Гонка вооружений, или Война с микромиром

Тогда еще никто не подозревал, что бактерии разных видов научатся защищаться от антибиотиков сообща и нам придется сражаться с микромиром в целом. Однако при всей серьезности ситуации сегодня квадриллионам микроорганизмов противостоят всего 4 000 ученых, разрабатывающих новые антимикробные препараты. Наше положение напоминает глухую оборону накануне большого вражеского наступления.

Индустрия антибиотиков появилась 65 лет тому назад. Датой ее рождения считается 17 декабря 1941 года. Именно в этот день Ванневар Буш, руководитель Управления научных исследований и атомного проекта, от имени правительства США обратился к главам 9 крупных фармацевтических компаний. Речь шла о пенициллине, который был открыт микробиологом Александером Флемингом в плесени Penicillium notatum, а затем на гранты Рокфеллеровского фонда был выделен в чистом виде биохимиком Эрнстом Борисом Чейном и испытан в клинике патологом Хоуардом Уолтером Флори.

Фармацевты понимали, что пенициллин излечивает вызванные бактериями воспаления, что это — революция в медицине. Однако за дело взялись только после того, как Буш обещал им громадный государственный заказ и постройку за казенный счет предприятий, продукция которых будет принадлежать частным компаниям. Иного выхода у правительства не было — вовсю шла война.

Плесневелая Мэри творит историю

Организаторы первого промышленного производства пенициллина в Пеории, штат Иллинойс, понимали, что флеминговская плесень не может быть самой урожайной в мире. Военные пилоты везли образцы грибка со всего света. Обратились за помощью и к местным жителям. С особым энтузиазмом отнеслась к призыву дама по имени Мэри Хант. Она собирала образцы плесени по всему городу, заработав прозвище Плесневелая Мэри. Летом 1943-го мисс Хант нашла на рынке гнилую дыню-канталупу с великолепной золотистой плесенью Penicillium chrysogenium — смесью разных штаммов, один из которых оказался на редкость плодовитым. Генетики увеличили урожайность грибка, облучив его ультрафиолетом. И до сих пор весь пенициллин в мире вырабатывают потомки плесени с этой канталупы.

В результате внедрения «штамма канталупы» затраты на лечение одного случая сепсиса снизились с 200 до 6,5 доллара. Миллиарды единиц пенициллина, наработанные весной 1944-го, подтолкнули союзников к открытию Второго фронта. Ведь высадку в Нормандии оттягивали не только из политических соображений, но также и из опасений, что на всех раненых не хватит пенициллина.

Применение антибиотиков в действующей армии началось еще во время высадки англо-американской армии на Сицилии в августе 1943 года. Результаты были поразительны. Если потери фашистов оставались на уровне 1914 года (150 раненых из 1 000 гибли от гангрены), то у союзников смертность от гангрены прекратилась вообще. Тяжелораненые избегали ампутации и возвращались в строй за месяц.

Такая благостная картина существовала недолго. Сразу после войны пошли страшные сообщения о госпитальных инфекциях. В больницах появилась новая разновидность золотистого стафилококка. Эта бактерия мирно проживает у нас в носу и на коже, но она смертельно опасна при попадании в рану. Именно золотистый стафилококк чаще всего уничтожали пенициллином, и он первым приобрел к пенициллину устойчивость, или резистентность. Флори произнес тогда пророческие слова: «Антибиотики надо назначать, только если речь идет о жизни и смерти. Они не должны продаваться в аптеках, как аспирин». Но уже в 1946 году пенициллин появился в свободной продаже. А вслед за ним и целая плеяда антибиотиков.

Риск дело благородное

Статья Флори об испытании препарата на мышах скромно помещалась на 226-й странице номера журнала «Ланцет» за август 1940 года. Спустя год статью заметили в Советском Союзе. Отечественными исследованиями антибиотиков руководила Зинаида Виссарионовна Ермольева — знаменитый специалист по борьбе с холерой. Через Наркомздрав она просила у союзников образец плесени, с которой работал Флеминг. Англичане сначала тянули с ответом, затем сообщили, что исследования ведутся в США, и посоветовали обратиться туда.

