Краткая история антибиотиков

Некоторые плесени обладают антибактериальными свойствами. Изображение Veronidae.

Вам когда-нибудь приходилось взять с полки кусок хлеба и  обнаружить неприглядное голубовато-зеленое образование, растущее где-то на корке? Вашим первым инстинктом, наверника, было взять его двумя пальцами и бросить прямо в мусорное ведро. Это разумный поступок.

Но если бы вы были древним Египтянином, вы наверно бы не так быстро сделали это, особенно если бы у вас или кого-то из ваших знакомых, был неприятный порез или инфекция. Фактически, некоторые ученые узнали, что древние цивилизации в Египте, Греции, Китае и Риме использовали довольно странные вещи как хлебная плесень и некоторые грязи, для лечения ран, постоянно. Зачем они это делали?

Что ж, самый очевидный ответ - должно быть, это работало! Только в конце 1800-х годов более современные ученые начали понимать, почему такие вещи, как плесень и грязь, так хороши для лечения инфекций. Одним из важнейших ключей к разгадке стало открытие ученого по имени Пауль Эрлих. Он обнаружил, что когда он помещал определенные красители в блюдо с бактериями, окрашивались только некоторые из бактерий, то есть они впитывали краситель. Это заставило ученого подумать, что если бы он мог создать химическое вещество, которое действовало бы как краситель, но убивало бы бактерии; оно могло бы быть очень полезным для лечения болезней. Он начал с того что он изменил лекарства, которое уже применялось для лечения некоторых других болезней.

Это химическая структура препарата Атоксил, который Пауль Эрлих модифицировал для создания первого антибиотика. Нажмите, чтобы узнать больше.

В своей лаборатории он изменял молекулу по-разному, а затем проверял, насколько хорошо новая молекула убивает бактерии у кроликов. Он перепробовал 605 различных химических комбинаций, прежде чем обнаружил, что можно убить микробы, вызывающие болезнь под названием сифилис, которая была распространена в то время. Этот препарат считается антибиотиком, потому что он убивает или останавливает рост бактерий. Может ли быть, что формы для хлеба и грязь, использовавшиеся древними цивилизациями, также содержали антибиотики?

Поначалу это может показаться безумием, но случайная контаминация в лаборатории другого ученого, Александра Флеминга, не только показала, что эти древние врачи что-то знали, но и изменила подход ученых и врачей к лечению болезней.

Смешной Сок Плесени

Александр Флеминг был шотландским биологом и очень интересовался бактериями, вызывающими инфекции. Он служил в армии во время Первой мировой войны, во время которой он видел, как многие солдаты умирали от инфекций своих ран, а не от самих ран. После многих лет исследований, снова и снова пытаясь найти вещество способное убивать вредные бактерии, он решил взять отпуск. Однако перед отъездом он случайно оставил открытой чашку Петри с бактериями на своем лабораторном столе.

В этой заполненной бактериями чашке Петри, белые точки пропитаны антибиотиком. Щелкните для получения более подробной информации.

Вернувшись из отпуска, он заметил, что в одной из чашек Петри росла голубовато-зеленая плесень (как плесень на хлебе). Он также заметил, что бактерии, которые росли в чашке Петри, не могли расти рядом с плесенью. Заметив это, он сказал: «Это забавно». Потом он взял образцы плесени, чтобы выяснить, почему бактерии не растут рядом с ней. Флеминг обнаружил, что плесень принадлежит к виду Penicillium notatum и вырабатывает вещество уничтожающее многие виды вредных бактерий. Это вещество, которое он назвал пенициллин, было первым антибиотиком, произведенным в живом организме, что был извлечен и описан ученым.

Александр Флеминг открыл антибиотик, который навсегда изменил медицину. Тем не менее, прошло еще около десяти лет, прежде чем пара химиков смогла извлечь достаточно пенициллина, чтобы его можно было использовать при лечении инфекций. К счастью, пенициллин можно было производить в массовых масштабах уже примерно в то же время, когда Соединенные Штаты вступили во Вторую мировую войну, что спасло тысячи жизней.

Постоянная Погоня

Хотя пенициллин все еще используется для некоторых видов лечения сегодня, он не так эффективен против бактерий, как в середине 1900-х годов. Причина этого в том, что многие виды бактерий выработали устойчивость к пенициллину. Фактически, многие виды бактерий выработали устойчивость ко многим различным антибиотикам, что является огромной проблемой как для пациентов, так и для врачей, пытающихся их лечить.

Поцарапанное колено - это один из способов проникновения устойчивых к антибиотикам бактерий в ваше тело. Автор изображения: saulhm.

Чтобы лучше понять сопротивление, представим себе следующий сценарий: допустим, вы поцарапали колено, а через пару дней оно снова опухло, покраснело и заняло, но болезненно. Ваш лучший друг предлагает вам пойти к врачу, и вы это делаете. Врач осматривает ваше колено и даёт вам оранжевую бутылочку с антибиотиками для того чтобы остановить инфекцию.

Хорошо, а теперь представим, что вы бактерия. Вы тусуетесь на скамейке в парке со своими приятелями-бактериями, когда кто-то кладет руку прямо на вас. Человек неосознанно поднимают вас, а затем чешет колено рядом со свежим порезом. Еда!! Вы все попадаете в разрез и начинаете размножаться. Вскоре после этого мощный антибиотик начинает одного за другим убивать ваших приятелей. К счастью, у вас есть ген, разрушающий антибиотик. Остальные бактерии умирают, но вы выживаете. Вы выиграли! Поскольку вы - единственная оставшаяся   бактерия, только вы будете размножаться. У всех ваших родственников также будет ген, разрушающий антибиотик, и теперь разрез заражён устойчивым штаммом бактерий.

Бактериальная эволюция происходит намного быстрее, чем наш процесс разработки лекарств. Это означает, что бактерии, устойчивые к определенному антибиотику, развиваются вскоре после его разработки. Это также означает, что в следующий раз антибиотики того же типа не подействуют. Изображение Mpelletier1.

Это значит, что та же маленькая оранжевая бутылочка с антибиотиками на этот раз не подействует. Врач должен будет придумать план получше, чтобы победить новую инфекцию.

Таким образом, устойчивость к антибиотикам возникает когда некоторые бактерии получают ген позволяющий им выжить атаку антибиотиков, предназначенных  для их уничтожения. Новые гены могут развиваться в бактериях путем мутации, или ген может передаваться от одной бактерии к другой в процессе который называется горизонтальный перенос генов. Когда эти бактерии размножаются и распространяются, это создает большую проблему, потому что многие люди заболевают. При лечении устойчивой к антибиотикам инфекции врачи должны использовать другие антибиотики. Иногда эти другие варианты могут не работать или вызывать серьезные побочные эффекты.

«Антибиотики против бактерий: эволюционная битва» спонсируется Центром Эволюции и Медицины УлГУ. Узнайте больше об эволюционной медицине на сайте isemph.org/EvMedEd.