Есть ли достижения человечества в борьбе с бактериями?

Бактерии самый древний вид жизни на планете. Они находятся повсюду, даже там, где другие организмы не могут существовать. Только малая их часть приносит пользу, остальные же наносят вред не только человеческому организму, а и растениям, животным, продуктам, месторождениям полезных ископаемых. Ученые постоянно разрабатывают новые меры борьбы с бактериями, чтобы снизить их губительное действие на живые организмы.

Как бороться с микробами, вызывающими заболевания живых организмов

Болезнетворные микробы, попадая в ослабленный организм человека, развивают бурную жизнедеятельность, вызывая при этом различные заболевания: ангину, пневмонию, нарушения в работе желудочно-кишечного тракта, мочеполовой системы, отит и т.п.

Причиной ослабления организма могут быть:

• стрессы;
• переохлаждение;
• сниженный иммунитет;
• общая усталость.

Возбудители таких заболеваний, как тиф, холера, дизентерия, попадают к нам не только от зараженного человека, а и через воду, пищевые продукты.

Такие виды борьбы с болезнетворными бактериями, как постоянный контроль качества воды и пищевых продуктов, привели к тому, что человечество практически избавилось от этих заболеваний.

Прежде чем вода попадет в кран, она проходит степень очистки в отстойниках, затем ее пропускают через специальные фильтры, а для уничтожения болезнетворных видов микробов воду хлорируют и пропускают через ультрафиолет.

Многие грызуны и насекомые являются вредными для человека, так как они распространяют инфекционные заболевания. С целью предотвращения разноса инфекции в помещениях санитарно-эпидемические службы проводят дезинфекцию.

Распространители таких заболеваний, как туберкулез и бруцеллез, могут находиться в сыром молоке. С целью уничтожения данного вида возбудителей применяют пастеризацию ─ длительное нагревание.

Человек научился противостоять многим видам микроорганизмов, уже с раннего возраста детям делают прививки, организм становится неуязвимым ко многим опасным болезням. Когда вводят в организм малую дозу тех или иных ослабленных возбудителей инфекционных заболеваний, у человека вырабатывается к ним иммунитет.

В экстренных случаях, когда у человека нет врожденного или приобретенного иммунитета к тому или иному виду возбудителя, в организм вводят лечебную сыворотку. Получают ее из крови животного. После ее введения образуются антитела, которые подавляют жизнедеятельность болезнетворных видов микробов.

С открытием пенициллина человечество шагнуло далеко вперед в лечении гнойных заболеваний, вызванных анаэробными микроорганизмами, и лечении положившей много человеческих жизней в свое время болезни ─ воспаление легких. Благодаря ученым были открыты микроорганизмы, которые вырабатывают вещества, подавляющие либо полностью уничтожающие патогенные формы, не принося вреда организму человека. Так появились антибиотики.

Для борьбы с бактериями и вирусами необходимо соблюдать правила гигиены, что позволит предохранить себя от заболеваний, передающихся через предметы или воздушно-капельным путем. Чтобы уберечь себя от многих инфекционных заболеваний, необходимо:

• регулярно мыть руки;
• проветривать помещения;
• есть хорошо обработанную пищу.

Борьба с микроорганизмами в промышленности

В легкой и пищевой промышленности не обойтись без бактерий. Многие из них приносят пользу при изготовлении вина, молочнокислых продуктов, уксусной кислоты, но многие и наносят вред. Так результатом губительного воздействия бактерий является порча продуктов.

Пагубное действие на целлюлозно-бумажных предприятиях сказывается в том, что бактерии проникают в стенки волокон ткани, древесины, бумажных изделий, что приводит к уменьшению прочности волокон. При этом изделия из ткани разрушаются, образуются дырки, древесина крошится.

Борьба с бактериями в промышленности при изготовлении молочнокислых продуктов заключается в применении пастеризации. Длительное нагревание при температуре 60-63⁰С приводит к их уничтожению, при этом вкусовые качества продуктов не изменяются. Пастеризации подвергают фруктовые соки, вина, пиво.

Борьба с бактериями в промышленности ─ это охлаждение и заморозка для предотвращения их губительного воздействия на продукты. При этом микроорганизмы не погибают, но рост и размножение у них замедляются. К действенным методам хранения пищевых продуктов относят:

• копчение;
• вяление;
• маринование;
• соление;
• добавление большого количества сахара.

Добавление соли или сахара приводит к обезвоживанию среды, где обитают бактерии, и это является для них разрушительным. Создание кислой среды приводит к тому, что процессы роста заметно снижаются или вообще прекращаются.

Борьба с бактериями в промышленности, занимающейся выпуском бумажно-целлюлозной продукции и тканей, проявляется созданием целлюлозного сорбента, который поглощает в себя бактерии. Процесс заключается в том, что происходит механическое удержание микроорганизмов на молекулярном уровне. Обработка тканей и бумаги различными химическими реагентами снижает восприимчивость материалов к гнилостным бактериям.

Способы защиты нефтяных месторождений от воздействия сульфатвосстанавливающих микроорганизмов

В результате анаэробного дыхания сульфатвосстанавливающих бактерий выделяется водород, который вступает в реакцию с железом, образуя оксиды, закупоривающие верхние пласты нефтяных скважин. Также они являются причиной коррозии трубопроводов и подводных коммуникаций.

Борьба с сульфатвосстанавливающими бактериями на нефтяных месторождениях заключается в применении бактерицидных препаратов и ингибиторов.

Борьба с сульфатвосстанавливающими бактериями на нефтяных месторождениях в нефтедобывающей отрасли происходит с применением таких способов:

• нагнетание в пласт хлористого натрия;
• нагнетание разложенной при помощи электролиза минерализованной воды и закачка хлора в нефтяной пласт.

Продукты нагнетания приводят к отмиранию данного вида бактерий.

Борьба с микроорганизмами в аквариуме

Сине-зеленые водоросли (цианобактерии) в аквариуме возникают в основном из-за плохого ухода за ним. Зачастую появление этих микроорганизмов в аквариуме на других водорослях может быть связано с высокой концентрацией органики, которая является для них пищей. Появление таких бактерий в аквариуме приводит к заболеваниям рыб и ухудшению роста других водорослей.

