Мартин Блейзер - Жизнь после антибиотиков. Чем нам грозит устойчивость бактерий к антибиотикам и нарушение микрофлоры
Глаз у Флеминга был наметан, так что он сразу понял, что произошло. Плесень – грибок, которому тоже нравится есть агар-агар, – выработала некую субстанцию, проникшую в «лакомство» и убившую стафилококк. Эта субстанция, первый обнаруженный настоящий антибиотик, растворяла бактериальные клетки точно так же, как лизоцим, фермент, обнаруженный Флемингом в слюне во время экспериментов несколькими годами ранее. Он растворял микробы, не оставляя вообще ничего. Ученый посчитал, что его «плесневый сок» содержит фермент (вроде лизоцима), который мешает бактериям строить клеточные стенки, из-за чего они лопаются. Позже стало понятно, что это вовсе не фермент.
Чудодейственная плесень принадлежала к виду Penicillum notatum. На самом деле ее антибактериальный эффект был известен еще с XVII века, но не Флемингу и не его современникам-врачам. Древние египтяне, китайцы и индейцы Центральной Америки лечили ею инфицированные раны{57}. Но именно научная подготовка Флеминга помогла превратить грибок из народного средства в передовое лекарство.
За следующие несколько месяцев ученый сумел вырастить плесень в жидкой питательной среде, профильтровал ее и выделил жидкость, проявившую наибольшую антибактериальную активность. Он назвал ее пенициллином. Но произвести субстанцию в достаточном количестве оказалось трудно. Флемингу вообще очень повезло, что штамм, попавший в чашку Петри, его производил. Но выработка оказалась маленькой, нестабильной, короткоживущей и медленнодействующей. Так и не найдя способов сделать пенициллин полезным в медицине, ученый сдался. Опубликовав результаты своих экспериментов{58} и попробовав (безуспешно) применить неочищенный экстракт на нескольких больных, он сделал вывод, что это открытие не имеет никакого практического значения.
Но другие не были столь пессимистичны. Через несколько лет немецкий химик, работавший на гигантскую химическую компанию I. G. Farben, производившую аспирин и текстильные красители, решил найти краску, которая замедлит рост бактерий. В 1932 году Герхард Домагк открыл красную краску (которую назвал пронтозил), содержавшую полностью синтетическое антибактериальное средство – первый сульфаниламид{59}. За ним последовал целый класс сульфаниламидовых лекарств. Это были первые средства, которые оказывали заметное и повторяющееся действие на бактерии и при этом были не настолько ядовиты, чтобы люди страдали от побочных эффектов. В последующие несколько лет врачи стали применять их для лечения инфекций. Но спектр действия был ограничен. Лекарства были недостаточно хороши{60}.
После начала Второй мировой войны потребность в антибактериальных средствах стала неотложной. Тысячи солдат ждала смерть от боевых ран, осложнений от пневмонии, инфекций брюшной полости, мочевых путей и кожи. В 1940 году команда с факультета патологий имени сэра Уильяма Данна в Оксфордском университете, которую возглавляли Говард Флори и Эрнст Чейн, достала из запасников пенициллин Флеминга и начала искать способы его производства в большом количестве. Поскольку Лондон бомбили, они отправились со своим проектом в Рокфеллеровский фонд в Нью-Йорке, где провели переговоры с представителями нескольких фармацевтических компаний. Их встретили отнюдь не с распростертыми объятиями, потому что знали: производство пенициллина находится на ранней экспериментальной стадии. Выработка редко превышала четыре единицы на миллилитр питательной среды – капля в море.
Британские ученые отправились в Пеорию, штат Иллинойс, где новый ферментационный отдел Северной региональной исследовательской лаборатории проводил исследования на тему использования метаболизма плесени (ферментации) в качестве источника новых микроорганизмов. Опытные сотрудники собрали значительную коллекцию, но лишь немногие из штаммов производили пенициллин, к тому же в недостаточном количестве. Привлекли знакомых: присылайте образцы почвы, плесневелых зерен, фруктов, овощей. Одну женщину наняли, чтобы она прочесала магазины, пекарни и сыроварни Пеории в поисках образцов сине-зеленой плесени. Она так хорошо работала, что даже получила прозвище «Плесневелая Мэри». И в конце концов, какая-то домохозяйка принесла дыню-канталупу, изменившую ход истории. Плесень на ней производила 250 единиц пенициллина на миллилитр питательной среды. Один из мутировавших ее штаммов – 50 000 единиц. Все существующие ныне штаммы – потомки той самой плесени 1943 года.
