Джессика Сакс - Микробы хорошие и плохие. Наше здоровье и выживание в мире бактерий.
Со времени публикации этого очерка исследователи протестировали три прототипа подобного диагностического устройства, один из которых уже близок к поступлению в продажу. Появление первого из них, ДНК-микрочипа разработанного учеными из Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса, связано с угрозой биотерроризма. Этот микрочип позволял за шесть часов одно, временно проверять образец на наличие восемнадцати различных смертельных микробов и вирусов, в том числе одиннадцати разновидностей бактерий, от Bacillus anthracis (возбудителя сибирской язвы) до Yersinia pestis (возбудителя чумы). Делалось это путем поиска генов 165 рРНК любого из этих микробов (видоспецифичного признака, которым микробиологи пользуются при сортировке смешанных образцов неизвестных бактерий, — см. часть 2). “Для 2002 года это был впечатляющий результат, — говорит Том Слезак, специалист по биоинформатике из Ливерморской лаборатории. — Но теперь мы знаем, что возможности анализов по 165 рРНК ограниченны. В некоторых случаях они даже не позволяют надежно определять вид”. Еще более важным препятствием на пути клинического применения подобных микрочипов, добавляет Слезак, была стоимость их использования: проверка каждого образца обходилась в несколько сотен долларов. И все же этот прототип остается важным достижением: стоимость ДНК-микрочипов с каждым годом падает, а более информативные генные мишени уже найдены и ждут внедрения в технологии следующего поколения.
Вторая попытка получить что-то похожее на описанный Данном MyCrobe была сделана в 2004 году в Медицинском и стоматологическом университете Нью-Джерси для выявления особо устойчивых к антибиотикам и наиболее смертоносных штаммов стафилококков. Разработанное сотрудниками университета устройство позволяло проверять взятые у пациентов образцы на наличие шести бактериальных генов. Наличие первых трех из них подтверждало присутствие в образце золотистого стафилококка, а остальные указывали на устойчивость к метициллину, устойчивость к ванкомицину и синтез токсина — лейкоцидина Пантона — Валентайна. Менее чем за три часа анализ давал результаты в виде набора разноцветных светящихся точек. Проблема была в том, что по этим мерцающим точкам исследователи не могли сказать, имеются обнаруженные гены устойчивости у золотистого стафилококка или же у какого-то “случайного свидетеля” — другой бактерии из того же образца. Например, гены устойчивости к метициллину встречаются также у кожного микроба Staphylococcus epidermidis, а гены устойчивости к ванкомицину распространены у внутрибольничных штаммов кишечных бактерий энтерококков.
В 2005 году биотехнологическая компания GeneOhm из Сан-Диего начала тестировать метод второго поколения для диагностики MRSA, в котором используется изящное решение проблемы “какой ген у какого микроба”. Анализ образцов на предмет наличия MRSA, занимавший два часа, проводился с помощью двух сцепленных друг с другом ДНК- зондов, один из которых соединялся с отрезком ДНК, связанным с устойчивостью к метициллину, а другой — с видоспецифичным геном золотистого стафилококка. Поскольку сдвоенный зонд не может дотянуться до двух удаленных мишеней одновременно, такой анализ дает положительный результат только в том случае, если обе мишени расположены на одной хромосоме (то есть имеются у одного итого же микроба). В 2007 году, когда пишутся эти строки, данное приспособление уже успешно прошло клинические испытания и имеет неплохие шансы получить одобрение Управления пищевых продуктов и медикаментов.
“Я полагаю, — говорит Майкл Данн из компании Pfizer, — что мы стоим сейчас на пороге настоящего прорыва в диагностике, который позволит нам получать антибиотики, действующие даже не на единственный вид, а на единственный штамм, быть может — даже единственный организм.
Необходимость истреблять всех “хороших” стрептококков в горле у пациента, чтобы избавить его от “плохого” пиогенного стрептококка, безвозвратно уйдет в прошлое”.
Антибиотики с выключателем
В то же время не исключено, что существуют способы, которые позволят врачам не отказываться от антибиотиков широкого спектра действия, при этом, по крайней мере отчасти, уменьшив тот вред, который приносят данные антибиотики. Финская фармацевтическая компания Ipsat разработала “ферменты для защиты кишечника”, расщепляющие остатки антибиотиков прежде, чем они попадут через желчный пузырь в толстую кишку, где обитает подавляющее большинство наших кишечных бактерий. Первые испытания как на животных, так и на людях показали, что такой деактивирующий фермент не снижает эффективности антибиотиков там, где они нужны (в тканях), но при этом предотвращает нарушения и повышение устойчивости, обычно вызываемые антибиотиками в кишечной микрофлоре. К настоящему времени компании удалось получить деактивирующие ферменты для пенициллинов и таких антибиотиков широкого спектра действия, как цефалоспорины и карбапенемы, на которые приходится почти половина всех прописываемых людям антибиотиков. Однако подобные ферменты действенны только при введении антибиотиков внутримышечно или внутривенно, то есть прекрасно подходят для госпитализированных пациентов, но не особенно помогут тем, кто принимает их через рот.
