Эра антибиотиков закончилась. Что нас ждет в будущем

Когда Александр Флеминг вернулся из отпуска летом 1928 года, и обнаружил в своей лондонской лаборатории стол, заражённый плесенью Penicillium notatum, он начал новую эру превосходства науки над природой. С тех пор антибиотики, как открытые им лично, так и множество других, открытых благодаря его работам, спасли миллионы жизней и избавили огромное количество людей от страданий. Но с самого начала этой эры учёным было известно, что ей придёт конец. Они просто не знали, когда именно.

Сопротивляемость бактерий антибиотикам естественна и неизбежна. По воле случая у нескольких бактерий окажутся гены, способные защитить их от лекарств, они передадут эти гены дальше – и не только своему потомству, но иногда и соседям.

Специалисты по вычислительной эпидемиологии наконец получают нужные данные и обрабатывают их для моделирования этого явления. Но никто не пытается использовать эти инструменты, чтобы предсказать конец эры антибиотиков – он уже наступил. Они концентрируются на том, чтобы понять, как скоро стойкие бактерии окажутся в большинстве и что доктора смогут с ними сделать – если это вообще возможно.

В 2013 году тогдашний директор Центров по контролю и предотвращению заболеваний в США (CDC) Том Фриден сказал журналистам: «Если мы не будем вести себя осторожно, вскоре мы окажемся в постантибиотической эпохе». Сегодня, всего лишь четыре года спустя, это агентство утверждает, что мы в ней оказались.

«Мы говорим это потому, что универсально стойкая бактерия появилась, – говорит Джин Пател, руководящая отделением CDC по стратегии и координации использования антибиотиков. – Люди умирают из-за отсутствия антибиотиков, способных лечить их инфекции – инфекции, которые не так давно было очень легко излечивать».

Реальный случай

В прошлом августе женщина возрастом за 70 попала в госпиталь в Рено, шт. Невада, с бактериальной инфекцией бедра. Бактерия принадлежала к классу особенно упорных микробов, известных, как карбапенем-устойчивые энтеробактерии (CRE). Но эту бактерию не брали ни карбапенемы, ни тетрациклин, ни колистин, и вообще никакой антибактериальный аппарат из 26-и имеющихся в продаже. Через несколько недель она умерла от септического шока.

Для чиновников из области здравоохранения, к коим принадлежит и Пател, этот случай отмечает конец эры и начало новой. Вопрос в следующем: как быстро эта универсальная стойкость сможет распространиться?

«Когда мы дойдём до ситуации, в которой инфекцию чаще будет невозможно вылечить, чем возможно? – говорит Пател. – Это будет очень сложно предсказать».

Ей это точно известно, потому что она уже пыталась.

Еще один реальный случай

В 2002 году первый стафилококк, устойчивый к ванкомицину, проявил себя у 40-летнего мужчины из Мичигана с хронической язвой ноги. Ситуация казалась весьма печальной: стафилококк – одна из самых распространённых инфекций у людей, а ванкомицин – самый распространённый антибиотик для его лечения. Кроме того, резистивный ген был расположен на плазмиде – свободно перемещающемся колечке ДНК, что позволяло ему легко передвигаться.

Эпидемиологи из CDC работали совместно с микробиологами, такими, как Пател, над созданием модели, предсказывающей, как далеко и как быстро он сможет распространиться. Пател не помнит точных цифр, но она вспоминает, что результаты получились пугающими. «Мы очень сильно озаботились этим вопросом», – говорит она.

К счастью, в данном случае модели ошиблись. С 2002 года было зафиксировано только 13 случаев появления стафилококка, устойчивого к ванкомицину, и все пациенты выжили.

Такая ошибка весьма озадачила команды. Но в биологии иногда бывают такие сложности. «Я работала с этой бактерией в лабораториях, где она прекрасно растёт, но от человека к человеку, судя по всему, не распространяется», – говорит Пател.

И хотя они ещё не знают, почему, одна из гипотез говорит о том, что появление этого резистентного гена не проходит для бактерии бесследно. Он сделал стафилококк невосприимчивым к его заклятому врагу, одновременно усложняя процесс выживания вне человеческого тела.