Но и американские коллеги не торопились поделиться «сокровищем», и все же пенициллин в нашей стране появился. Ходили разные слухи о похищении советской разведкой английского штамма, но все подобные истории — из области охотничьих рассказов. На самом деле никакого детектива не было. Это подтверждает Тамара Иосифовна Балезина — сотрудница Ермольевой, выделившая первый пенициллин: «Устав от напрасного ожидания, весной 1942 года я с помощью друзей стала собирать плесени из самых различных источников. Те, кто знал о сотнях неудачных попыток Флори найти свой продуцент пенициллина, относились к моим опытам иронически. 93-м по счету образцом был грибок, случайно выросший в другой лаборатории на культуре микроорганизма, над которым там работали. Этот штамм был идентифицирован как «близкий к Penicillium crustosum». Из него мы и стали получать советский препарат, который назвали «пенициллин-крустозин ВИЭМ». Проверив безвредность антибиотика на себе, сотрудники Всесоюзного института экспериментальной медицины (ВИЭМ) передали его для клинических испытаний.

Уже в сентябре 1942 года профессор Вольф Александрович Дорфман в поликлинике ЦЕКУБУ лечил пенициллином деятелей науки от смертельных тогда флегмон шеи. В ноябре препарат испытали на безнадежных септических раненых в госпитале 5004 (ныне ГКБ № 23). Результаты превзошли все ожидания, молва о пенициллине пошла по всем фронтам. В конце того же года в ВИЭМ пришел офицер и умолял дать ему пенициллин для излечения от сифилиса. Ермольева сначала отказала, поскольку знала, что выращенная в искусственной среде бледная спирохета устойчива к антибиотику. Но больной так просил! Через неделю он пришел с благодарностью. Оказалось, пенициллин лечит в живом организме болезни, на возбудителей которых не действует in vitro. Это было открытием. Но сообщить о нем союзникам Ермольева не имела права. В феврале 1944 года, после посещения Флори Москвы, появился странный отчет: «Во-первых, советская плесень оказалась не сrustosum, а notatum, как у Флеминга. Во-вторых, русские не сумели выделить пенициллин в чистом виде. В-третьих, у них нет достаточного запаса для клинических испытаний». А как же испытания на 1 200 раненых? Как же пенициллиновый завод на Серпуховском (ныне Варшавском) шоссе? Причина, по словам Тамары Балезиной, кроется в соображениях безопасности. От иностранцев было приказано скрывать сам факт выделения чистой культуры, его испытания и промышленное производство.

Во время встречи с Ермольевой Флори вручил ей собственный штамм и показал клинические возможности его применения. Ермольева собиралась передать Флори советский препарат и культуру Penicillium для исследования с помощью аппаратуры, которой в СССР на тот момент не существовало. В Оксфорде можно было уточнить его строение, а значит, и усовершенствовать методы его получения. Вместо этого по настоянию «органов» полоску агара с английской культурой наложили на полоску с советской, потерли их друг о друга и результат отдали Флори. Понятно, почему он выявил в образце свой notatum! Прощаясь с советскими коллегами, Флори не понимал, отчего у них в этот день плохое настроение. Никто не смог сказать англичанам, что их обманывают. Тем не менее выполнявшему роль переводчика профессору Дорфману «на всякий случай» дали 8 лет.

Почти любовное приключение

Зачем же понадобилось изобретать новые препараты, когда есть прекрасно зарекомендовавший себя пенициллин? Все дело в том, что появились микробы, не чувствительные к действию «отца» антибиотиков. Такое противостояние — вещь для любых живых организмов вполне закономерная и объяснимая с точки зрения эволюционной теории. Во-первых, в любой популяции бактерий есть более устойчивые экземпляры, которые в ходе естественного отбора начинают преобладать в колонии. А, во-вторых, оказалось, что микроорганизмы могут передавать друг другу по наследству приобретенные способности выживания.

Выяснилось, что микроорганизмы ведут самую настоящую половую жизнь. Некоторые даже используют для привлечения партнеров особые приемы. Пример любовного романа у микробов: испускающий пахучие феромоны энтерококк притягивает партнера специальным хвостиком, они тесно сближаются и по открывающемуся между клетками каналу проходят плазмиды. Это автономные микрохромосомы, связки от 3 до 300 генов, рассредоточенные по всей клетке. В предвкушении свидания бактерия изготовляет дубликат плазмиды, предназначенный для партнера.

Плазмида может сообщить новому хозяину свои наследственные особенности. Например, научить его вырабатывать расщепляющий антибиотики фермент. Что интересно, партнером бактерии может быть микроб совсем другого вида. В микромире обмен генами происходит между организмами куда менее родственными, чем волк и заяц. Обитающая в нашем организме кишечная палочка, вступая в случайные связи, научилась у одного резистентности к пенициллину, у другого — к тетрациклину, у третьего — к сульфаниламидам, а четвертому сама передала все эти навыки. Настоящая «академия резистентности» — это почва, куда антибиотики попадают в небольших дозах. Такие бактерии выдерживают воздействие малых количеств лекарств и обретают к ним устойчивость. Это, кстати, важная причина, по которой при лечении антибиотиками их надо принимать регулярно: если концентрация в организме падает, некоторые микробы выживают. Они мутируют, приобретают резистентность, в результате приходится повышать терапевтические дозы. Так вот, почвенные бактерии набрали большую коллекцию генов устойчивости к самым разным антибиотикам и обрели то, что медики называют множественной резистентностью. Эту «полезную» информацию они периодически и передают болезнетворным микробам.