Основные меры борьбы с паразитами в аквариуме ─ это применение антисептиков и антибиотиков. Побочными действиями применения антибиотиков в аквариуме есть нарушение микрофлоры. Локальная обработка перекисью водорода позволяет решить проблему с вредными сине-зелеными бактериями в аквариуме, не причиняя ущерба другим его обитателям.

Основные направления исследований в микробиологии основываются на изучении положительного влияния бактерий в жизни человечества и мерах воздействия на те виды, которые приносят вред нашему здоровью и окружающей среде в целом.

Как наука борется с бактериями, устойчивыми к антибиотикам

Зимой 2003 года у Рики Ланнетти, успешного 21-летнего футболиста, начался кашель, а затем тошнота. Через несколько дней мама Рики заставила сына обратиться к врачу. Все симптомы указывали на вирус гриппа, поэтому тот не прописал Рики антибиотики, ведь они убивают бактерии, а не вирусы. Но болезнь не проходила, и мать отвезла Рики в местную больницу — к этому моменту у юноши уже отказывали почки. Ему назначили два сильнодействующих антибиотика: цефепим и ванкомицин. Но меньше чем через сутки Рики умер. Анализы показали, что убийцу звали метициллин-резистентный золотистый стафилококк (MRSA) — токсичная бактерия, устойчивая ко множеству антибиотиков.

Такие штаммы, как MRSA, сегодня называют супермикробами. Подобно героям ужастикам, они мутируют и приобретают сверхспособности, позволяющие противостоять врагам — антибиотикам.

Конец эры антибиотиков

В 1928 году, вернувшись из отпуска, британский биолог Александр Флеминг обнаружил, что оставленные им по невнимательности чашки Петри с бактериальными культурами заросли плесенью. Нормальный человек взял бы да и выбросил её, но Флеминг принялся изучать, что же случилось с микроорганизмами. И выяснил, что в тех местах, где есть плесень, нет бактерий-стафилококков. Так был открыт пенициллин.

Флеминг писал: «Когда я проснулся 28 сентября 1928 года, то, конечно, не планировал совершить революцию в медицине, открыв первый в мире антибиотик, но, полагаю, именно это я и сделал». Британский биолог за открытие пенициллина в 1945-м году получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине (вместе с Говардом Флори и Эрнстом Чейном, которые разработали технологию очистки вещества).

Современный человек привык к тому, что антибиотики — доступные и надёжные помощники в борьбе с инфекционными болезнями. Ни у кого не вызывает паники ангина или царапина на руке. Хотя лет двести назад это могло привести к серьёзным проблемам со здоровьем и даже к гибели. XX век стал эпохой антибиотиков. Вместе с вакцинацией они спасли миллионы, а может, и миллиарды человек, которые непременно погибли бы от инфекций. Вакцины, слава богу, исправно работают (общественное движение борцов с прививками медики всерьёз не рассматривают). А вот эпоха антибиотиков, похоже, подходит к концу. Враг наступает.

Как рождаются супермикробы

Одноклеточные существа начали осваивать планету первыми (3, 5 миллиарда лет назад) — и непрерывно воевали друг с другом. Потом появились многоклеточные организмы: растения, членистоногие, рыбы… Те, кто сохранил одноклеточный статус, задумались: а что, если покончить с междоусобицей и начать захват новых территорий? Внутри многоклеточных безопасно и много еды. В атаку! Микробы перебирались из одних существ в другие, пока не добрались до человека. Правда, если одни бактерии были «хорошими» и помогали хозяину, то другие только причиняли вред.

Люди противостояли этим «плохим» микробам вслепую: вводили карантин и занимались кровопусканием (долгое время это был единственный способ борьбы со всеми болезнями). И только в XIX веке стало ясно, что у врага есть лицо. Руки стали мыть, больницы и хирургические инструменты — обрабатывать дезинфицирующими средствами. После открытия антибиотиков казалось, что человечество получило надёжное средство борьбы с инфекциями. Но бактерии и другие одноклеточные не захотели покидать тёплое местечко и стали приобретать устойчивость к лекарствам.

Супермикроб может по-разному противостоять антибиотику. Например, он способен вырабатывать ферменты, которые разлагают препарат. Иногда ему просто везёт: в результате мутаций становится неуязвимой его мембрана — оболочка, по которой раньше лекарства наносили сокрушительный удар. Устойчивые бактерии рождаются по-разному. Иногда в результате горизонтального переноса генов вредные для человека бактерии заимствуют у полезных средства защиты от лекарств.

Ещё одно, более реалистичное изображение метициллин-резистентного золотистого стафилококка (MRSA). С каждым годом он распространяется всё шире, особенно внутри больниц и среди людей с ослабленным иммунитетом. По некоторым данным, в США этот микроб ежегодно убивает около 18 тысяч человек (точное число заболевших и умерших определить пока невозможно). Фото: «Кот Шрёдингера»

Порой человек сам превращает организм в центр по тренировке бактерий-убийц. Допустим, мы лечим пневмонию с помощью антибиотиков. Врач предписал: принимать лекарство нужно десять дней. Но на пятый всё проходит и мы решаем, что хватит травить организм всякой гадостью и прекращаем приём. К этому моменту мы уже перебили часть бактерий, наименее устойчивых к препарату. Но самые крепкие остались живы и получили возможность размножаться. Так, под нашим чутким руководством заработал естественный отбор.

«Лекарственная устойчивость является естественным явлением эволюции. Под воздействием противомикробных препаратов наиболее чувствительные микроорганизмы погибают, а резистентные остаются. И начинают размножаться, передавая устойчивость своему потомству, а в ряде случаев и другим микроорганизмам», — поясняет Всемирная организация здравоохранения.

— Возникновению лекарственной устойчивости способствует то, что многие антибиотики можно купить в аптеке без рецепта врача. Да и сами врачи часто перестраховываются и необоснованно выписывают эти препараты. Допустим, поднялась у человека температура — ему тут же антибиотики дают, не сделав анализы и не разобравшись, что её вызвало, — рассказывает профессор ММСУ Юрий Венгеров (врач-инфекционист, доктор медицинских наук, соавтор книг «Инфекционные и паразитарные болезни», «Заразные болезни», «Тропические болезни. Руководство для врачей», «Лекции по инфекционным болезням»). — Особенно активно селекция микробов происходит в больницах. Там контактируют люди с разными инфекциями, там принимают много антибиотиков. В итоге сейчас стала широко распространятся больничная пневмония и другие внутрибольничные инфекции. Речь идёт не только о бактериальных заболеваниях, но и, например, о грибковых. Среди грибов уже 30% приобрели устойчивость к лекарствам.

