80 лет назад человек впервые получил пенициллин в качестве лекарства. С тех пор антибиотики спасли жизнь миллионов людей, но, кажется, их век подходит к концу. Выживем?

Шипы и розы

12 февраля 1941 года медики впервые применили антибиотик для лечения человека. Бактериолог Говард Флори и биохимики Эрнст Чейн и Норман Хитли сделали инъекцию пенициллина английскому полицейскому Альберту Александру. 45-летний мужчина был к тому времени уже почти безнадежен: он поранил лицо шипом розы еще в декабре 1940 года, когда подрезал цветы, и с тех пор у него развилась опасная для жизни инфекция, вызванная стафилококками и стрептококками. Из-за абсцесса лицо несчастного пациента покрылось нарывами, один глаз пришлось удалить при госпитализации.

Антибиотика как лекарства тогда не существовало, врачи выделили антибактериальное вещество из плесневого гриба Penicillium notatum. Создание медикамента произошло по методу микробиолога Александра Флеминга, совершившего свое знаменательное, но случайное открытие природного пенициллина еще в 1928 году, когда он в своей лаборатории наблюдал за загрязненной чашкой Петри. Поскольку опыты с лечебной плесенью к 1940-м годам ограничивались лишь мышами, первым подопытным человеком мог стать только умирающий, которому не смогла помочь традиционная медицина. В первые сутки после введения 160 мг пенициллина у Альберта Александра спала температура, вернулся аппетит, царапина начала заживать. Однако доза пенициллина оказалась недостаточной: из-за нестабильности вещества и ограничений военного времени (шла Вторая мировая война) Флори и его коллеги не смогли спасти пациента. Надо отдать им должное: они боролись до последнего и выделяли пенициллин из мочи Александра, пока не исчерпались все запасы.

Александр Флеминг

Несмотря на скорую смерть пациента — 15 марта 1941 года, — для медицины этот опыт был большим успехом: с него началась история применения антибиотиков. За открытие пенициллина и его лечебных свойств Флори и Чейн, а также первооткрыватель Александр Флеминг удостоились Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1945 году.

Если бы открытие антибиотиков не состоялось, кровопролитная Вторая мировая война повлекла бы за собой еще более масштабные жертвы. В 1940-е годы медики и ученые стремились улучшить методы производства пенициллина, сделав вещество более устойчивым для хранения и применения. Американские компании вкладывали огромные деньги в фабрики, на которых в гигантских баках выращивался, проветривался и перемешивался грибок.

«Плесень так же темпераментна, как оперный певец: урожайность низкая, изоляция губительна, очищение грозит катастрофой», — говорил о сложностях производства исполнительный директор Pfizer Джон Смит

Благодаря таким усилиям поставки пенициллина вскоре стали доступны не только американским военным, но — к 1945 году — и мирному населению. В СССР пенициллин был впервые выделен в 1942 году микробиологом Зинаидой Ермольевой. Эта женщина не только получила спасительную плесень, но и активно участвовала в организации промышленного производства первого антибиотика, что спасло сотни тысяч жизней русских солдат во время Великой Отечественной войны.

Флеминг, следивший за тем, как его детище становится лекарством №1 в мире, сказал на вручении Нобелевской премии: «Мне было интересно видеть, как простое наблюдение, сделанное в бактериологической лаборатории одной из лондонских больниц, в конечном счете превратилось в огромную индустрию и как то, что все одно время принимали за одну из моих игрушек, путем очищения стало самым большим приближением к созданию идеального вещества для лечения множества известных заболеваний».

Антибиотики во многом отключили естественный отбор. С их появлением детская смертность упала в разы, а продолжительность жизни увеличилась в среднем на 15 лет. Человечество получило эффективный инструмент для борьбы с болезнями и поддержания жизни.

Закат

Однако торжество пенициллина оказалось недолгим. Едва Флеминг получил Нобелевскую премию, как выяснилось: у бактерий появляется устойчивость, или резистентность. Говоря на языке микробиологов, бактерии вырабатывают ферменты, расщепляющие молекулу пенициллина. На практике это означало, что все больше пациентов не реагировали на пенициллин и состояние их не улучшалось.

В 1946 году было 14% людей с резистентностью к пенициллину, в 1950 году — 59%. А к 1990-м годам уже 95% больничных штаммов стали устойчивы к пенициллину, поэтому его больше не используют в лечении бактериальных инфекций.