В конце концов, ученые разработали методы производства этого более мощного лекарства в большом количестве. Позже фармацевтическая фирма Charles Pfi zer & Company стала выращивать пенициллиновую плесень на патоке{61}. Ко времени высадки в Нормандии в июне 1944 года производилось 100 миллиардов единиц пенициллина в месяц.
* * *Он положил начало золотому веку медицины. Наконец-то появилось лекарство, способное лечить инфекции, вызываемые смертоносными бактериями. Поскольку эффективность была поразительной, его считали по-настоящему «чудесным». Ему все было под силу. Пресса провозгласила «новую эпоху в медицине, победу над микробами, которые лишаются возможности питаться и переваривать пищу, триумфальное шествие по военным госпиталям Америки и Англии».
В 1943 году из почвенных бактерий был разработан стрептомицин, первое эффективное средство против M. tuberculosis. За ним последовали и другие – тетрациклин, эритромицин, хлорамфеникол и изониазид. Наступила эра антибиотиков. В то же время начали появляться полусинтетические лекарства, полученные с помощью химической модификации натуральных веществ. Кроме того, началось производство чисто синтетических, неприродных составов. Сегодня для удобства мы называем все эти лекарства антибиотиками, хотя, строго говоря, – это вещества, которые производит одна форма жизни для борьбы с другой{62}.
Первые антибиотики и их потомки преобразили медицинскую практику и здоровье мира. Когда-то смертельные заболевания вроде менингита, эндокардита и родильной горячки стали излечимыми. Хронические костные инфекции, абсцессы и скарлатину научились предотвращать и лечить, как и туберкулез, и венерические болезни вроде сифилиса и гонореи. Даже от моего паратифа можно было вылечиться без нескольких месяцев страданий и риска смерти. Кроме того, все это оказалось отличным методом профилактики – вылеченный пациент уже не может заразить других.
Хирургия стала безопаснее. Пациентам еще до операций давали антибиотики, чтобы снизить риск инфекций. Появилась возможность проводить более сложные операции: удаление опухолей мозга, исправление деформированных конечностей, лечение волчьей пасти. Без этих лекарств не было бы операций на открытом сердце, трансплантации органов и экстракорпорального оплодотворения.
Химиотерапия, использующаяся для борьбы с раком, часто подавляет иммунитет и приводит к инфекциям. Без антибиотиков лейкемия и многие другие виды рака были бы неизлечимы. Химиотерапия была бы просто слишком опасна.
Как эти лекарства совершают чудеса? Антибиотики работают тремя основными способами. Первый – это пенициллин и его потомки: они атакуют механизмы, которые бактерии используют для строительства клеточных стенок. Те, у кого они дефектные, погибают. Что интересно, они часто совершают самоубийство: отсутствие клеточной стенки заставляет бактерию сделать «харакири». Мы не знаем точных биологических причин этого явления, но природа отобрала грибки вроде Penicillum, которые производят антибиотики и способны эксплуатировать эту слабость.
В 50-х годах правительство Китая решило уничтожить сифилис. Десятки миллионов людей получили дозы пенициллина длительного действия. И эта огромная кампания по здравоохранению сработала. Старую как мир болезнь практически уничтожили. Фрамбезию, ее древнюю родственницу, точно так же удалось искоренить на огромных просторах Африки благодаря серии похожих кампаний.
Второй – антибиотики мешают бактерии вырабатывать белки, выполняющие все важные функции. Без этого в клетке не будет жизни, потому что они нужны для переваривания пищи, строения стенок, размножения, защиты от непрошеных гостей и конкурентов, помощи в передвижении. Подобные лекарства атакуют средства производства белков, калеча бактерии, при этом практически не мешая их производству в человеческих клетках.
Третий – антибиотики мешают бактерии делиться и размножаться, замедляя рост популяции. Медленно развиваясь, они представляют не такую большую угрозу, так что носитель может подготовить иммунный ответ и легко с ними разобраться.
Если задуматься, это натуральные вещества, производимые живыми организмами – грибками и другими бактериями, – которые хотят испортить жизнь конкурентам. Бактериальные клетки соседей – маленькие машины со множеством движущихся частей. За миллиарды лет они научились множеству способов атаки. А бактерии научились множеству способов защиты, которые и лежат в основе сопротивляемости лекарствами. Эта гонка вооружений идет с изначальных времен.