Одноклеточные атакуют

Осенью 2016 года в Нью-Йорке идёт заседание Генеральной Ассамблеи ООН, в котором участвуют представители 193 стран, то есть фактически вся планета. Обычно здесь обсуждают вопросы войны и мира. Но сейчас речь не о Сирии, а о микробах, выработавших устойчивость к лекарствам.

«Мировые лидеры продемонстрировали беспрецедентное внимание к проблеме сдерживания инфекций, устойчивых к противомикробным препаратам. Имеется в виду формирование у бактерий, вирусов, паразитов и грибков способности сопротивляться действию препаратов, которые раньше использовались для их уничтожения и лечения вызванных ими болезней. Впервые главы государств приняли на себя обязательство предпринять масштабные и координированные действия по борьбе с первопричинами развития устойчивости к противомикробным препаратам сразу в целом ряде сфер, прежде всего в сферах здравоохранения, охраны здоровья животных и сельском хозяйстве. Это лишь четвёртый в истории случай, когда вопрос здравоохранения был поднят Генеральной Ассамблеей ООН», — сообщает сайт ВОЗ.

Прогноз мрачный. «Пациентам становится всё сложнее излечиваться от инфекций, поскольку уровень устойчивости патогенных микроорганизмов к действию антибиотиков и, что ещё хуже, антибиотиков резервного ряда стабильно растёт. В сочетании с чрезвычайно медленной разработкой новых антибиотиков это повышает вероятность того, что респираторные и кожные инфекции, инфекции мочевых путей, кровотока могут стать неизлечимыми, а значит, смертельными», — поясняет доктор Недрет Эмироглу из Европейского бюро ВОЗ.

— К этому списку заболеваний я бы обязательно добавил малярию и туберкулёз. В последние годы бороться с ними становится всё труднее, поскольку возбудители приобрели устойчивость к лекарствам, — уточняет Юрий Венгеров.

Примерно о том же говорит помощник генерального директора ВОЗ по безопасности здравоохранения Кейджи Фукуда: «Антибиотики теряют эффективность, так что обычные инфекции и небольшие травмы, которые излечивались в течение многих десятилетий, сейчас снова могут убивать».

Модель бактериофага, поражающего микроба. Эти вирусы внедряются в бактерий и вызывают их лизис, то есть растворение. Хотя бактериофаги были открыты в начале XX века, только сейчас их стали включать в официальные медицинские справочники. Фото: «Кот Шрёдингера»

— Бактерии начали сопротивляться особенно рьяно, когда антибиотики стали в огромных количествах применяться в больницах и в сельском хозяйстве, — уверяет биохимик Константин Мирошников (доктор химических наук, руководитель лаборатории молекулярной биоинженерии Института биоорганической химии им. Академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН). — Например, чтобы остановить болезни у цыплят, фермеры используют десятки тысяч тонн антибиотиков. Зачастую для профилактики, что позволяет бактериям узнать врага поближе, привыкнуть к нему и выработать устойчивость. Сейчас применение антибиотиков стали ограничивать законодательно. Считаю, что общественное обсуждение таких вопросов и дальнейшее ужесточение закона позволят замедлить рост устойчивых бактерий. Но не остановят их.

— Возможности создания новых антибиотиков почти исчерпаны, а старые выходят из строя. В какой-то момент мы окажемся бессильны перед инфекциями, — признаёт Юрий Венгеров. — Тут ещё важно понимать, что антибиотики превращаются в лекарство только тогда, когда существует доза, способная убить микробов, но при этом не навредить человеку. Вероятность найти такие вещества всё меньше и меньше.

Враг победил?

Всемирная организация здравоохранения периодически публикует панические заявления: мол, антибиотики первого ряда перестают действовать, более современные тоже близки к капитуляции, а принципиально новые препараты пока не появились. Война проиграна?

— Бороться с микробами можно двумя способами, — говорит биолог Денис Кузьмин (кандидат биологических наук, сотрудник учебно-научного центра ИБХ РАН). — Во-первых, искать новые антибиотики, воздействующие на конкретные организмы и мишени, ведь именно антибиотики «большого калибра», поражающие разом целый букет бактерий, вызывают ускоренный рост резистентности. Например, можно конструировать лекарства, которые начинают действовать только при попадании внутрь бактерии с определённым обменом веществ. Причём производителей антибиотиков — микробов-продуцентов — нужно искать в новых местах, активнее задействовать природные источники, уникальные географические и экологические зоны их обитания. Во-вторых, следует разрабатывать новые технологии получения, культивирования продуцентов антибиотиков.

Эти два способа уже реализуются. Разрабатываются новые методы поиска и проверки антибиотиков. Микроорганизмы, которые могут стать оружием нового поколения, ищут повсюду: в гниющих растительных и животных остатках, иле, озёрах и реках, воздухе… Например, учёным удалось выделить антимикробное вещество из слизи, которая образуется на коже лягушки. Помните древнюю традицию класть лягушку в крынку с молоком, чтобы оно не скисало? Сейчас этот механизм изучили и пытаются довести до медицинской технологии.

Ещё пример. Совсем недавно российские учёные из НИИ по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф. Гаузе исследовали жителей съедобных грибов и нашли несколько потенциальных поставщиков новых лекарств.

Другим путём пошли учёные из Новосибирска, работающие в российско-американской лаборатории биомедицинской химии ИХБФМ СО РАН. Им удалось разработать новый класс веществ — фосфорилгуанидины (выговорить сложно, да и записать нелегко). Это искусственные аналоги нуклеиновых кислот (точнее, их фрагментов), которые легко проникают в клетку и вступают во взаимодействие с её ДНК и РНК. Такие фрагменты можно создавать под каждый конкретный патоген на основе анализа его генома. Возглавляет проект американец Сидней Альтман (лауреат Нобелевской премии по химии 1989 года (вместе с Томасом Чеком). Профессор Йельского университета. В 2013-м получил российский мегагрант и стал работать в Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН).

