html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Эволюция устойчивости биологических объектов

Биолог Георгий Базыкин о естественном отборе, устойчивости к антибиотикам и роли математики в изучении эволюционных процессов

Вместе со Сколковским институтом науки и технологий мы сняли курс «Бактериальные войны», посвященный эволюции устойчивости бактерий и вирусов и разработке препаратов для борьбы с ними. В этой лекции преподаватель магистерской программы «Биотехнология» Сколтеха Георгий Базыкин рассказывает об эволюции патогенов.

Хотите учиться в Сколтехе? Оставьте заявку, и мы свяжемся с вами

Все биологические объекты на Земле, все живые существа участвуют в мощнейшей, катастрофической войне всех против всех. И война эта сопровождается гонкой вооружений: кто-то куда-то движется. В биологии гонка — это эволюция, то есть изменение свойств биологических объектов в ряду поколений со временем. Эволюция в первую очередь не то, каким образом у жирафа вырастает длинная шея или каким образом у лошади вырастают копыта, а это то, каким образом все мы — жирафы, лошади, люди, вирусы, бактерии — приспосабливаемся жить друг с другом, выживать друг с другом и приспосабливаемся к тому, что другие изменяются.

Если посмотреть на наш собственный вид, то генетически окажется, что мы отличаемся от наших предков-обезьян вовсе не прямохождением или большим объемом мозга, способностью думать, быть умнее и доказывать теорему Ферма. Оказывается, что ген, который сильнее всего изменился в нашем собственном виде с того момента, когда мы были обезьянами, ― это один из генов, связанный с иммунной системой. Таким образом, главное, чем мы генетически отличаемся от наших предков, ― это то, что нам приходится иметь дело с другими патогенами, вирусами, бактериями. И эволюция — это колоссальная проблема. По некоторым оценкам, до 30 % смертей людей, которые происходят на Земле, связаны с тем, что происходит эволюция простых одноклеточных или клональных систем. Это могут быть вирусы, бактерии, которые приспосабливаются к нашему организму. Или же это могут быть клетки нашего тела, которые выходят из-под контроля и начинают жить своей жизнью: перестают слушаться сигналов организма о том, что нужно перестать делиться, и, наоборот, начинают интенсивно делиться, что приводит к онкологическим заболеваниям.

Естественный отбор — это мощнейшая сила, большая часть эволюции происходит под действием этого простого процесса, открытого Чарльзом Дарвином. Но только отбор направлен не на эволюцию и приспособление к условиям внешней среды, а на приспособление к все время меняющемуся друг к другу. Поэтому естественный отбор очень быстрый и очень интенсивный.

В процессе естественного отбора у патогенов есть большая фора. Она связана с тем, что они способны эволюционировать гораздо быстрее, чем мы, просто потому, что длина поколения человека ― это приблизительно 20 лет, а длина поколения, например, вируса или бактерии на много порядков меньше ― несколько дней или часов. Из-за этого они способны двигаться в этом возможном гигантском пространстве генотипов, то есть меняться и отвечать на возможные способы защиты, которые мы придумываем, гораздо быстрее и эффективнее, чем способны отвечать на них. И вторая причина, по которой патогены имеют фору, ― это то, что они способны часто мутировать гораздо быстрее. Вирусы, особенно если речь о вирусах, чьи геномы основаны на молекулах РНК, которые представляют сейчас самую большую проблему для нас с вами.

Человечество в течение всего времени своей биологической истории, еще когда мы не были человечеством, пыталось бороться с патогенами путем изменения свойств своего собственного организма. «Пытается» — это условное выражение, здесь действует естественный отбор, направленный на наши собственные генетические изменения, он помогает нам защищаться от вирусов и патогенов более эффективно. Есть замечательные механизмы защиты, в первую очередь наша иммунная система, то, что возникло в результате эволюции в течение многих миллионов лет. Кроме того, в течение последних десятилетий мы научились активно направлять эволюцию патогенов нашими собственными руками. Например, путем того, что мы используем лекарственные препараты или средства вроде вакцин. Это самая мощная попытка человечества своими руками направлять эволюцию ― например, то, какие рекомендации сейчас используются по применению антибиотиков. И поразительным образом эта задача с такой теоретической эволюционной точки зрения не до конца осмыслена.

Известно, что патогены вырабатывают устойчивость к антибиотикам. Вопрос: каким образом необходимо использовать антибиотики, для того чтобы этот процесс был наименее интенсивным и устойчивость вырабатывалась медленнее всего? Обычное соображение заключается в том, что всегда нужно использовать антибиотики в максимально возможной дозе и достаточно длительными курсами. Основано это соображение на простой идее, что, когда вы используете антибиотик, вы пытаетесь минимизировать количество патогенов, например бактерий, которые находятся в вашем организме. Во-первых, вы таким образом избавляетесь от симптомов, во-вторых, минимизируете вероятность того, что заново возникнет мутация, которая дает устойчивость. Когда мы используем любые лекарственные средства, мы даем огромное преимущество с точки зрения отбора тому варианту патогена, который к этому лекарственному средству устойчив. И чем сильнее и интенсивнее мы используем антибиотики, тем сильнее это селективное преимущество.

Сейчас есть большие споры в сообществе, и, возможно, идея, что нужно давать все время максимальные дозы антибиотиков в течение продолжительного времени, неверна. Наверное, в отдельных случаях другие стратегии будут работать лучше. Возможно, нужно использовать короткие, прерывистые курсы, или в целом курс должен быть небольшим. Возможно, должны быть более низкие концентрации, и мы должны использовать такие концентрации, которые минимизируют действие отбора на патогены. Это важно, потому часто варианты патогенов так называемого дикого типа, то есть неустойчивые, в отсутствие лекарственного средства более приспособлены, чем устойчивый вариант. Поэтому если мы не используем лекарства, то в каком-то смысле окажется, что устойчивые штаммы вымрут сами собой. Может оказаться, что нам нужно пытаться поменьше использовать антибиотики и лекарства, поменьше использовать имеющиеся в нашем распоряжении средства защиты, для того чтобы реже возникала эта устойчивость, чтобы дать естественному отбору сделать свое дело и неустойчивым штаммам победить устойчивые.

То, в какой ситуации использовать какую стратегию, зависит от деталей. Например, если устойчивость возникает из-за новых мутаций, нужно использовать максимальную дозу антибиотика. Или она уже существует в среде, и эти варианты уже болтаются либо в почве, либо в воздухе, либо где-то еще, и тогда, возможно, нужно использовать не такую сильную концентрацию и не такое продолжительное время. Возможно, нужно использовать какую-нибудь смешанную стратегию: сначала максимальную возможную дозу (например, в ситуации с туберкулезом), а когда становится очевидным, что возникла резистентность к тому, с чем мы пытаемся бороться, нужно дозу снижать. То, каким именно образом нужно пытаться направлять и регулировать естественный отбор, связанный с вирусами и бактериями, ― это большая и важная теоретическая тема.

В решении этой проблемы помогут теоретические исследования. Очень нужна помощь математиков, которые способны моделировать биологические процессы, в частности эволюционные и экологические. Сейчас наблюдается мощный приток математиков в биологию в самых разных областях, например в области анализа данных. В биологии очень нужны такие «модельеры» ― настоящие классические математики, способные написать математическую модель какого-нибудь процесса, чтобы понять, как он работает, и сделать из этого какие-то выводы.

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с postnauka.ru

4

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • PostNauka
          • математика
          • эволюция
          • исследования
          • биология
          • геном
          • домен postnauka.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции