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.
Нередко в рекламных роликах можно услышать, что буквально на каждом шагу человека поджидает большое количество бактерий, грозящих серьезными заболеваниями. Заражение может произойти, если не вымыть руки после посещения туалетной комнаты или проезда в общественном транспорте. Множество опасных бактерий есть и в продуктах, которые не были тщательно вымыты. Снизить риск заражения позволит знание способов борьбы с болезнетворными бактериями.
Что помогает бороться
Болезнетворные микробы, как понятно из названия, могут быть причиной заболеваний разных систем организма:
- дыхательная;
- мочеполовая,
- кожа.
Ослабленный иммунитет, большое количество стрессовых ситуаций и высокие нагрузки – вот благоприятная почва для того, чтобы болезнетворные бактерии могли размножаться. Лечение достаточно сложное, практически всегда назначаются антибиотики.
Выбор терапевтической тактики, то есть методов борьбы с различными болезнетворными бактериями, принадлежит исключительно врачу. Самолечение – не лучший способ устранения инфекции.
Прием антибиотиков негативно сказывается на работе ЖКТ, нередко вызывая воспаления слизистых оболочек органов системы пищеварения. Поэтому более рациональным решением будет выбирать те методы и средства уничтожения болезнетворных микроорганизмов, которые снижают вероятность попадания их в организм человека и, соответственно, позволяют пресечь развитие заболевания.
Предупредительная, защитная программа предполагает такие действия:
- Большинство продуктов, из которых будет готовиться пища, должно подвергаться стерилизации и пастеризации. Известно, что болезнетворные бактерии погибают от воздействия высоких температур. Поэтому термический способ обработки продуктов имеет большое значение. Важно: если воздействовать температурным режимом от 30 до 40°С, но длительный отрезок времени, деятельность патогенных микроорганизмов также прекращается.
- Строгое соблюдение правил личной гигиены. Чаще всего заражение происходит через дыхание, то есть воздушно-капельным путем, а также как следствие контакта с поручнями, дверями в общественных местах, использование общей посуды, предметов гигиены с больным лицом. Немало болезнетворных микробов и в продуктах питания. Поэтому чтобы борьба с болезнетворными бактериями была успешной, следует тщательно мыть руки после поездки в общественном транспорте, посещения больниц, очищать овощи и фрукты. Также следует регулярно проветривать жилье, выбивать ковры и одеяла – надежный способ решить множество проблем. Болезнетворные микроорганизмы в носовой полости уничтожаются простым промыванием физиологическим раствором или водой с добавлением морской соли. Прополоснуть горло обыкновенной кипяченой водой – надежная защита от болезнетворных бактерий.
- Процесс размножения болезнетворных бактерий невозможен, если сырые продукты хранятся при постоянной низкой температуре. Также обязательно следить за тем, чтобы холодильник был тщательно очищен перед тем, как загрузить новую партию продуктов.
- Уничтожение болезнетворных микроорганизмов возможно при условии, что бактерии попадут в кислую или соленую среду.
- Меры борьбы с бактериями, которые размножаются на вещах, предполагают воздействие прямыми солнечными лучами. Для уничтожения достаточно вывесить одежду и белье на солнце на четверть часа.
Виды болезнетворных бактерий
Какой из приемов борьбы с болезнетворными бактериями наиболее эффективен, можно определить, если понимать, какой именно микроорганизм попал в организм или продукт. Известно, что ученые выделяют условно-патогенные и патогенные микробы.
Условно патогенные
К условно-патогенным болезнетворным бактериям относят такие, что постоянно населяют ЖКТ, мочеполовой тракт, кожу, ротовую полость и носоглотку. Их совокупность образует микрофлору человеческого организма. Какой элемент «характера» бактерий – вредный или полезный – проявится, определяется множеством факторов. Один из них – ослабление иммунитета на фоне многочисленных стрессов и избыточных нагрузок. Подобное раздвоение и позволило ученым назвать микроорганизмы условно-патогенными.