Больничные правила, время года, география также могут влиять на распространение. Это похоже на попытки предсказания погоды.

Исследователи о распространении устойчивых к лекарствам бактерий

«Не получится сделать такие предсказания на бумаге или путём пристальных размышлений», – говорит Брюс Ли, исследователь общественного здравоохранения в институте Джона Хопкинса. Он работает с организациями, занимающимися здравоохранением в Чикаго и округе Ориндж, предсказывая наиболее вероятные пути распространения CRE – бактерий того типа, что убила женщину в Неваде – в случае их появления в больницах.

В прошлом такие модели были основаны исключительно на математике – так Пател пыталась строить свои предсказания. Да, их уравнения были сложными, но не настолько, чтобы принять во внимание такие вещи, как человеческое поведение, биология бактерий и их взаимодействие с окружающей средой.

В нашей области люди всё больше начинают понимать, что для того, чтобы разобраться с распространением устойчивых к антибиотикам бактерий с достаточной степенью детализации, необходимо работать с моделями на основе данных, в которых можно просматривать миллионы различных сценариев – так, как это делают метеорологи“, – говорит Ли.

В исследовании, опубликованном Ли в прошлом году, он описывает вероятность распространения CRE-бактерии в 28 больницах и 74 частных лечебницах округа Ориндж. В этой модели у каждой виртуальной больницы было прописано количество коек, совпадающих с количеством коек в реальных учреждениях, а также вся информация по поводу связности учреждений.

В модели каждый пациент был вычислительной единицей, которая в любой определённый день либо переносит, либо не переносит CRE. Эти единицы двигались по экосистеме здравоохранения, взаимодействовали с врачами, медсёстрами, койками, стульями, дверьми по сотне миллионов раз, причём с каждой новой симуляцией эти параметры немного подстраивались.

Исследователь обнаружил, что без усиления мер по контролю (например, регулярной проверки пациентов на сопротивляемость) и карантину переносчиков, CRE станет  постоянно присутствующим (эндемическим) заболеванием практически во всех больницах округа через 10 лет.

А после того, как бактерия проникнет в систему здравоохранения, от нее будет сложно избавиться.

„Это как пытаться прогнать из дома термитов, – говорит Ли. – Как только они пробираются туда, где всё связано со всем, они становятся трудноизлечимой частью экосистемы“.

Так что, если доктора и сёстры смогут быстро идентифицировать людей, способных распространять CRE, они смогут хотя бы изолировать угрозу. Даже если самим пациентам они ничего предложить не сумеют.

Пока хорошие новости заключаются в том, что единственные случаи передачи от человека к человеку на 100% стойкой бактерии происходят только в суперкомпьютере у Ли.

Что предпринимают чиновники

В реальном мире таких случаев не зафиксировано. Но именно их и ищут Пател и Центр по контролю и предотвращению заболеваний. Чтобы держать руку на пульсе, в прошлом году агентство потратило $14,4 млн на создание сети из семи местных лабораторий, способных проводить генетическое тестирование бактериальных проб, взятых из больниц.

Сейчас они претворяют в жизнь программу, которая когда-нибудь сможет связать все больницы в США с системой слежения CDC напрямую, чтобы автоматически отмечать каждое произошедшее в США событие, связанное со стойкими к антибиотикам бактериями, в реальном времени.

Параллельно Пател, и, с переменным успехом, остальной мир, следит за разработкой антибиотиков. В этой области тоже не всё гладко. В октябре Всемирная организация здравоохранения выпустила отчёт с анализом всех находящихся в разработке антибактериальных лекарств.

Выводы мрачные: недостаточно лекарств, недостаточно инноваций.

На каждое новое лекарство из 51 варианта уже можно найти заранее устойчивые к нему микроорганизмы. Исследователи, такие, как Пател и Ли, надеются, что их работа позволит минимизировать существующие угрозы, обнаружить новые и дать фармакологическим компаниям время на разработку новых лекарств.

Эра антибиотиков, возможно, и закончилась – но с наступающей новой эрой ещё многое можно сделать.

Источник