Но самые популярные направления поиска средств против инфекций — это бактериофаги и антимикробные пептиды.

Союзники из лужи

С высоты птичьего полёта здание ИБХ РАН выглядит как двойная спираль ДНК. А сразу за воротами стоит непонятная скульптура. Табличка поясняет, что это комплекс антибиотика валиномицина с ионом калия посередине. Пятьдесят лет назад сотрудники института поняли, как связываются друг с другом ионы металлов и как проходят потом сквозь оболочку клетки благодаря ионофорам.

Сейчас в ИБХ занимаются и другой темой — бактериофагами. Это особые вирусы, которые избирательно атакуют бактерии. Руководитель лаборатории молекулярной биоинженерии Константин Мирошников ласково называет своих подопечных-бактериофагов зверюшками.

— Фаги хороши и одновременно плохи тем, что действуют на конкретный патоген. С одной стороны, мы целимся только в те микробы, которые мешают жить, и не беспокоим остальных, а с другой — на поиски нужного фага требуется время, которого обычно не хватает, — улыбается завлаб.

И бактерии, и бактериофаги есть в каждой луже. Они постоянно сражаются друг с другом, но уже миллионы лет ни одна сторона не может победить другую. Если человек хочет одолеть бактерий, которые атакуют его организм или картошку на складе, нужно в место размножения бактерий доставить больше соответствующих бактериофагов. Вот метафора, к примеру: когда осваивали побережье Золотых песков в Болгарии, там было много змей, тогда привезли много ежиков и те быстро сместили равновесие фауны.

— Два года назад мы начали сотрудничать с агропарком «Рогачёво» под Дмитровом. Генеральный директор организации Александр Чуенко — бывший электронщик и просвещённый капиталист, не чуждый научному подходу, — рассказывает Константин. — Урожай картошки подъедали пектолитические бактерии — мягкая гниль, которая живёт на складах. Если проблему не решать, картофель быстро превращается в тонны вонючей жижи. Обработка картошки фагами как минимум резко замедляет развитие инфекции — продукт дольше сохраняет вкус и товарный вид как в хранилище, так и на полках магазина. При этом фаги атаковали гнилостных микробов и биодеградировали — распались на частицы ДНК, белки и пошли на корм другим микроорганизмам. После успешных испытаний руководство нескольких крупных агрокомплексов заинтересовалось такой биозащитой урожая.

— Как вам удалось найти нужные бактериофаги и превратить их в противоядие? — спрашиваю я, поглядывая на игрушечного фага, стоящего на стопке книг.

— Для поиска есть классический метод двойного агара. Вначале на первый слой агара в чашке Петри стелите эдакий газон из бактерий, сверху льете воду из лужи и закрываете вторым слоем агара. Через какое-то время на этом мутном газоне появляется чистое пятно, значит, фаг сожрал бактерию. Мы выделяем фаг и изучаем его.

Лаборатория Мирошникова вместе с российскими и зарубежными коллегами получила грант РНФ на исследования и диагностику патогенов картофеля. Тут есть над чем работать: растительные бактерии изучены гораздо хуже человеческих. Впрочем, с нашим организмом тоже много неясного. По словам учёных, врачи не так обследуют человека: все анализы и осмотры заточены под антибиотики, а для фаговой терапии нужны другие методы.

— Фаготерапия — это не лекарство в нынешнем понимании, а скорее комплексная услуга, которая включает быструю диагностику и подбор нужного средства против конкретного патогена. В России препараты фагов входят в список лекарственных средств, но не упомянуты в методических рекомендациях для терапевтов. Так что врачи, которые в теме, вынуждены применять фаги на свой страх и риск. А в Польше, например, законодательство гласит, что, если пациента нельзя вылечить методами традиционной доказательной медицины, можно применять хоть танцы с бубном, хоть гомеопатию, хоть фаговую терапию. И во вроцлавском институте имени Гиршфельда фаги применяют в качестве персонализированной медицинской помощи. Причём с большим успехом, даже в случае запущенных гнойных инфекций. Применение фагов — научно обоснованный и биологически понятный, хотя и не банальный метод, — подытоживает Мирошников.

Пептиды — это семейство веществ, состоящих из остатков аминокислот. В последнее время учёные всё чаще рассматривают пептиды как основу для будущих лекарств. Речь идёт не только об антибактериальных средствах. Например, в МГУ им. М.В. Ломоносова и НИИ молекулярной генетики РАН был создан пептидный препарат, который нормализует работу мозга, улучшает память, внимание и устойчивость к стрессу. Фото: «Кот Шрёдингера»

А вот новость из наукограда Пущино. Учёные из филиала ИБХ РАН, Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН и Института биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН исследовали, как фермент бактериофага Т5 действует на кишечную палочку. То есть работали не с самими бактериофагами, а с их белками-ферментами. Эти ферменты разрушают клеточные стенки бактерий — они начинают растворяться и гибнуть. Но у некоторых микробов есть надёжная наружная мембрана, и этот метод на них не действует. В Пущине решили в помощь ферменту привлечь вещества, которые увеличивают проницаемость мембраны. В результате экспериментов на культурах клеток кишечной палочки учёные выяснили, что вместе фермент и агент уничтожают бактерии намного эффективнее, чем по отдельности. Количество выживших клеток удалось уменьшить чуть ли не в миллионы раз относительно контрольного опыта. В качестве вещества-помощника использовали дешёвые распространённые антисептики, такие как хлоргексидин, причём в очень низких концентрациях.

Фаги можно использовать не только в качестве лекарства, но и как средство, повышающее эффективность прививок.

— В рамках проекта, получившего поддержку Министерства образования и науки России, мы собираемся применить белки бактериофагов для усиления иммуногенных свойств искусственного антигена, — рассказывает микробиолог Андрей Летаров (доктор биологических наук, заведующий лабораторией вирусов микроорганизмов Института микробиологии им. С.Н. Виноградского ФИЦ Биотехнологии РАН). — Для этого фрагменты антигена методами генной инженерии сшивают с некоторыми белками бактериофагов, которые способны собираться в упорядоченные структуры, например в трубочки или сферы.