Примером условно-патогенных бактерий являются стрептококки. Они входят в состав микрофлоры полости рта и при отсутствии благоприятных условий не размножаются. Чем чаще человек перегревается, потеет, отмечает у себя такое явление, как запор, тем выше вероятность, что стрептококки начнут активно расселяться по слизистым оболочкам ЖКТ, дыхательных путей и поверхности кожи. Чем подобное опасно для человека? Прежде всего, повышением риска заболеть:
- ангиной;
- бронхитом;
- ревматизмом;
- гнойничковыми болезнями.
Отшелушивание небольших пластиночек кожи на голове и остальных частях тела не является результатом действия болезнетворных бактерий. Это проявление грибкового поражения. И в этом случае требуются иные способы борьбы.
Если происходящий процесс размножения болезнетворных микробов наблюдается на фоне сильного ослабления, врачами не исключается развитие токсического шока. Его развитие требует срочных и серьезных способов, методов лечения.
При активизации таких болезнетворных бактерий, как стрептококки, иммунная система направляет ответ, убивающий микроорганизмы. Важно: опасность стрептококковой инфекции в том, что она запускает аутоиммунный ответ, который заставляет защитную систему воспринимать свои же ткани воспринимать как чужеродные. Тем самым, организм борется с самим собой. Как следствие – проблемы с сердечно-сосудистой системой, опорно-двигательным аппаратом.
Способов борьбы с болезнетворными бактериями условно-патогенного типа существует достаточно много. Но все они при запущенных формах оказывают негативное воздействие на организм. И для борьбы с ними потребуются новые лекарственные препараты, иные способы решения проблемы.
Патогенные
Принято считать, что к этой группе относят те бактерии, которые не являются частью нормальной, здоровой микрофлоры. Однако некоторые микроорганизмы имеют только болезнетворные (патогенные) формы. Например, золотистый стафилококк. Не пресеченный вовремя, он может стать причиной развития гнойных процессов. В случаях, когда носовая пазуха подвергается таким частым патологическим нарушениям, как гайморит, все формы ринита, врачи предполагают, что больной заражен золотистым стафилококком.
Уничтожение болезнетворных микробов при помощи специальных средств в случае заражения патогенными бактериями единственный способ стабилизировать состояние здоровья.
Еще раз о главном
Болезнетворные бактерии могут уничтожаться не только путем приема антибиотиков, назначаемых исключительно врачом после детального обследования. Лучший способ борьбы с болезнетворными бактериями – профилактика.
Бактерии присутствуют повсюду: в воде, почве, в воздухе и, конечно же, теле человека. Без этих невидимых невооруженным глазом существ жизни просто не было бы. Все очень просто: бактерии являются составным элементом нормального существования всего живого.
Нахождение в теле человека ряда бактерий абсолютно нормально и естественно . Какие же бактерии относятся к болезнетворным и какой вред они могут нанести здоровью человека?
Виды болезнетворных бактерий
Болезнетворные бактерии делятся на две большие группы:
- обычные бактерии, которые постоянно находятся в ротовой полости, кишечнике, влагалище, но из-за роста численности наносят вред человеку большим количеством выделений как результатом жизнедеятельности;
- болезнетворные бактерии, которые в незначительных количествах наносят существенный вред здоровью человека.
В первую группу входят бактерии разных видов, которые мирно уживаются в теле человека, никак себя не проявляя и не нанося вреда. Но при изменении условий (снижение защитных функций организма), окружающая среда становится благоприятной, начинается активное размножение и увеличение численности, следствием чего выделяемые продукты отработки и яды отравляют организм человека. К примеру, всем женщинам хорошо известная влагалищная молочница, которую вызывают разрастающиеся дрожжевые бактерии рода кандида. При ослаблении иммунитета, пропивания курса антибиотиков, смене гормонального фона, тихо сидевшие бактерии выходят из-под контроля, результатом чего и становятся неприятные белевые выделения с резким кислым запахом.
