Устойчивость к противомикробным препаратам как глобальная угроза
02 августа 2024
Новость подготовлена руководителем научной группы антибиотикорезистености пищевых патогенов ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Ниной Георгиевной Куликовой.
Устойчивость к противомикробным препаратам (УПП) является серьезной проблемой, которая приводит к глобальным проблемам для общественного здравоохранения посредством возникающих рисков в животноводстве, ветеринарии, сельском хозяйстве, пищевой отрасли и окружающей среде. Например, Федеральное Агентство по охране окружающей среды США (United States Environmental Protection Agency; EPA) разрешило опрыскивание антибиотиками из групп аминогликозидов (стрептомицином) и тетрациклинов (окситетрациклином) апельсиновых садов в штате Флорида для борьбы с заболеваниями цитрусовых деревьев этого региона1. Такого рода практика может привести к выбросу в почву 440 000 киллограммов антибиотиков! Кишони и его коллеги показали, что тетрациклины могут существенно влиять на динамику микробной популяции2,3,4. Помимо этого, под действием антибиотической нагрузки в популяции микроорганизмов происходит селекция резистентных штаммов, в том числе с приобретением генов резистентности посредством горизонтального переноса генов, который является одной из ведущих причин распространения генов УПП. Стоит отметить, что в естественной среде также существуют свободные гены резистентности. Они могут не только влиять на горизонтальный перенос генов, но также могут мигрировать и агрегироваться в окружающей среде разными способами, а затем продолжать влиять на пролиферацию и перенос генов устойчивости к антибиотикам. Гены резистентности к антибиотикам и резистентные бактерии, присутствующие в окружающей среде, будут попадать в растения и желудочно-кишечный тракт животных, будут контаминировать пищевую продукцию, а через пищевую продукцию и непосредственный контакт с животными будут передаваться человеку; посредством миграции животных и птиц, путешествий людей и торговых взаимосвязей устойчивые бактерии будут распространяться по всему миру.
В последнее время большое внимание уделяется исследованиям на предмет присутствия генетических маркеров резистентности в различных экосистемах. Так, полногеномные исследования на предмет присутствия маркеров резистентности в сточных водах после бактериологической очистки выявили большое разнообразие генов резистентности к основным классам противомикробных веществ и дезинфицирующим средствам. Учитывая, что вода после очистных сооружений выбрасывается в природные водные источники, которые в дальнейшем используется в качестве источников воды для животных, орошения полей и центрального водоснабжения населенных пунктов, можно предположить, что маркеры резистентности, присутствующие в воде, будут распространяться и передаваться людям, животным и растениям. Таким образом будет проходить селекция и распространение резистентных бактерий, которые будут являться возбудителями инфекций, впоследствии плохо поддающихся лечению.
Еще одной интересной экологической нишей являются растения. Данная экологическая ниша еще мало изучена на предмет накопления и распространения резистентности к антибиотикам. Однако стоит учитывать, что антибиотикорезистентные микроорганизмы из почвы, микоризы растений и через микроповреждения бактерии могут попадать внутрь растений и через них попадать в организм людей и животных. Растения, контаминированные резистентными бактериями, будут попадать к человеку и/или животным в качестве пищевой продукции. Посредством естественных процессов прошедшие селекцию резистентные бактерии попадают в почву и подземные воды, и цикл распространения антибиотикорезистентных бактерий будет повторяться вновь. Таким образом, растения могут выступать в качестве вектора распространения антибиотикорезистентных бактерий и генов резистентности. В то же время, не стоит забывать о том, что растения с древних времен использовали в качестве лекарственных средств. Считается, что лекарственные свойства растениям придают микроорганизмы, находящиеся в межклеточном пространстве растений – эндофиты. В настоящее время в связи с острой необходимостью поиска и/или разработки противомикробных веществ с новыми или модифицированными химическими структурами с повышенной биологической активностью, которые позволили бы преодолевать существующую устойчивость эндофиты привлекают внимание ученых в качестве новых потенциальных продуцентов антибиотиков.
Можно заключить, что природа наряду с источниками возникновения и распространения УПП, также содержит решения для сдерживания и борьбы с УПП. Разработка новых программ, направленных на сохранение активности антибиотиков посредством грамотного и рационального их применения, изыскание новых природных антибиотиков с ранее неизвестной структурой, которые позволили бы пополнить арсенал активных антибиотических препаратов для терапии, разделение антибиотиков для здравоохранения и ветеринарии, а также развитие программ по геномному эпидемиологическому надзору позволят контролировать распространение УПП, в том числе посредством обмена маркерами резистентности.