Как объясняет учёный, такие структуры своими свойствами напоминают частицы патогенных вирусов, хотя на самом деле никакой опасности для человека и животных не представляют. Иммунная система гораздо охотнее распознаёт такие вирусоподобные частицы и быстро развивает антительный ответ. Это путь к созданию улучшенной вакцины, которая в дополнение к традиционной долговременной защите будет обеспечивать быстрый защитный эффект для предотвращения распространения заболевания в очаге инфекции.

Иммунитет червя и свиньи

Младший научный сотрудник учебно-научного центра ИБХ РАН Павел Пантелеев (кандидат химических наук) любит кататься на велосипеде по горам. Ещё он любит изучать морских беспозвоночных, точнее, их антимикробные пептиды, которые ежедневно сражаются с бактериями в организмах живых существ. Пептиды — это младшие братья белков: они тоже состоят из аминокислот, только их там не больше пятидесяти, а в белках сотни и тысячи.

— В начале каждой статьи о пептидах пишется примерно такая фраза: «Существует острая необходимость создания новых антибиотиков, потому что старые уже не работают из-за резистентности. А антимикробные пептиды обладают чудесным свойством — резистентность со стороны бактерий вырабатывается к ним с большим трудом «. Учебно-научный центр, в котором я работаю, занимается поиском пептидов, которые позволили бы нам противостоять патогенным микроорганизмам, — говорит Павел.

Сегодня известно более 800 таких пептидов, но все они не работают на людях. Лекарства на основе пептидов раз за разом проваливают клинические испытания: не удаётся найти стабильные структуры, которые бы в нужном количестве поступали в нужное место и не вызывали побочных эффектов. Они имеют свойство накапливаться в организме: например, могут убить инфекцию, но не выйти с мочой, а остаться в почках.

— Мы изучаем морских кольчатых червей, — рассказывает Павел. — Вместе с коллегами из Института экспериментальной медицины мы выделили из червей Arenicola marina (морской пескожил) два пептида и изучили их. Когда я был аспирантом, мы ещё ездили на Белое море за червями, но в них новых пептидов так и не нашли. Конечно, это может быть связано с несовершенством методики поиска, но, скорее всего, у этого червя действительно только два пептида, и этого достаточно, чтобы защищаться от патогенов.

— Почему именно черви, их проще изучать?

Дело в том, что существует концепция, согласно которой у древних беспозвоночных система врожденного иммунитета должна быть очень сильной, потому что многие из них живут в не самых благоприятных условиях среды обитания и до сих пор существуют. Сейчас одними из объектов моих исследований являются пептиды мечехвостов.

Павел достаёт телефон и показывает нечто с черепашьим панцирем и кучей отвратительных крабьих лапок. Такое можно увидеть только в фильме ужасов или в плохом сне.

Бактериофаг. Его реальная высота примерно 200 нанометров. Утолщение в верхней части называется головкой. В ней содержится нуклеиновая кислота. Фото: «Кот Шрёдингера»

— Однако не важно, что ты изучаешь, червей, мечехвостов или свиней, — продолжает Павел. — У всех организмов ты будешь исследовать одни и те же ткани и клетки, где находятся пептиды. Например, клетки крови — нейтрофилы у млекопитающих или гемоциты у беспозвоночных. Пока неизвестно почему, можно лишь выдвигать гипотезы, в том числе шутливые. Свинья — не особо чистоплотное животное, поэтому ей нужно больше защитников, которые не дадут бактериям из её грязевой ванны заразить организм чем-нибудь. Но есть и универсальный ответ: в каждом конкретном случае пептидов столько, сколько необходимо для защиты организма.

— Почему пептиды лучше антибиотиков?

— Пептиды хитро устроены. В отличие от антибиотиков, которые, как правило, действуют на определённую молекулярную мишень, пептиды встраиваются в клеточную оболочку бактерии и формируют в ней особые структуры. В конце концов оболочка клетки разрушается под весом пептидов, захватчики проникают внутрь, а сама клетка взрывается и погибает. Кроме того, пептиды действуют быстро, а эволюция структуры мембраны — очень невыгодный и сложный для бактерии процесс. В таких условиях вероятность развития устойчивости к пептидам сводится к минимуму. Кстати, в нашей лаборатории изучают пептиды не только животных, но и растений, например защитные соединения белково-пептидной природы из чечевицы, укропа. На базе отобранных природных образцов мы создаём что-то интересное. Получившееся вещество вполне может быть гибридом — чем-то средним между пептидом червяка и мечехвоста, — уверяет Павел.

P. S.

Хочется надеяться, что лет через пять, десять или двадцать наступит новая эра борьбы с микробами. Бактерии — существа хитрые и, возможно, создадут в ответ ещё более мощные средства обороны и нападения. Но и наука не будет стоять на месте, так что в этой гонке вооружений победа всё-таки останется за человеком.

Человек и бактерии. Метафоры

Друзья

Штатные сотрудники — бактерии, обитающие в нашем организме. По некоторым оценкам, их общая масса составляет от одного до трёх килограммов, а по количеству их больше, чем клеток человека. Они могут быть заняты на производстве (выработка витаминов), в перерабатывающей промышленности (переваривание пищи) и в армии (в нашем кишечнике эти бактерии подавляют рост своих патогенных собратьев).

Приглашённые специалисты по пищевому производству — молочнокислые и другие бактерии используются для производства сыра, кефира, йогурта, хлеба, квашеной капусты и других продуктов.

Двойные агенты — вообще-то, они враги. Но их удалось завербовать и заставить работать на нужды нашей обороны. Речь идёт о прививках, то есть введении в организм ослабленных вариантов бактерий.

Приёмные дети — это уже не бактерии, а части наших клеток — митохондрии. Когда-то они были самостоятельными организмами, но, проникнув сквозь клеточную мембрану, лишились независимости и с тех пор исправно обеспечивают нас энергией.

Рабочие-военнопленные — генетически модифицированные бактерии используются для производства лекарств (в том числе — антибиотиков) и многих других полезных веществ.

Враги

Оккупанты — все те, кто внедряется в наш организм, паразитирует на нём и приводит к ангине, туберкулёзу, чуме, холере и многим другим заболеваниям.

