Супербактерия — новая угроза для человечества?

Антибиотики убивают бактерии. Но бактерии постоянно мутируют, привыкая к антибиотикам — эта устойчивость к лекарствам называется резистентностью. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) регулярно отчитывается о том, как обстоят дела в этой сфере. Почитав отчеты, можно заключить, что положение дел все тревожнее: если тренды не изменятся, в недалеком будущем нас может ждать серьезная угроза — супербактерия, устойчивая ко всем известным антибиотикам. Что это за существо и что мы можем сделать, чтобы это предотвратить?

Что такое супербактерия 

Впервые о супербактерии заговорили в 1970-е годы — до этого вопросов к терапии антибиотиками не возникало. Этим термином обозначают микроорганизм, гипотетически устойчивый ко всем известным антибиотикам, включая «препараты последней надежды» — это довольно токсичные лекарства, которые применяют только в крайних случаях, когда другого выхода нет (например, колистин).

Особенность супербактерий — в наличии особых генов устойчивости. У бактерий геном устроен своеобразно: основную информацию о строении белков, ферментов и метаболических путей хранит одна большая хромосома. Помимо нее, у бактерий есть плазмиды — небольшие «карманные» хромосомы, содержащие всего несколько генов. Именно в плазмидах бактерия хранит самые полезные гены, в том числе гены устойчивости к антибиотикам. Благодаря небольшому размеру, плазмиды легко передаются от одной бактерии к другой: между ними формируется своего рода мостик, по которому копия с нужным геном переходит к соседу. Так гены устойчивости быстро распространяются по всей бактериальной популяции.

Цифры, которые не радуют

Мы уже сегодня время от времени встречаемся с непосредственными предтечами супербактерии. В 2022 году в Бразилии зафиксировали случай инфекции, вызванной Klebsiella pneumoniae, устойчивой ко всем доступным препаратам. Пациентку спасти не удалось. Геном бактерии показал, что раньше этот штамм встречался только в США: значит, он смог пересечь океан.

По оценкам, в 2021 году от инфекций, вызванных резистентными бактериями, погибли 4,7 млн человек, в 2023-м — уже 4,9 млн. А к 2050 году эта цифра может вырасти до 10 млн ежегодно.

Резистентные бактерии находят в самых неожиданных местах — например, на МКС или в изолированных племенах. Даже микробиота наших ближайших родственников — шимпанзе и бабуинов — уже проявляет устойчивость к антибиотикам. В этом тоже таится опасность: чем ближе к человеку живет тот или иной вид, тем больше меняется его микробиота, и тем больше вероятность передачи им устойчивого штамма и дальнейших мутаций. Впоследствии бактерии с новыми мутациями могут вернуться от животных обратно в человеческую популяцию.

Гены резистентности к «препаратам последней надежды» тоже уже появились и распространяются по миру. Хотя они не используются в стандартной медицинской практике, их применяют в ветеринарии, откуда они попадают в окружающую среду, и бактерии вырабатывают к ним устойчивость. 

Иногда мы сами способствуем этому процессу: например, выбрасывая пластиковый мусор, на котором бактерии в реках и других водоемах формируют плотные биопленки и обмениваются генами.

Какие бактерии могут стать супербактериями 

Есть несколько бактерий с наиболее высоким шансами развить устойчивость ко всем существующим антибиотикам — в научной среде для их обозначения используют акроним ESKAPE, по первым буквам группы патогенов. Это

• Enterococcus faecium,
• Staphylococcus aureus,
• Klebsiella pneumoniae, 
• Acinetobacter baumannii,
• Pseudomonas aeruginosa, 
• род Enterobacter.

Иногда добавляют еще одну «E» — кишечную палочку (E. coli). Рассмотрим их подробнее.

Enterococcus faecalis (энтерококк фекальный) — живет в кишечнике и обычно безвреден. Но при снижении иммунитета, например, при опухолях или в пожилом возрасте, может вызывать серьезные инфекции. Уже появились штаммы, устойчивые к ванкомицину — одному из самых распространенных антибиотиков. Но к большинству других препаратов он чувствителен, а значит, по-настоящему опасным его назвать нельзя.

Staphylococcus aureus (золотистый стафилококк) вызывает множество внутрибольничных инфекций — от пневмонии до менингита. Эта кругленькая бактерия постоянно присутствует на слизистых 20% людей по всему миру и может очень долго себя никак себя не проявлять.