Существуют и условно-патогенные бактерии, которые в небольших количествах не способны навредить здоровью. Но при благоприятных условиях на фоне разрастающейся численности возникают болезни. К примеру, уреоплазма содержится у каждого из нас. Но не все сталкиваются с опасным заболеванием уреопламозом. Даже после положительного анализа на эту бактерию следует смотреть численность колонии, а не наличие в организме. Если есть рост количества, значит, следует назначать лечение.
Самые опасные бактерии
Существуют болезнетворные бактерии для человека, с которыми необходимо вести жесткую борьбу. Речь идет:
- о кишечной палочке, способной вызвать не просто пищевое отравление, диарею, рвоту, но и серьезные заболевания кишечного тракта;
- о спирохетах, попадание в организм которых чревато развитием тифа и сифилиса;
- о шегеллах, от которых люди заболевают дизентерией;
- о микобактериях, вызывающих многие виды туберкулеза и проказу;
- о микоплазме и вызываемой ею пневмонии;
- о бациллах, результатом внедрения которых станет столбняк и сибирская язва;
- о листериях и развитии листериоза;
- о вибрионах и вызываемых ими холере и виброзе;
- о клостридиях, которые провоцируют появление бутулизма;
- о гноеродных бактериях, вызывающих сепсис и конъюнктивит;
- о кокках и их разновидностях (стафилококках, стрептококках, менингококках, пневмококках);
- о сальмонеллах, которые опасны развитием сальмонеллезом, паратифом, брюшным тифом.
Естественно, это не полный перечень болезнетворных бактерий, поскольку они весьма многочисленны, но при этом имеют тенденцию видоизменяться, что существенно усложняет процесс борьбы с ними.
Способы борьбы с вредоносными бактериями
Человек издревле пытается найти управу на вредоносные бактерии, но не всегда у него получается взять под контроль этих ничтожных по размеру живых существ. Основными способами борьбы с болезнетворными бактериями являются:
- проведение просветительской работы среди населения о заболеваниях, которые могут быть вызваны разного рода бактериями (курс биологии в школах, лекции, наглядно-просветительские методы в виде плакатов, памяток, предостережений);
- развитие бактериальной медицины, выявление способов уничтожения вредоносных простейших, разработка вакцин, сывороток;
- развитие фармацевтики;
- развитие сознательного отношения к проблеме бактериального заражения (своевременно обращение в медицинские учреждения, соблюдение мер предосторожности и личной гигиены).
Медицина справилась и взяла под строгий контроль многие вредоносные бактерии, такие как черная оспа, сибирская язва, чума, но сегодня не существует 100% гарантий, что эти простейшие не смогут видоизмениться и предстать в новых формах.
Профилактические меры
Как ни банально звучит, но каждый человек в какой-то степени может сам позаботиться о своей безопасности в плане вредоносных простейших. Значение соблюдения мер борьбы (иначе профилактических) с болезнетворными бактериями не стоит недооценивать. Все просто, как дважды два, а от скольких проблем оберегают:
- знание правил гигиены и их соблюдение;
- не нарушать календарь прививок, который разработан ВОЗ, делать деткам с самого рождения и до совершеннолетия, взрослым не стоит отказываться от вакцинации от столбняка, а также всяческих экзотических болезней, которые можно подхватить в жарких странах;
- пить только из проверенных водных источников;
- самостоятельно заботиться о качестве воды в доме (установить фильтры, кипячение, отстаивание);
- соблюдать режимы термической обработки мяса, рыбы, не стоит приобретать продукты питания в непроверенных местах (стихийные рынки, соседка из деревни привезла яйца, которые могут стать источником сальмонеллы), осторожно с консервами и со сроками годности товаров.
Топ-5 того, чего не любят бактерии
Самыми распространенными, при этом достаточно эффективными методами борьбы с болезнетворными бактериями, считаются:
- пастеризация;
- стерилизация;
- охлаждение;
- прямые солнечные лучи;
- соленая или кислые среды.