Пятая колона — некоторые бактерии, обитающие в нашем теле или на коже, в обычной ситуации могут быть вполне безвредными. Но когда организм ослаблен, они коварно поднимают восстание и переходят в наступление. Их ещё называют условно-патогенными штаммами.

Защитные крепости — колонии бактерий, которые покрывают себя слизью и плёнками, предохраняющими от действия препаратов.

Бронированная пехота — среди бактерий, устойчивых к антибиотикам, есть такие, которые умеют делать свои внешние оболочки непроницаемыми для молекул лекарств. Мощь пехоты скрыта в липополисахаридном слое. После гибели бактерий этот слой из жиров и сахара попадает в кровь и может вызвать воспаление или даже септический шок.

Тренировочные базы — ситуации, в которых выживают самые устойчивые и опасные штаммы. Такой тренировочной базой для бактериального спецназа может служить организм человека, который нарушает курс приёма антибиотиков.

Химическое оружие — некоторые бактерии научились вырабатывать вещества, которые разлагают лекарства, лишая их целебных свойств. Например, ферменты из группы бета-лактамаз блокируют действие антибиотиков из группы пенициллинов и цефалоспоринов.

Маскировка — микробы, меняющие внешнюю оболочку и белковый состав так, что лекарства их «не замечают».

Троянский конь — некоторые бактерии используют особые приёмчики для поражения врага. Например, возбудитель туберкулёза (Mycobacterium tuberculosis) способен забираться внутрь макрофагов — иммунных клеток, которые отлавливают и переваривают блуждающих болезнетворных бактерий.

Суперсолдаты — этим всесильным бактериям не страшны почти никакие лекарства.

Рекомендации ВОЗ

Десять заповедей антибактериального поведения

1. Своевременно проходите вакцинацию.

2. Применяйте противомикробные препараты только в случае их назначения дипломированным врачом.

3. Ещё раз: не занимайтесь самолечением с помощью антибиотиков!

4. Помните, что антибиотики не помогают от вирусов. Лечить ими грипп и многие виды «простуды» не только бесполезно, но и вредно. Вроде бы это проходят в школе, однако во время исследования ВЦИОМ на вопрос «Согласны ли вы с утверждением, что антибиотики убивают вирусы так же хорошо, как и бактерии?» 46% респондентов ответили «да».

5. Принимайте лекарство ровно в тех дозах и столько дней, сколько назначил врач. Не прекращайте приём, даже когда почувствуете себя здоровым. «В случае если вы не доведёте лечение до конца, есть риск, что антибиотики не убьют все бактерии, вызвавшие вашу болезнь, что эти бактерии мутируют и станут устойчивыми. Это происходит не в каждом случае — проблема в том, что мы не знаем, кто может закончить лечение преждевременно и без последствий», — признаются эксперты ВОЗ.

6. Никогда не делитесь антибиотиками.

7. Не используйте назначенные ранее и оставшиеся после приёма антибиотики.

8. Мойте руки. Пейте только чистую воду.

9. Используйте средства защиты при половых актах.

10. Избегайте тесных контактов с больными. Если сами заболели, проявите благородство — не пытайтесь заразить своих одноклассников, сокурсников или коллег. В смысле — сидите дома.

Болезнетворные бактерии

Рекламная фраза о том, что болезнетворные бактерии и микробы подстерегают на каждом шагу, имеет реальные обоснования. Заразиться можно, не помыв руки после туалета, съев грязный фрукт, или несвежий продукт и даже проехавшись в транспорте с переносчиком бактерий. Но не стоит объявлять бойкот микробам – среди них есть и полезные микроорганизмы, а большинству болезнетворных инфекций наш организм привык противостоять с детства.

Какие бактерии являются болезнетворными?

Если подходить к вопросу с научной точки зрения, опасаться бактерий не стоит вообще: большинство из них живут в нашем организме с самого рождения и регулируют жизненно важные процессы, такие, как пищеварение, выработка гормонов и даже противостояние инфекциям. Да, одни бактерии, характерные для нашего организма, противостоят распространению других, болезнетворных. Это касается и естественной микрофлоры кишечника, влагалища, ротовой полости, и даже слуховых проходов уха. Некоторые бактерии, живущие в организме, могут стать опасными при благоприятных условиях для их быстрого размножения. Например, различные кокки. Другие попадают в организм извне и являются причиной страшных болезней. К однозначно болезнетворным бактериям относятся:

• кишечная палочка;
• спирохеты (тиф, сифилис);
• шигеллы (дизентерия);
• микобактерии (туберкулез, проказа);
• микоплазмы (пневмония);
• бациллы (сибирская язва, столбняк);
• листерии (листериоз);
• вибрионы (холера, виброз);
• клостридии (ботулизм);
• гноеродные (сепсис, конъюнктивит);
• кокки (стафилококки, стрептококки, менингококки, пневмококки);
• сальмонеллы (брюшной и паратиф, сальмонеллез) и другие.

Борьба с болезнетворными бактериями

Болезнетворные бактерии могут вызвать заболевания дыхательных путей, мочеполовой системы и большинства внутренних органов. Попадая в организм с ослабленным иммунитетом, изможденный высокими нагрузками и стрессом, они быстро размножаются, постоянно увеличивая очаг заражения. Именно поэтому без своевременного приема антибиотиков победить многие из бактерий не удастся. Но только высококвалифицированный врач может подобрать правильное медикаментозное лечение, ведь для каждого вида и рода бактерий есть определенное средство, подавляющее их активность, либо убивающее микроорганизмы. Лечение заражения болезнетворными бактериями – сложный процесс. Гораздо проще предпринять определенные меры защиты, для того, чтобы предотвратить их попадание в организм.

