эти супербактерии. Впервые у исследователей был единый набор определений для МЛУ-бактерий, чтобы лучше их понять.
2013. После десятилетий некоторых исследователей, призывающих к действию, FDA наконец реализовало план по поэтапному отказу от использования определенных антибиотиков у животных. Но трудно определить степень, в которой этот план эффективен для уменьшения уже нанесенного огромного ущерба.
2014. В ответ на крупные вспышки супербактерий, таких как Klebsiella pneumoniae (которая вызывает пневмонию и инфекции кровотока в больнице) и штаммы гонореи во всем мире, Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) опубликовала заявление, в котором отмечалось, что «эта серьезная угроза больше не является предсказанием для будущее, это происходит прямо сейчас в каждом регионе мира и может повлиять на любого человека любого возраста и в любой стране ».
2015. McDonald's объявила, что постепенно откажется от всех источников мяса, содержащих антибиотики, что станет первым шагом крупной компании быстрого питания к вниманию к предупреждениям для здоровья и принятию мер.
С 70-х годов было открыто очень мало новых противомикробных агентов, и единственный способ для исследователей бороться с устойчивыми бактериями - это модифицировать уже существующие антибиотики. Это привело к своего рода застоя между существующими антибиотиками и быстро приживающимися «супербактериями».
Сегодня, от ферм до больниц и повседневных рабочих мест, животные и люди, вероятно, кишат различными формами устойчивых бактерий. В 2013 году исследование Consumer Reports показало, что более половины фарша из мяса индейки, продаваемого в США, содержат штаммы устойчивых к лекарствам бактерий. По данным CDC, около 2 миллионов человек в США ежегодно заражаются лекарственно-устойчивыми микробами, и 23000 из них умирают от этих инфекций. Согласно последним сообщениям, эти цифры могут ухудшиться в ближайшие десятилетия.
Опасность ситуации в основном заключается в ее сложности, - пишет Рустав Аминов в отчете об устойчивости к антибиотикам за 2010 год: «Это не одна большая проблема; это довольно сложная проблема, требующая согласованных усилий микробиологов, экологов, специалистов здравоохранения, педагогов, политиков, законодательных органов, работников сельскохозяйственной и фармацевтической промышленности и общественности. Фактически, это должно вызывать беспокойство у всех, потому что, в конце концов, у любого из нас всегда есть вероятность заразиться патогеном, устойчивым к лечению антибиотиками ».