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

Механизмы войны бактерий

Биоинформатик Михаил Гельфанд о взаимодействии бактерий и эукариот, механизмах синтеза антибиотиков и эволюционных моделях лекарственной устойчивости

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 руководитель магистерской программы «Биотехнологии» Сколтеха Михаил Гельфанд рассказывает о способности бактерий сопротивляться антибиотикам.

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

Мы привыкли думать о бактериях как о возбудителях болезней человека. И это отражает нашу такую антропоцентрическую картину мира, когда мы самые главные, а все остальные имеют смысл только постольку, поскольку они к нам как-то относятся. Или мы их едим, или они нас едят. Полезно понимать, что бактерии взаимодействовали с эукариотами, то есть с нашими родственниками, с организмами, клетки которых имеют ядро, задолго до появления человека. И, что еще труднее себе представить, на самом деле бактерии возникли намного раньше эукариот и очень долго взаимодействовали друг с другом, когда еще никаких эукариот не было. И когда мы говорим, что Флеминг изобрел пенициллин… Он его не изобрел. Пенициллин был задолго до Флеминга. А то, что Флеминг сделал, ― это он заметил, что есть в природе вещество, которое подавляет рост бактерий. Пенициллин ― антибиотик грибкового происхождения.

Грибки ― это эукариоты. Вообще, грибы ― это наши ближайшие родственники. Растения уже потом. Но еще раньше были антибиотики, которые бактерии продуцировали для борьбы друг с другом. Какие-то разные группы бактерий жили в одних и тех же условиях и конкурировали за какие-то питательные вещества или пытались друг друга обидеть и использовать как питательные вещества. И антибиотики ― это те вещества, которые бактерии, а потом и другие живые существа научились продуцировать, для того чтобы подавлять рост конкурентов или кого-то убить и съесть. И то, что делаем мы, ― мы открываем природные антибиотики, а потом, может быть, их немного химически модифицируем либо для того, чтобы сделать более эффективными, либо для того, чтобы избежать лекарственной устойчивости ― не то что избежать, а отложить ее появление. Лекарственная устойчивость ― это способность бактерий сопротивляться антибиотикам. И опять-таки она существовала всегда. Это не их ответ на то, что мы что-то сделали.

Всегда, когда есть средства нападения, есть и средства защиты. Те, кто не умел защищаться от антибиотиков, давно вымерли, мы их не видим. И средства защиты от антибиотиков тоже существовали всегда, они бывают очень разные. Самый простой способ ― это изменить мишень. Когда есть антибиотик, он взаимодействует с какой-то молекулой бактерии, и это может быть белок, это может быть РНК, и меняется мишень антибиотика, меняется то место, к которому антибиотик привязывается. Это эволюционно довольно просто. Вам нужна там какая-то точечная мутация, она случайно возникает, и в присутствии антибиотика она становится полезной и закрепляется. Но для бактерий это не очень хорошо, потому что обычно антибиотики взаимодействуют с функциональными центрами, они просто имитируют природную молекулу, с которой белок должен взаимодействовать, и если вы что-то меняете в функциональном центре, то вы его портите. И это не очень частый вид устойчивости к антибиотику.

Второй механизм ― антибиотик выплюнуть обратно. То есть он каким-то способом проник в клетку, но вы делаете себе активный насос, который антибиотик выкачивает. Такого рода систем уже известно много. Они есть у разных бактерий. И такие системы тоже небезобидны на самом деле, потому что трудно сделать специфический насос. Когда вы выкачиваете из клетки антибиотики, вы заодно выкачиваете какие-то полезные вещества. Соответственно, клетка страдает. В отсутствие антибиотика такой механизм не нужен, в присутствии антибиотика он становится полезным.

И наконец, третий способ ― антибиотик разрушить. Вы делаете фермент, разрушающий антибиотик, который попадает в клетку. Такие тоже бывают. И механизмы синтеза антибиотиков и появления каких-то новых вариантов антибиотиков у бактерий эволюционируют параллельно с развитием механизма защиты от антибиотиков. Причем механизмы защиты могут образоваться у другого вида как ответ на появление антибиотика, который кто-то научился делать, а могут на самом деле образоваться у того же самого вида, потому что, когда вы что-то делаете вредное, вы первым делом должны защитить себя. И довольно часто источниками генов, которые дают устойчивость к антибиотикам, являются сами продуценты. Скажем, как на химическом заводе у всех есть противогазы.

Эта химическая гонка вооружений в почве, в иле, везде, где бактерии живут, происходит все время. Появился человек, и он вмешался в эту гонку вооружений. Мы начали продуцировать антибиотики в больших количествах, начали их использовать в медицине, в животноводстве, в птицеводстве, еще где-то. И можно эволюционно посмотреть, что от этого происходит. От этого происходит следующее. Был какой-то человеческий патоген, который взаимодействовал только с человеком. Он не взаимодействовал с другими бактериями, и у него не было систем защиты от антибиотиков, потому что они ему были не нужны: он не встречал других бактерий, не встречал продуцентов антибиотиков. Как я уже говорил, механизмы защиты от антибиотиков дорого стоят клетке, они небезобидны сами по себе. Соответственно, у патогена таких механизмов не было, они ему были не нужны и даже вредны. Теперь мы начали использовать антибиотики, появился новый мощный фактор отбора, и оказалось, что те, кто от антибиотиков может защищаться, получают сразу большое эволюционное преимущество. Вступают в дело разные механизмы защиты. Бактерии мутируют, с тем чтобы антибиотик на них больше не действовал.