Генетическая информация, доставшаяся бактериям от случайных партнеров, не всегда считывается. В таком случае чужая плазмида уничтожается. Но это не предохраняет от обмена генами. Подобный пример был описан в 2003 году микробиологами правительственного Центра США по контролю и профилактике заболеваний. В организме одного диабетика из Детройта фекальный энтерококк передал золотистому стафилококку плазмиду с геном устойчивости к мощному антибиотику ванкомицину. Но ферменты стафилококка отвергли этот ген, и уже было разобрали гибнущую плазмиду, когда в последний момент с нее на собственную плазмиду стафилококка перескочил крохотный генетический элемент, отвечающий за устойчивость к ванкомицину. Потомки этой бактерии распространились по многим странам. Это возбуждающие грозные инфекции ванкомицин-резистентные золотистые стафилококки. Их пока еще могут уничтожить антибиотики линезолид и хинипристин, но это только вопрос времени.

Что же такое резистентность? В середине 60-х экспедиция в пустыню Калахари установила, что в организме туземцев-бушменов живет небольшое количество устойчивой к антибиотикам кишечной палочки. Обследуемое племя не лечилось пенициллином, да и вообще за последние сто лет мало контактировало с внешним миром. Изучили также стадо бабуинов, не бывавшее там, где применялись антибиотики. И в их фекалиях нашлись резистентные микроорганизмы. Очевидно, наследственная резистентность от природы свойственна многим организмам. И прежде всего тем, которые сами выделяют антибиотики, чтобы не пораниться собственным оружием. А таких немало: бактерии, грибы, растения, животные! Даже люди: в мужской сперме есть антибиотик спермин, защищающий семя от бактерий.

И при этом резистентные бактерии не составляли большинство. Объяснение очень простое — устойчивость к антибиотикам не такое уж нужное качество.

Средства обороны

За время интенсивной борьбы человечества с микромиром представители последнего пережили эволюцию, на которую в обычных условиях понадобились бы три мезозойские эры. Бактерии начали сопротивление с того, что с помощью особого фермента стали разрывать так называемое бета-лактамное кольцо — часть молекулы пенициллина, которая придает ему антибактериальную активность:

Химики приделали к молекуле пенициллина радикалы, заслоняющие это кольцо от враждебного фермента. Так появились ампициллин, метициллин и другие пенициллины новых поколений. Со временем бактерии научились обходить препятствия. Особенно отличился печально знаменитый золотистый стафилококк, метициллин-резистентная форма которого 25 лет назад произвела опустошительную эпидемию в больницах Австралии.

От пассивной обороны фармацевты перешли к нападению. В состав антибиотиков стали вводить вещества, расщепляющие бета-лактамазу, то есть уничтожающие оружие микробов. Такие лекарства называют ингибиторзащищенными. Например, в препарате «Аугментин» антибиотик амоксициллин действует под прикрытием клавулановой кислоты, разлагающей бета-лактамазу. В ответ выжившие стафилококки подобрали другой фермент, на который клавулановая кислота не действует. К счастью, пока такие мутанты встречаются не везде, но их все больше. Достаточно выбросить неиспользованные антибиотики, как обычный мусор, чтобы помочь размножению мутантов в окружающей среде.

Принимая только один препарат, мы учим живущие внутри нас бактерии сопротивляться ему. В 1992 году Стюарт Леви, президент Международного союза за разумное применение антибиотиков, ведущий эксперт по бактериальной резистентности, сделал неприятное открытие. Кишечная палочка подвергалась воздействию небольших доз тетрациклина. Безо всякого общения с другими микробами бактерия выработала резистентность к тетрациклину и семи другим антибиотикам, которых она и не нюхала. Самое печальное, что среди этих семи были совсем новые тогда фторхинолоны, о резистентности к которым «на воле» бактерии даже не слыхали. Значит, при воздействии одного и того же антибиотика микробы готовятся к тому, что на них будут воздействовать и другими препаратами. Более того, они будто предугадывают ход развития фармацевтической промышленности.

Невыгодный бизнес

А мировая промышленность антибиотиков переживает не лучшие времена. И причиной тому — господство транснациональных корпораций, которым никто не указ. Антибиотики действуют быстро и потому приносят мало прибыли. Куда более выгодно продавать инсулин или виагру: их принимают долго и часто.