Существуют следующие методы борьбы с болезнетворными бактериями, не допускающие их попадания в организм:

1. Пастеризация и стерилизация продуктов. Как известно, многие бактерии не выносят высокой температуры. При длительном воздействии они погибают уже при 30-40 градусах Цельсия, более высокая температура может быть использована в течении всего нескольких минут. Болезнетворные бактерии вызывают расстройство пищеварения, при попадании в организм с сырой водой и молоком, недостаточно прожаренным мясом. Но обработанные термически продукты вполне безопасны.
2. Соблюдение личной гигиены. Заражение болезнетворными бактериями часто происходит воздушно-капельным путем, или через прикосновения к предметам, вещам инфицированного человека. Поэтому очень важно часто мыть руки, стирать одежду, проветривать помещение. Приходя с улицы домой желательно промывать нос и полоскать горло теплой водой.
3. Охлаждение позволяет приостановить процесс размножения бактерий.
4. Соли и кислая среда убивают большинство микроорганизмов. Болезнетворные бактерии и болезни, которые они вызывают, боятся химического воздействия.
5. Прямой солнечный свет убивает большее число болезнетворных бактерий в течении 15-20 минут воздействия.

Каким путём бороться с бактериями?

Михаил Сухоруков 841 3 года назад Микробиолог.

Бактерии играют очень важную роль в жизни планеты, судя по последним исследованиям, решающую роль. Поэтому тотальное уничтожение всех бактерий или бактерий которые живут внутри нас это фактически самоубийство. Но, если вам, просто, интересны способы убийства бактерий, потому что вы хотите чувствовать превосходство или в вас просто заиграла жажда насилия то попробую рассказать о них.

1.Температура. У разных бактерий разная оптимальная температура, но надо понимать, что минимум находится где-то в районе 0 градусов, а максимум в районе 70. Но это температура при которой они живут и размножаются, нужно помнить, что, даже, кратковременное кипячение может не убить споры бактерий. Если вы 1-2 часа будете прогревать какой-нибудь предмет при температуре 180-200 градусов, то бактерии там точно погибнут. Замораживание к сожалению убивает не всех бактерий.

2.Свет. Тут речь конечно не о видимом спектре, а скорее об ультрафиолете. Бактерии по отношению к любому фактору являются более или менее устойчивыми, в зависимости от вида. Интенсивное инфракрасное излучение тоже не идёт на пользу, но тут скорее пункт 1.

3.Радиация. Бактерии тоже подвержены влиянию ионизирующего излучения. Радиация оказывает изменения генома, в высоких дозах несовместимые с жизнью. Есть, как водится, более устойчивые и менее устойчивые. Мой товарищ радиационный биолог говорил, что есть даже стерилизаторы на основе ионизирующего излучения. Летальные дозы для бактерий в тысячи раз выше чем для бактерий.

4.Давление. Бактерии погибают при очень высоком давлении, но осмотическое давление буквально разрывает клетку.

5.Ультразвук и вибрация. Он вызывает денатурацию белков и разрушение клеток. Стерилизаторы на основе ультразвука вроде даже есть. Надо понимать, что важна определённая частота, а не телефонный динамик с аудиозаписью.

6.Некоторые бактерии не переносят высушивания. Но не надейтесь, что просушив что-то вы очистите это от бактерий, клостридии в состоянии спор будут себя неплохо чувствовать. Не прям круто, но так, нормально.

7.Ph. Бактерии живут в совершенно разных видах сред, но универсальных организмов нет, поэтому смещение Ph в кислотную или щелочную сторону, может их убить.

8.Активные формы кислорода. Активно применяются нашей иммунной системой для убийства чужеродных клеток. Яркий пример — перекись водорода. Хотя есть и другие формы супероксид анион и др.

8А.Кислород. Вообще довольно токсичен. Для его утилизации у нас есть фермент рубиско, а вот у бактерий которые живут в бескислородной среде его нет (анаэробы).

9.Антибиотики. Задолго до открытия их А.Флеммингом, а после Зинаидой Ермольевой. Антибиотики использовались в битве за территорию между бактериями и грибами.

10.Ионы металлов. Связываются с белками и вызывают их денатурацию.

11.Куча разных антисептиков. Всякие спирты, пероксимеды и др. Всё перечислять нет смысла, вы и сами сможете назвать с десяток.

12.Фитонциды. Вещества добываемые из растений со свойствами антибиотиков.

13.Бактериофаги. Вирусы бактерий, активно используются в диагностике и даже лечении. Механизм действия во многом схож с нашими вирусами, отличие в том, что на нас они не действуют, а только на бактерий. Они, как правило специфичны к определённой бактерии.

14.Другие бактерии. А вы думали они вместе хороводы водят? Бывает и такое, что продукты обмена одних бактерий, убивают других. Антибиотики уже сказал. Но не стоит забывать о том, что цианобактерии в своё время убили большую часть анаэробных бактерий, тупо из-за того, что создали кислородную атмосферу.

Вот такой вот справочник маньяка получился. Я возможно что-то забыл, но на пару ужастиков здесь точно хватит.

Новые научные находки исследователей из Университета Юты показали, что здоровая и разнообразная микробиота кишечника способствует «очищению» нервной системы от вирусов.

В свою очередь, своевременное уничтожение вирусов предотвращает развитие некоторых неврологических заболеваний, например, рассеянного склероза (РС).

В разговорной речи «склерозом» часто называют забывчивость и невнимательность. На самом же деле, РС – это серьёзное прогрессирующее заболевание, и поражает оно в основном молодых людей в возрасте до 40 лет, чаще женщин. РС нередко приводит к параличам, ухудшению зрения и когнитивных функций.

«Спусковым крючком» рассеянного склероза считаются вирусные инфекции головного и спинного мозга. Но некоторые учёные призывают не сбрасывать со счетов и такие факторы развития заболевания, как качество современной пищи, улучшение санитарных условий (то есть меньший контакт с различными в том числе полезными бактериями) и повсеместное употребление антибиотиков.

Все эти причины могут пагубно влиять на полезные бактерии, населяющие организм человека. Именно связь кишечного микробиома со способностью иммунитета защищаться от вирусов, проникших в нервную систему, и заинтересовала исследователей из Юты.

«Мы хотели выяснить, могут ли кишечные микробы изменять реакцию иммунитета на вирусы в центральной нервной системе и влияет ли эта реакция на масштабы повреждений, причиняемых вирусом», – объясняет один из ведущих авторов нового исследования Дэвид Гарретт Браун (David Garrett Brown).

В ходе работы специалисты изучили реакцию мышей на особую разновидность вируса гепатита, который поражает клетки нервной системы животного и вызывает симптомы, напоминающие рассеянный склероз.