Это небезобидная вещь, но не до жиру, быть бы живу. А второй вариант появления механизмов защиты в каком-то смысле даже более опасный, с точки зрения человека. Тут надо упомянуть, что есть еще один феномен, именно в бактериальном мире очень распространенный, ― это механизм горизонтального переноса генов. Бактерии могут обмениваться генетической информацией. Бактерия, у которой какого-то гена не было, может его приобрести и получить какое-то новое умение. И это тоже происходит все время. Горизонтальный перенос генов в бактериальном мире очень распространен. Он у эукариот тоже бывает, но реже. А в бактериальном мире это массовое явление. И опять-таки он довольно хорошо описывается с каких-то таких канонических дарвинистских позиций. Бактерий очень много, и довольно трудно вообразить масштабы.

Бактерии все время засасывают фрагменты ДНК из внешней среды, но не для того, чтобы ими питаться, а для того, чтобы встроить в свой геном и посмотреть, что получится. Есть такие механизмы. Есть передача генов с фагами или плазмидами ― в общем, много разных. Но исход этого один и тот же, стандартный: у бактерии появился новый фрагмент ДНК. Если этот фрагмент ни для чего не нужен, если гены, которые в этом фрагменте содержатся, неполезны в этих условиях, он в геноме не задерживается. А вот если этот фрагмент оказался полезным, то он фиксируется естественным отбором, и в результате вся популяция обладает этим фрагментом.

Был какой-то человеческий патоген. Он общался с нами, он не общался с другими бактериями, он не оказывался в ситуации, когда рядом с ним есть продуценты антибиотиков. У него системы устойчивости не было, потому что, как мы говорили, системы устойчивости к антибиотикам для клетки небезобидны. Теперь появился новый фактор отбора: мы стали принимать антибиотики. Единичная клетка этого патогена, один индивидуум случайно приобрел кассету устойчивости, стал эволюционно очень успешен, потому что на него теперь антибиотик не действует, а ниша освободилась, у него нет конкурентов, он размножился ― бабах! ― мы имеем устойчивый штамм.

Источником этой устойчивости являются другие бактерии, как я уже говорил. Есть механизм горизонтального переноса, бактерии получают эти кассеты. Довольно часто это случается в больницах, где просто очень большая концентрация разных штаммов патогенов, то есть туда приходят люди, каждый со своим штаммом, и эти штаммы могут обмениваться генетическим материалом. Там много разных патогенов сразу. Очень мощным источником лекарственной устойчивости являются скотоводческие и птицеводческие фермы, потому что есть такая дурная затея ― подкармливать антибиотиками птиц и скот. Они от этого, может быть, чуть лучше растут. Хотя я не знаю, доказано это или нет. Но в результате патогены у коров и у нас похожи как минимум, да? Одни и те же. А ферма, какая бы чистая она ни была, ― это то место, где патогены встречаются с почвенными бактериями. А в почве бактерии очень разнообразные, и там как раз химическая война идет вовсю. И там много разных кассет с лекарственной устойчивостью. Патогены встретились с почвенными бактериями, произошел перенос генетического материала, и мы получили бактерию с лекарственной устойчивостью.

Те же самые эволюционные модели объясняют, как лекарственная устойчивость распространяется в популяции. Это новый фактор отбора, и в условиях этого фактора это становится очень полезно. Это постепенный процесс. Обычно устойчивость возникает не таким резким скачком, а происходят еще дополнительные мутации, которые ее усиливают и усиливают. И это объясняет, почему курсы антибиотиков надо пропивать до конца. Еще один такой фактор распространения лекарственной устойчивости ― это то, что люди начинают пить антибиотики, не пьют курс до конца, и те варианты, те индивиды, которые чуть-чуть устойчивы, выживают. Там еще нет полной, такой развившейся лекарственной устойчивости, но уже есть некоторый потенциал для этого.

Конкурентов убили, они размножились, и у нас появилась новая популяция, которая уже чуть более устойчива в среднем. Шестеренка на один зубец провернулась. И постепенно вырабатывается полноценная лекарственная устойчивость. В этом смысле, скажем, одним из очень мощных источников лекарственно-устойчивого туберкулеза являются российские тюрьмы. Контингент там и так уже довольно сильно инфицирован палочкой Коха, туберкулезной бациллой, а схема лечения такова, что антибиотики не пропиваются до конца. Соответственно, все эти люди потом выходят на свободу, греются около вентиляторов в метро. Известно, что Россия является центром, из которого выходит туберкулез, который вообще ничем не лечится.

И еще один эффект, чисто экономический. Оказывается, в этой ситуации фармацевтическим компаниям очень невыгодно разрабатывать новые антибиотики, потому что срок жизни антибиотика невелик. Появляется устойчивость, и он уже не нужен. А средства на разработку колоссальные. И в результате за последние пятнадцать лет не было открыто и не было обнаружено ни одного нового класса антибиотиков. Если так будет продолжаться, то мы постепенно свалимся во времена начала XX века, когда основными лекарствами были кумыс и свежий горный воздух.

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с postnauka.ru

2

      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
          • эволюция
          • 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