Устойчивость микробов к антибиотикам

С течением времени популяция (но не отдельная особь) может приобрести устойчивость к воздействию химических веществ, таких как антибиотики и пестициды.

Все мы слышали пугающие истории о микробах, нечувствительных к антибиотикам. И действительно, многим в процессе лечения приходилось заменять один антибиотик на другой из-за того, что первый оказался неэффективным. Такое появление лекарственной устойчивости у популяции микроорганизмов — не странная месть матери-природы человечеству, а закономерное следствие теории эволюции.

Существование различий между членами популяции составляет один из основополагающих принципов эволюции. Сегодня известно, что эти различия заложены в генах. Более того, жизнь любого организма (будь то бактерия или человек) по существу представляет собой серию химических превращений молекул. Действие антибиотика состоит в том, что он служит ингибитором, то есть тормозит или подавляет какую-либо химическую реакцию, жизненно важную для микроба. Например, пенициллин блокирует молекулы, участвующие в строительстве новых клеточных оболочек бактерий. Действие пенициллина можно упрощенно сравнить с жевательной резинкой, наклеенной на ключ, которая будет препятствовать открыванию замка. (Пенициллин не оказывает влияния на человека или животных, потому что наружные оболочки наших клеток коренным образом отличаются от клеток бактерий.)

У определенной популяции бактерий возможны различия в форме молекул, на которые направлено действие антибиотиков. Одни молекулы оказываются более чувствительными к «наклеиванию» лекарства, другие — менее. Чисто случайно у небольшого количества бактерий молекулы окажутся такой формы, которая менее чувствительна к отрицательному влиянию какого-то антибиотика (например, пенициллина). При воздействии лекарства на данную популяцию это небольшое количество устойчивых бактерий уцелеет. Через много поколений натуральный отбор приведет к преобладанию бактерий, в геноме которых закодированы менее чувствительные к лекарству молекулы. В конце концов появится популяция микробов, полностью невосприимчивых к данному антибиотику.

Необходимо еще раз отметить, что этот эффект проявляется через много поколений. Ни одна отдельно взятая бактерия не может приобрести иммунитет — форма молекулы определяется генами и обычно не меняется в течение жизни организма.

В 1952 году американские генетики Джошуа и Эстер Ледерберг провели классический эксперимент по изучению устойчивости микробов к антибиотикам. В чашках Петри на обычных питательных средах были выращены колонии бактерий, затем часть каждой колонии перенесли на другие чашки, где в питательную среду был добавлен пенициллин. Большинство колоний после этого пересева погибли, но одна из них выжила. Тогда ученые вновь вернулись к первичной колонии (от которой отсевали уцелевшую) и снова перенесли ее на питательную среду с пенициллином. Колония вновь выжила, доказав, что она обладает устойчивостью к пенициллину, хотя никогда не подвергалась его воздействию. Этот эксперимент подтвердил представление о случайном характере устойчивости в популяции и о том, что устойчивость обусловлена естественным отбором.

Подобные эффекты наблюдаются и у высших организмов: например, у насекомых в процессе эволюции выработалась устойчивость к пестицидам, а у растений — к гербицидам. Механизм приспособления здесь такой же, как и у бактерий, которые приобрели устойчивость к антибиотикам. Случайным образом у некоторых особей в популяции появляются какие-то химические изменения в их природе, что позволяет им противодействовать влиянию пестицидов или гербицидов. Например, это могут быть особые молекулы, которые захватывают молекулы пестицида или гербицида и не позволяют им действовать. Или у этих особей могут вырабатываться химические вещества, удаляющие пестициды или гербициды из клеток организма прежде, чем эти яды успеют сильно повредить клетки. В результате естественного отбора организмы с такими особенностями выживают в первую очередь, и в конце концов вся популяция приобретет эту полезную особенность.

Зная о работах в области естественного отбора, ученые должны были бы ожидать такого поведения исследуемых организмов. Тот факт, что они этого не сделали, говорит нам скорее о несовершенстве человеческой природы, нежели о недостаточном эффекте антибиотиков и других химикатов. Однако эта приобретенная лекарственная устойчивость микробов вовсе не зачеркивает всего положительного, что принесли нам антибиотики и другие химические вещества. Это просто значит, что войну с болезнью нельзя выиграть в одной битве. Здесь можно провести аналогию с гонкой вооружений, в которой одна сторона добивается временного преимущества, а другая учится наносить ответный удар. Затем первая сторона разрабатывает контрудар на этот ответный удар, а другая сторона — противостоит контр-контрудару... Гонка вооружений никогда не кончается — так же, я подозреваю, никогда не закончится и наша битва с эволюционным потенциалом микробов. Главное — быть далеко впереди, чтобы держать болезни под контролем. И этого будет достаточно для победы.