Источники:
Устойчивость к противомикробным препаратам (УПП) является серьезной проблемой, которая приводит к глобальным проблемам для общественного здравоохранения посредством возникающих рисков в животноводстве, ветеринарии, сельском хозяйстве, пищевой отрасли и окружающей среде. Например, Федеральное Агентство по охране окружающей среды США (United States Environmental Protection Agency; EPA) разрешило опрыскивание антибиотиками из групп аминогликозидов (стрептомицином) и тетрациклинов (окситетрациклином) апельсиновых садов в штате Флорида для борьбы с заболеваниями цитрусовых деревьев этого региона1. Такого рода практика может привести к выбросу в почву 440 000 киллограммов антибиотиков! Кишони и его коллеги показали, что тетрациклины могут существенно влиять на динамику микробной популяции2,3,4. Помимо этого, под действием антибиотической нагрузки в популяции микроорганизмов происходит селекция резистентных штаммов, в том числе с приобретением генов резистентности посредством горизонтального переноса генов, который является одной из ведущих причин распространения генов УПП. Стоит отметить, что в естественной среде также существуют свободные гены резистентности. Они могут не только влиять на горизонтальный перенос генов, но также могут мигрировать и агрегироваться в окружающей среде разными способами, а затем продолжать влиять на пролиферацию и перенос генов устойчивости к антибиотикам. Гены резистентности к антибиотикам и резистентные бактерии, присутствующие в окружающей среде, будут попадать в растения и желудочно-кишечный тракт животных, будут контаминировать пищевую продукцию, а через пищевую продукцию и непосредственный контакт с животными будут передаваться человеку; посредством миграции животных и птиц, путешествий людей и торговых взаимосвязей устойчивые бактерии будут распространяться по всему миру.
В последнее время большое внимание уделяется исследованиям на предмет присутствия генетических маркеров резистентности в различных экосистемах. Так, полногеномные исследования на предмет присутствия маркеров резистентности в сточных водах после бактериологической очистки выявили большое разнообразие генов резистентности к основным классам противомикробных веществ и дезинфицирующим средствам. Учитывая, что вода после очистных сооружений выбрасывается в природные водные источники, которые в дальнейшем используется в качестве источников воды для животных, орошения полей и центрального водоснабжения населенных пунктов, можно предположить, что маркеры резистентности, присутствующие в воде, будут распространяться и передаваться людям, животным и растениям. Таким образом будет проходить селекция и распространение резистентных бактерий, которые будут являться возбудителями инфекций, впоследствии плохо поддающихся лечению.
Еще одной интересной экологической нишей являются растения. Данная экологическая ниша еще мало изучена на предмет накопления и распространения резистентности к антибиотикам. Однако стоит учитывать, что антибиотикорезистентные микроорганизмы из почвы, микоризы растений и через микроповреждения бактерии могут попадать внутрь растений и через них попадать в организм людей и животных. Растения, контаминированные резистентными бактериями, будут попадать к человеку и/или животным в качестве пищевой продукции. Посредством естественных процессов прошедшие селекцию резистентные бактерии попадают в почву и подземные воды, и цикл распространения антибиотикорезистентных бактерий будет повторяться вновь. Таким образом, растения могут выступать в качестве вектора распространения антибиотикорезистентных бактерий и генов резистентности. В то же время, не стоит забывать о том, что растения с древних времен использовали в качестве лекарственных средств. Считается, что лекарственные свойства растениям придают микроорганизмы, находящиеся в межклеточном пространстве растений – эндофиты. В настоящее время в связи с острой необходимостью поиска и/или разработки противомикробных веществ с новыми или модифицированными химическими структурами с повышенной биологической активностью, которые позволили бы преодолевать существующую устойчивость эндофиты привлекают внимание ученых в качестве новых потенциальных продуцентов антибиотиков.
Можно заключить, что природа наряду с источниками возникновения и распространения УПП, также содержит решения для сдерживания и борьбы с УПП. Разработка новых программ, направленных на сохранение активности антибиотиков посредством грамотного и рационального их применения, изыскание новых природных антибиотиков с ранее неизвестной структурой, которые позволили бы пополнить арсенал активных антибиотических препаратов для терапии, разделение антибиотиков для здравоохранения и ветеринарии, а также развитие программ по геномному эпидемиологическому надзору позволят контролировать распространение УПП, в том числе посредством обмена маркерами резистентности.
Источники:
- McKenna M. Antibiotics set to flood Florida's troubled orange orchards. Nature. 2019 Mar;567(7748):302-303. doi: 10.1038/d41586-019-00878-4. PMID: 30890811.
- Palmer AC, Angelino E, Kishony R. Chemical decay of an antibiotic inverts selection for resistance. Nat Chem Biol. 2010 Feb;6(2):105-7. doi: 10.1038/nchembio.289. Epub 2010 Jan 10. PMID: 20081825; PMCID: PMC2811317.
- Stone LK, Baym M, Lieberman TD, Chait R, Clardy J, Kishony R. Compounds that select against the tetracycline-resistance efflux pump. Nat Chem Biol. 2016 Nov;12(11):902-904. doi: 10.1038/nchembio.2176. Epub 2016 Sep 19. PMID: 27642863; PMCID: PMC5069154.
- Wencewicz TA. Crossroads of Antibiotic Resistance and Biosynthesis. J Mol Biol. 2019 Aug 23;431(18):3370-3399. doi: 10.1016/j.jmb.2019.06.033. Epub 2019 Jul 6. PMID: 31288031; PMCID: PMC6724535.
Фото:©Региональная лабораторная сеть по УПП в пищевой продукции и сельском хозяйстве в странах ВЕЗЦА