В случае же антибиотиков, принимаемых орально, которые усваиваются в пищеварительном тракте, задача оказывается противоположной — сделать так, чтобы они были неактивны до того, как будут усвоены. Лекарства, которыми удается этот трюк, называют пролекарствами. ним относятся, например, такие известные медикаменты, не относящиеся к антибиотикам, как леводопа (средство, помогающее при болезни Паркинсона, оно начинает действовать только после попадания в мозг) и некоторые препараты для химиотерапии при злокачественных опухолях " они делаются токсичными, только оказавшись внутри опухоли. Одни из первых антибиотиков-пролекарств появились в начале девяностых годов, когда биохимики приступили к работе над улучшением усвояемости новых сильнодействующих антибиотиков из класса цефалоспоринов, чтобы их можно было принимать в виде таблеток, а не вводить внутримышечно или внутривенно. Они обнаружили, что усвояемость цефалоспорина сильно улучшается, если присоединить к определенному участку его молекулы небольшой довесок (сложный эфир). Дальнейшая работа позволила научиться присоединять к молекулам цефалоспорина сложные эфиры, которые немедленно отваливались, как только антибиотик оказывался внутри кишечных тканей, и переставали мешать его работе.
Случайным побочным эффектом таких разработок стало появление ряда антибиотиков, не вызывающих “расстройства кишечника”, то есть поноса, начинающегося, когда от антибиотиков погибают бактерии, помогающие нашему пищеварению. У некоторых антибиотиков-пролекарств обнаружилось и еще одно дополнительное достоинство: они выводятся из организма преимущественно с мочой, а не с желчью через кишечник, а значит, не трогают кишечную микрофлору ни на пути внутрь, ни на пути наружу. Кроме того, повышенная концентрация в моче делает их особенно эффективными против инфекций мочевых путей.
Исследования, проведенные в Европе, где антибиотики-пролекарства уже приобрели популярность, подтвердили, что такие пролекарства, как пивмециллинам или бакампициллин, не оказывают сильного воздействия на бактерий, обитающих в ротовой полости, носоглотке и пищеварительном тракте. Пивмециллинам особенно популярен в Швеции, Дании и Норвегии, где он стал основным лекарство^ от инфекций мочевых путей — благодаря низкому уровню устойчивости к нему возбудителей (от которой страдают по всему миру многие женщины, больные хроническими формами подобных инфекций). Однако в США антибиотики-пролекарства еще предстоит внедрять: лишь немногие из американских врачей когда-либо слышали о таких препаратах.
Подавление устойчивости
Минимизация сопутствующего ущерба от применения антибиотиков может замедлить дальнейшую выработку устойчивости к ним, но не обязательно позволит снизить тот уровень устойчивости, которого микробы уже достигли на сегодняшний день. Надежды на то, что бактерии будут избавляться от генов устойчивости, как только перестанут в них нуждаться, давно пришлось похоронить. Теперь нам известно, что устойчивые к антибиотикам бактерии могут вполне успешно конкурировать со своими неустойчивыми родичами даже в организме человека, не прикасавшегося к антибиотикам уже не один месяц или не один год.
Хотя и наивно было бы надеяться на то, что нам когда-либо удастся вернуть те следовые количества устойчивости, которые наблюдались до внедрения пенициллина, рано или поздно у нас в распоряжении могут оказаться технологии, позволяющие избирательно выключать бактериальную устойчивость, подавляя ген за геном и инфекцию за инфекцией. Одно из перспективных направлений последний в этой области касается “плазмидных рвотных” — химических соединений и других средств, побуждающих бактерий извергать из себя плазмиды — эти колечки ДНК, которыми они обмениваются, нередко под завязку набитые генами устойчивости. Первые попытки “лечить” от плазмид бактерий, устойчивых ко многим антибиотикам, были предприняты в семидесятых годах, когда микробиологи только начали разбираться в том, что представляют собой эти “факторы устойчивости”. В лабораторных условиях исследователям иногда удавалось очищать колонию бактерий от устойчивости к антибиотикам, воздействуя на нее токсичными веществами, например акридиновыми красителями, едкими детергентами или таким канцерогеном, как бромистый этидий.