Один из его штаммов особенно опасен. Это метициллинрезистентный золотистый стафилококк — бактерия, устойчивая ко всем представителям огромного класса β-лактамных антибиотиков. Типичный представитель β-лактамных антибиотиков — пенициллин, появившийся самым первым еще в первой половине прошлого века. При любом подозрении на болезнь, вызванную золотистым стафилококком, нужно сдавать анализ на чувствительность к антибиотикам — по-другому с ним не справиться.

Acinetobacter baumannii (ацинетобактер), вызывающий ряд тяжелейших заболеваний, от менингита до пневмоний, опасен для ослабленных пациентов. Он может обмениваться генами с другими бактериями, что помогает ему быстрее развивать устойчивость. Одна из его форм, CRAB, нечувствительна к карбапенемам — еще одним представителям β-лактамных антибиотиков. Пока что ацинетобактер неопасный, но ученые внимательно за ним следят. Если инфекция вызывана ацинетобактером и лечение не помогает, нужно сделать посев на чувствительность.

Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка) вызывает гнойные инфекции с довольно высоким риском смертности. Палочка умеет развивать перекрестную резистентность — к препаратам, схожим по строению между собой. В некоторых популяциях резистентность палочки к представителям β-лактамов достигает 100%. Кроме того, она формирует биопленки, которые мешают препаратам добраться до бактерий. Любая терапия синегнойной палочки в идеале должна включать в себя предварительный анализ на чувствительность к препаратам.

Enterobacteriaceae (энтеробактерии) — большая группа, включающая кишечную палочку E. coli, Klebsiella и другие. Некоторые штаммы (ESBL-энтеробактерии) вырабатывают ферменты, разрушающие β-лактамные антибиотики. Klebsiella pneumoniae вызывает различные тяжелые инфекции и быстро развивает устойчивость: заболеваемость инфекциями кровотока, вызванная этой бактерией, с 2019 по 2023 гг. в Европе выросла более чем на 50%.

Кишечная палочка (E. coli) живет с нами постоянно, но может стать угрозой для ослабленного организма. Она способна вызвать острые инфекции ЖКТ и мочевыводящих путей (например, цистит) — в этом случае применяются антибиотики. Проблема в том, что эта маленькая кишечная палочка планомерно развивает к ним устойчивость. Так что в случае с E. coli лучше сразу сдавать анализы на чувствительность, даже если речь идет о банальном цистите: это позволит эффективно пролечить болезнь и не допустить перехода острой формы в хроническую. Любая хроническая инфекция опасна, и сильно ухудшает качество жизни.

Как нам может помочь ИИ 

Супербактерия — та самая, неубиваемая, будто списанная из видеоигр — пока что не появилась. Но развитие устойчивости к антибиотикам — это не сценарий из далекого будущего, а то, что происходит с нами уже сейчас. Однако есть и надежда: недавно к изучению антибиотиков подключились нейросети, обладающие гигантским, по сравнению с человеком, преимуществом в плане обработки информации. ИИ может «отсмотреть» молекулы быстрее, найдя среди них те, что могут стать новой панацеей, какой в прошлом веке стал пенициллин.

Используя ИИ, ученые смогли проверить более 100 млн молекул на антибиотическую активность и идентифицировать новую — галицин. Это вещество, проявляющее активность против резистентных энтеробактерий и M. tuberculosis.

Еще одно исследование, проведенное в 2024 году, также обнаружило несколько соединений, активных против ацинетобактера. Модели ИИ также используются для прогнозирования инфекций и оценки скорости распространения резистентности по миру. Однако мы все еще далеки от фактического решения проблемы резистентности даже с помощью ИИ: пока что исследований, показывающих реальных прорыв, буквально единицы.

Что мы можем сделать

Чтобы внести свой вклад в борьбу с резистентностью бактерий, необязательно быть ученым или профессионально работать с ИИ. Нужно соблюдать несколько простых правил, о которых вы наверняка слышали уже не раз. 

• Принимайте антибиотики только по назначению врача, даже если вам их уже прописывали раньше.
• Сдавайте посевы на чувствительность к антибиотикам (особенно если инфекция возвращается).
• Не бросайте прием антибиотиков на середине и не делитесь таблетками с другими, даже если симптомы болезни одинаковые.