8
Показать комментарии (8)
Свернуть комментарии (8)

  • Aurum  | 20.11.2006 | 19:39 Ответить
    У нас сосед дядя Федя спокойно пьет палитуру и тройной одеколон.
    По Дарвину он явно эволюционирует. Но его жена так не считает, отсталая баба!
    Ответить
  • Aurum  | 20.11.2006 | 20:18 Ответить
    Это не эволюция, а популяционный иммунитет.
    Если человек переболел гриппом и приобрел к нему устойчивость, никто же не скажет, что он "эволюционировал". Так и здесь. Бактерии просто обладают механизмом химической адаптации. Не имей они его, не дожить бы им, беззащитным до наших сумасшедших времен.
    Другое дело, что легче притащить за уши старую шарманку "естественного отбора" и раскрутить ее в несчетный раз, ублажая дарвинистских демонов.
    Искать надо, товарищи, работать, а не нести бред столетней давности!
    Ответить
    • SoKoBaN > Aurum | 28.03.2013 | 14:39 Ответить
      В двух словах стоило объяснить, что вы имеете в виду говоря "популяционный иммунитет". Еще следовало бы рассказать, какая связь вам видится между резистентностью к антибиотикам у бактерий и иммунитетом млекопитающих, сейчас считается, что это совершенно разные вещи. Ну и конечно, научный мир был бы потрясен сведениями о "механизме химической адаптации" простейших.
      Зря вы обо всем этом умолчали, могла получиться минимум докторская (а то и две) по микробиологии, а максимум Нобелевка.
      Кстати, бедняга Дарвин ничего не знал об антибиотиках, так что "бред столетней давности" тут ни при чем. Устойчивость к антибиотикам очень хорошо объясняет современная СТЭ. Естественный отбор является одним из основных ее положений.
      Ответить
      • Max Brown > SoKoBaN | 08.05.2013 | 15:58 Ответить
        Вы объясняете слишком сложно для б-говеров, они не поймут, им надо проще:
        - В отличие от человека, у которого после гриппа иммунная система обучается противодействовать данному штамму, бактерии недостаточно большие и недостаточно сложные существа, чтобы отдельно взятая бактерия могла выработать у себя устойчивость к антибиотику. Зато, опять-таки в отличие от человека, у них очень быстро сменяются поколения, что позволяет вступить в действие естественному отбору.
        Ответить
  • Софья  | 03.10.2008 | 17:04 Ответить
    "Подобные эффекты наблюдаются и у высших организмов: например, у насекомых в процессе эволюции выработалась устойчивость к пестицидам, а у растений - к гербицидам. Механизм приспособления здесь такой же, как и у бактерий, которые приобрели устойчивость к антибиотикам"

    С точки зрения биохимии - может быть (к сожалению не знаю механизма у многоклеточных). Но касаемо генетики - не соглашусь с данной информацией (уж очень сомнительна аналогия между многоклеточными эукариотами и одноклеточными прокариотами). Потому что.
    1 - гены, которые кодируют устойчивость к антибиотикам, у бактерий могут локализоваться как в нуклеотиде, так и в плазмиде.
    2 - происхождение генов антибиотикорезистентности может быть как эволюционное (т.е. возникшее миллионы лет назад), так и спонтанное.
    Ответить
    • SoKoBaN > Софья | 28.03.2013 | 14:51 Ответить
      Интересное противопоставление "происхождения генов" - "спонтанное" и "эволюционное", даже не знаю как разделить эти два понятия.
      Суть эволюционных изменений заключается в возникновении случайных (по-вашему спонтанных) изменений в последовательности информации, закодированной в наследственной ДНК (в генах). Проще это называется мутацией. Как теперь отличить "спонтанные гены" от "эволюционных"?
      Ответить
      • Max Brown > SoKoBaN | 08.05.2013 | 16:09 Ответить
        Тут вот какое дело. Ген, обеспечивающий устойчивость к чему-либо, действительно мог возникнуть миллионы лет назад, когда бактерии подвергались какому-то похожему воздействию, а затем, в более благополучные для бактерий времена, "заснуть" в неактивном состоянии, подобного избыточного "мусора" в любом геноме хранится немеряно. И теперь, когда бактерии снова подверглись воздействию, от которого их когда-то защищал этот ген, им уже не требуется заново выстраивать весь ген устойчивости. Достаточно, чтобы у нескольких бактерий он случайным образом "проснулся" - и они тут же получают конкурентное преимущество.
        Долгое время считалось, что такая вот удачная генетическая память - скорее редкий казус, чем общее правило. Ан нет, выяснилось, что казус-то казус, да не настолько уж и редкий и с ним тоже приходится считаться.
        Ответить
        • Silnoy > Max Brown | 01.08.2015 | 13:00 Ответить
          Добрый! Макс, конечно, ген(или гены) просыпаются, по другому это называется генетическая память.
          Ответить
Написать комментарий

1877
1928
1947
Устойчивость микробов к антибиотикам
сер. 1960-х
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»