Кроме того, большая часть антибиотиков предназначена не для людей.

70% валового производства антибактериальных препаратов потребляет сельское хозяйство, в основном для лечения и подкормки животных. Эта практика началась в 1947 году после случайной находки Бенджамина Даггара. Он выделил препарат хлортетрациклин — первый из семейства тетрациклинов — и извлек его из организма грибка Streptomyces aureofaciens. Отработанную биомассу (остатки грибков) скормили цыплятам. И оказалось, что при добавлении считанных граммов хлортетрациклина к тонне корма животные набирают вес. Остаются непонятными причины этого явления, но индустрия сразу ухватилась за него, что привело к появлению небольших количеств антибиотиков в мясе и молоке.

Это прямая угроза. К примеру, до 1995 года резистентность фторхинолонам среди людей оставалась нечастым явлением. Так было, пока фторхинолонами не начали подкармливать скотину.

«Аугментин» и промышленный шпионаж

Россияне применяют в основном довольно старые антибиотики. «Супербактерии» в наших краях редкость, и чем дальше от Москвы, тем реже. Самые страшные инфекции — в больницах развитых стран. Американские военные везут домой из Ирака ацинетобактер — возбудитель пневмонии, излечимой только одним антибиотиком. А против новых штаммов синегнойной палочки уже не осталось защиты. На разработку антибиотика, способного справиться с синегнойной палочкой, нужно 10 лет и 100 миллионов долларов. Крупные корпорации после скандала с «Аугментином» предпочитают не рисковать такими деньгами.

Разработавшая «Аугментин» компания GlaxoSmithKlinе получила в 2002 году неприятный сюрприз: суд досрочно прекратил действие патента. Швейцарская корпорация Novartis незамедлительно выбросила на рынок непатентованную копию (так называемый «дженерик») препарата — «AmoxC». Продажи «Аугментина», приносившего миллиард долларов в год, моментально упали на 64%.

Истинные владельцы судятся со швейцарцами, обвиняя их в промышленном шпионаже. Якобы штамм вырабатывающего клавулановую кислоту микроорганизма (на создание которого затрачено много времени и средств) был похищен штатным сотрудником GSK, перешедшим на работу в Novartis. Этот прецедент очень важен. Как можно планировать прибыли от инноваций, если конкуренты могут лишить вас патентной защиты?

Ситуация становится угрожающей. Неконтролируемую торговлю антибиотиками и злоупотребление ими в сельском хозяйстве производители не прекратят, чтобы не снижать продаж. Старые антибиотики теряют эффективность, а производители не разрабатывают новых.

Инновациями чаще занимаются более мелкие компании. Но сейчас многие из них поглощены крупными корпорациями. Новое руководство первым делом сократило как нерентабельные программы по антибиотикам.

Правда, есть многообещающие академические исследования.

С 1970-х годов все новые обнаруженные в природе антибиотики принадлежали к ранее известным классам, и бактерии быстро учились им сопротивляться. В 2001 году группа профессора Эдварда Нога (Университет штата Северная Каролина) обнаружила в рыбьих жабрах антибиотики совершенно нового класса. Эти вещества, названные писцидинами, рыбы вырабатывают для защиты от проникающих извне бактерий. Нога полон оптимизма: «Продуцентов антибиотиков ищут в почве, но у нас в резерве Мировой океан».

Другое важное открытие сделали в Университете штата Иллинойс. Там испытали блокирующий фермент, мешающий бактерии изготовить дубликат плазмиды с геном, отвечающим за устойчивость к антибиотикам. Из двух клеток, на которые делится подопытная бактерия, резистентность наследует лишь одна. В сочетании с блокирующим ферментом даже старые антибиотики могут остановить развитие инфекции.

Все эти работы проводятся на гранты, без поддержки серьезной индустрии, как поначалу было у Флори. Новыми антибиотиками во всем мире сегодня занимается меньше специалистов, чем 60 лет назад работали только в США над одним лишь пенициллином.

Конечно, люди спохватятся. Пока в пожарном порядке будут внедрять новые препараты, нам предстоит 10 лет жить бок о бок с инфекциями, от которых пока нечем защищаться. В конечном счете мы выровняем положение и «с облегчением» скажем, что вернулись к уровню 2006 года. Однако противостояние с микромиром на этом не закончится. Сумеем ли мы когда-нибудь взять верх и создать лекарства, которые гарантированно защитят нас от любой инфекции?

_{Материал опубликован в журнале «Вокруг света» № 10, октябрь 2006}