На первом этапе эксперимента учёные разделили своих подопытных на два лагеря: у части животных был здоровый микробиом кишечника, а у другой группы – обеднённый бактериями. Этим испытуемым предварительно «прописали» антибиотики, чтобы уменьшить количество полезных обитателей пищеварительного тракта.

Эксперты обнаружили, что у второй группы лабораторных мышей был слабый иммунный ответ на заражение гепатитом. Их организм не мог устранить вирус, и в результате у животных возникли повреждения нервной системы и прогрессирующий паралич.

В это же время мыши с нормальным «составом» кишечных бактерий боролись с вирусной инфекцией значительно лучше.

При дальнейших наблюдениях выяснилось, что у животных, получавших антибиотики, уменьшилось количество клеток микроглии. Эти иммунные клетки центральной нервной системы «помечают» вирусы, чтобы их смогли найти и обезвредить другие специализированные клетки иммунитета.

На следующем этапе работы исследователям удалось идентифицировать специфический иммунный белок под названием TLR4, производимый бактериями кишечника. Учёные предположили, что именно это вещество каким-то образом улучшает защитные функции микроглии.

Чтобы проверить свою гипотезу, они ввели TLR4 животным с обеднённой микрофлорой кишечника. Удивительно, но в результате такого «лечения» у мышей заметно уменьшились неврологические повреждения, вызванные вирусом гепатита.

По мнению исследователей, в своей работе им удалось продемонстрировать, что микробы кишечника действительно защищают инфицированных гепатитом мышей от развития параличей. Эти микробы, по-видимому, запускают специфические защитные механизмы в клетках центральной нервной системы.

Эксперимент показал, что кишечные микробы играют важную роль в избавлении центральной нервной системы от вирусов (здесь достаточно вспомнить значительное улучшение состояния подопытных животных после введения TLR4) и предотвращают развитие повреждений, причиняемых рассеянным склерозом и другими подобными заболеваниями.

Результаты подчеркивают важность поддержания разнообразия кишечной микробиоты, а она во многом определяется питанием. Особенно внимательно нужно относиться к этому вопросу и при назначении антибактериальной терапии.

Подробнее с работой американских учёных можно ознакомиться, прочитав статью в издании eLife.

Напомним, что авторы «Вести.Наука» (nauka.vesti.ru) ранее писали о том, что бактерии в носу, защищают людей от вируса гриппа, и о том, как ГМО-вирус спас пациентку от опасной бактериальной инфекции.

Оставайтесь в курсе самых интересных новостей науки, подписывайтесь на наши группы в социальных сетях: ВКонтакте, Facebook, Twitter, «Одноклассники». Есть мы и в Яндекс.Дзене.

Мы будем рассказывать о последних достижениях научного мира и далее, а пока предлагаем узнать, какие ещё заболевания способен побороть здоровый микробиом кишечника и как с болезнями помогают справляться кишечные вирусы.

neferjournal

Многие не понимают разницу между этими понятиями и чуть что, сразу начинают принимать антибиотики. Это неправильно! Антибиотики действуют на бактерии и подавляют бактериальные инфекции. В борьбе с вирусами они не помогают. На десктопе метровайфая мне попалась статья, в которой все доходчиво объясняется. Давайте разбираться.
Что такое вирусы
Вирусы — самая примитивная, неклеточная, форма жизни. Вирусы не могут размножаться вне тела человека или животного, и их проникновение внутрь другого организма всегда приводит к развитию болезней: гриппа, оспы, гепатита, герпеса и т. д. При этом каждый вирус может заражать только определенный тип клеток. Например, вирус бешенства поражает нервные клетки, а вирус гепатита размножается только в клетках печени. В организм такие микроорганизмы могут попадать с водой или пищей, со слюной больного животного при укусе, с воздухом через дыхательные пути. Так же распространяется и грипп.
Как бороться с вирусами?
Болезнь начинает развиваться, когда вирус внедряется в клетку. Помешать вторжению «чужака» должны особые белки (интерфероны). Одновременно активизируются фагоциты — клетки на коже и слизистых оболочках, пожирающие вирусные частицы. Бороться с врагом им помогает иммуноглобулин А.
Если нарушен хотя бы один из этих барьеров, вирус начинает активно размножаться. Дети в этом отношении намного уязвимее взрослых, так как иммунная система у них несовершенна. Например, иммуноглобулин А вырабатывается лишь ближе к 5-6 годам.
Вирусные инфекции легче предотвратить, чем лечить. Противовирусные препараты не всегда дают ожидаемый эффект, а антибактериальные средства, которые не способны разрушить частицы вируса, в борьбе с такими недугами бесполезны. Предупредить вирусные инфекции может только вакцинация, поэтому врачи и настаивают на прививках.
Что такое бактерии
В отличие от вирусов, бактерии — это одноклеточные организмы, которые могут размножаться делением сами по себе. Большинство из них безвредны для людей, а некоторые даже полезны, например лактобактерии. Но есть и патогенные микроорганизмы. Когда они попадают на кожу, в пищеварительный тракт или во внутренние органы, может развиться инфекционное заболевание: кишечные инфекции, конъюнктивит, тонзиллит.
Как бороться с бактериями?
Поддерживать баланс между вредными и полезными бактериями внутри организма помогают секреты слизистой оболочки полости рта (слюна), желудка (желудочный сок), кишечника (кишечный сок, желчь) и иммуноглобулины (антитела).
Если иммунная система не может самостоятельно справиться с вредными бактериями, врачи применяют антибиотики. Они убивают самих «захватчиков», а вот с последствиями их разрушительной деятельности организм борется либо сам, либо с помощью других средств.
При бактериальной инфекции, как только человек чувствует себя лучше, частенько он прекращает принимать антибиотики. И патогенные микробы, которые более устойчивы к таким препаратам, оживают и начинают размножаться. Так как рост нормальной микрофлоры, подавляющей вредные бактерии, начинается позже, развиваются осложнения — отиты, синуситы и т. п. Поэтому важно довести назначенный врачом курс антибиотиков до конца.
Я вообще против антибиотиков и принимала их всего раз в жизни, по назначению стоматолога. Все-таки бывают в жизни ситуации, когда их нельзя избежать.