Не забудем добавить дезинфекцию помещений, свежий воздух, соблюдение личной гигиены, кипячение. Главное помнить, что человек не может излечиться самостоятельно от пневмонии или туберкулеза, но принять всевозможные меры, чтобы не заболеть или не пустить в свой организм этих непрошеных гостей, в силах.
Мы думали, что после открытия пенициллина больше не будем бояться микробов. Но мы ошибались. Это напоминает настоящую войну. Человек изобретает всё новые средства обороны от бактериальных атак. В ответ микроорганизмы совершенствуют оружие, тренируют бойцов, используют средства маскировки и диверсионные группы. Проблема инфекций, устойчивых к антибиотикам, стала настолько серьёзной, что недавно ей посвятили специальное заседание Генеральной Ассамблеи ООН. Согласно представленным данным, из-за лекарственно-устойчивых инфекций ежегодно умирают минимум 700 000 человек. Не поддающиеся истреблению микробы встали в один ряд с глобальным изменением климата и прочими проблемами планетарных масштабов.
Метициллин-резистентный золотистый стафилококк (MRSA) - бактерия, устойчивая ко многим антибиотикам (в частности, к пенициллинам). Она вызывает тяжёлую пневмонию и сепсис. Разумеется, в реальности микроб выглядит не совсем так: злобный оскал - это фантазия художника. Фото: "Кот Шрёдингера"
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.
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.
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
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.
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.
Заболевания человека, вызываемые бактериями
В теле человека болезнетворные бактерии питаются, быстро размножаются и отравляют организм продуктами своей жизнедеятельности.
Бактерии вызывают тиф, холеру, дифтерию, столбняк, туберкулёз, ангину, менингит, сап, сибирскую язву, бруцеллёз и другие болезни.
Одними из этих болезней человек может заразиться при общении с больным через мельчайшие капельки слюны при разговоре, кашле и чихании, другими - при употреблении пищи или воды, в которую попали болезнетворные бактерии.
Антисанитарные условия, грязь, большая скученность людей, несоблюдение правил личной гигиены создают благоприятные условия для быстрого размножения и распространения болезнетворных бактерий. Это может вызвать эпидемию, т. е. массовое заболевание людей.
При заражении туберкулёзной палочкой человек заболевает туберкулёзом : в лёгких, почках, костях и некоторых других органах развиваются мелкие бугорки, склонные к распаду. Туберкулёз - болезнь, которая может длиться годами.
Туберкулёзная палочка в лёгких
Чуму - одно из самых тяжёлых заболеваний - вызывают чумные палочки . Чума - самая скоротечная болезнь. От первых ощущаемых признаков заболевания до смерти иногда проходит всего несколько часов.
Опустошительные эпидемии чумы в древности были самым страшным бедствием. Были случаи, когда от чумы вымирали целые города и сёла.
С болезнетворными стрептококками и стафилококками связаны гнойные заболевания - например фурункулёз, стрептококковая ангина.
Болезнетворные бактерии также вызывают заболевания животных и растений
У животных бактерии вызывают такие болезни, как сап, сибирская язва, бруцеллёз. Этими болезнями может заразиться и человек, поэтому, например, в районах, где скот болеет бруцеллёзом, нельзя употреблять в пищу сырое молоко.
Известно около \(300\) видов бактерий, вызывающих различные заболевания растений. Они наносят большой ущерб растениеводству и полеводству, вызывая увядание, гниение стеблей, пятнистость листьев и т. д.
Меры борьбы с болезнетворными бактериями
Существуют специальные мероприятия для предупреждения заразных заболеваний, вызываемых болезнетворными бактериями. Установлен строгий врачебный контроль за источниками воды и пищевыми продуктами. На водопроводных станциях воду очищают в специальных отстойниках, пропуская её через фильтры, хлорируют, озонируют.
Больные получают лекарства, которые убивают болезнетворных бактерий. Для уничтожения бактерий в помещении, где находится заразный больной, проводят дезинфекцию, т. е. опрыскивание или окуривание химическими веществами, вызывающими гибель бактерий.