Как ни странно, об этом предупредил Флеминг все в той же Нобелевской речи: «Настанут времена, когда любой сможет купить пенициллин в магазине, поэтому есть опасность, что какой-нибудь несведущий человек может легко принять слишком малую дозу и вырастить в себе микроорганизмы под влиянием низких концентраций лекарства, которые будут устойчивы к пенициллину. Вот гипотетический пример. У мистера X заболело горло. Он покупает пенициллин и принимает его в количестве, недостаточном для уничтожения стрептококка, но достаточном, чтобы научить его сопротивляться пенициллину. Затем он заражает свою жену. У нее возникает пневмония, и ее лечат пенициллином. Поскольку стрептококк теперь устойчив к пенициллину, то лечение оказывается неэффективным и миссис X умирает. Кто изначально виноват в ее смерти? Ее муж, который халатным отношением к пенициллину изменил природу бактерии. Мораль: если вы лечитесь пенициллином, используйте его в достаточном количестве».

Слова Флеминга оказались пророческими, и они коснулись не только пенициллина, но и других антибиотиков. Произошло и то, чего нобелевский лауреат никак не ожидал: антибиотики нашли применение в сельском хозяйстве и животноводстве, и там они и по сей день применяются даже в большем количестве, чем в медицине. Препаратами кормят свиней и коров, обрабатывают овощи и фрукты для сохранности. Бесконтрольное использование этих медикаментов в течение десятилетий привело к тому, что у многих людей выработалась резистентность и их оказалось нечем лечить, как в эпоху до изобретения антибиотиков.

«Если в 1950-х годах мы считали, что к концу XX века победим все инфекционные заболевания, то сейчас, в XXI веке, мы понимаем, что если не будем всеми возможными силами препятствовать распространению вот этих резистентных штаммов, то проиграем эту битву. Мы уже ничего не можем особого предложить для выздоровления таких больных. То есть больной будет выздоравливать сам, как в доантибиотиковую эру», — рассказала каналу «Наука» кандидат биологических наук Елена Ильина, профессор РАН, заведующая лабораторией молекулярной генетики микроорганизмов ФНКЦ физико-химической медицины.

В начале 2017 года в мире произошло событие, которого давно боялись ученые. В США был зафиксирован первый в мире случай смерти от супербактерии, устойчивой к 26 антибиотикам! Жертвой стала 70-летняя женщина, которая заразилась во время поездки в Индию инфекцией, вызванной бактерией клебсиелла пневмонии (Klebsiella pneumoniae). Ее пробовали лечить всеми антибиотиками, доступными в США, но супербактерия оказалась сильнее и женщина умерла от септического шока.

В последние годы подобные случаи стали регистрироваться все чаще и чаще. По результатам исследований ВОЗ, в 2016 году в мире от инфекций, вызванных устойчивыми к антибиотикам бактериями, умерло 700 000 человек. К 2050-му, по прогнозам, число может возрасти до 10 млн человек — это больше, чем сейчас умирает от рака. Более того, многие известные заболевания, которые, казалось бы, остались в прошлом, возвращаются с новыми, агрессивными штаммами бактерий, против которых нет лекарств.

«У нас может возникнуть ситуация, когда мы вернемся в век до антибиотиков, и антибиотики, в принципе, не будут лечить никакие заболевания», — рассказал каналу «Наука» кандидат биологических наук Евгений Олехнович, научный сотрудник ФНКЦ физико-химической медицины.

Почему так происходит? В природе антибиотики производятся бактериями или грибами. По сути, это те вещества, которые выделяют сами бактерии для регуляции внутри сообщества и атаки на врага. Некоторые антибиотики ученые нашли буквально в земле: их источником стали богатейшие микробные культуры в почве. То есть, употребляя антибиотики, мы используем природное оружие бактерий против них самих. Но так уж задумано эволюцией, что в природе выживают самые приспособленные микроорганизмы, и в их многообразном сообществе находятся такие, которые способны пережить даже сильные антибиотики. А те, кто выжил, оставляют свое еще более живучее потомство, и так со временем формируется механизм устойчивости, который для человека оказывается фатальным.

Есть ли жизнь после антибиотиков

Если в середине XX века ученым казалось, что антибиотики можно открывать бесконечно, то в XXI веке этот процесс существенно замедлился. Начиная с 2000 года производство пошло на спад: появилось всего пять препаратов. За 2015–2016 годы новых антибиотиков вообще не зарегистрировано. Современная наука пока бессильна найти вещество, к которому бактерии не выработали бы устойчивость.

Что у нас остается в запасе? Разве что «антибиотики последнего резерва» — препараты, которые используются крайне редко и приберегаются на крайний случай. Но они крайне токсичны для организма. На смену антибиотикам могут прийти так называемые лантибиотики, или молекулы-ловушки. Эти вещества вырабатываются также самими бактериями, вот только действуют по-другому. Но пока новых лекарств нет, инфекционные заболевания по старинке лечат с помощью давно созданных антибиотиков. Пандемия COVID-19 во многом ускорила выработку резистентности за счет массового приема антибактериальных препаратов и приблизила нас к тому времени, когда антибиотики окажутся бесполезны.