Гонка вооружений, или Война с микромиром

Но при всей серьезности ситуации сейчас квадриллионам микробов противостоят всего 4 000 ученых, разрабатывающих новые антимикробные препараты. Наше положение припоминает глухую оборону намедни огромного неприятельского пришествия.

Промышленность лекарств появилась 65 лет тому вспять. Датой ее рождения считается 17 декабря 1941 года. Конкретно в сей день Ванневар Буш, управляющий Управления исследований и атомного проекта, от имени правительства США обратился к главам 9 больших лекарственных компаний.

Речь шла о пенициллине, который был открыт микробиологом Александером Флемингом в плесени Penicillium notatum, а потом на гранты Рокфеллеровского фонда был выделен в чистом виде биохимиком Эрнстом Борисом Чейном и испытан в поликлинике патологом Хоуардом Уолтером Флори.

Фармацевты понимали, что пенициллин излечивает вызванные микробами воспаления, что это — революция в медицине. Но за дело взялись только после того, как Буш обещал им огромный муниципальный заказ и постройку за казенный счет компаний, продукция которых будет принадлежать личным компаниям. Другого выхода у правительства не было — вовсю шла война.

Плесневелая Мери творит историю

Устроители первого промышленного производства пенициллина в Пеории, штат Иллинойс, понимали, что флеминговская плесень не может быть самой плодовитой в мире. Военные пилоты везли эталоны грибка со всего света. Обратились за помощью и к местным жителям. С особенным энтузиазмом отнеслась к призыву дама по имени Мэри Хант. Она собирала эталоны плесени по всему городку, заработав прозвище Плесневелая Мэри. Летом 1943-го мисс Хант отыскала на рынке гнилостную дыню-канталупу с прекрасной золотистой плесенью Penicillium chrysogenium — консистенцией различных штаммов, один из которых оказался на уникальность плодовитым. Генетики прирастили урожайность грибка, облучив его ультрафиолетом. И до сего времени весь пенициллин в мире вырабатывают потомки плесени с этой канталупы.

Хоуард Флори, отец пенициллинового проекта, известен в главном спецам. Он избегал саморекламы и выступал публично нечасто

В итоге внедрения «штамма канталупы» издержки на исцеление 1-го варианта сепсиса снизились с 200 до 6,5 бакса. Млрд единиц пенициллина, наработанные весной 1944-го, подтолкнули союзников к открытию Второго фронта. Ведь посадку в Нормандии оттягивали не только лишь из политических суждений, но также и из опасений, что на всех покалеченых не хватит пенициллина.

Применение лекарств в действующей армии началось еще во время посадки англо-американской армии на Сицилии в августе 1943 года. Результаты были поразительны. Если утраты фашистов оставались на уровне 1914 года (150 покалеченых из 1 000 погибали от гангрены), то у союзников смертность от гангрены закончилась вообщем. Тяжелораненые избегали ампутации и ворачивались в строй в месяц.

Такая благостная картина была недолго. Сходу после войны пошли жуткие сообщения о госпитальных инфекциях. В поликлиниках появилась новенькая разновидность золотистого стафилококка. Эта амеба умиротворенно проживает у нас в носу и на коже, но она смертельно небезопасна при попадании в рану. Конкретно золотистый стафилококк в большинстве случаев уничтожали пенициллином, и он первым заполучил к пенициллину устойчивость, либо резистентность. Флори произнес тогда пророческие слова: «Антибиотики нужно назначать, только если идет речь о жизни и погибели. Они не должны продаваться в аптеках, как аспирин». Но уже в 1946 году пенициллин появился в свободной продаже. А прямо за ним и целая плеяда лекарств.

Тамара Балезина, наистарейшем из сейчас живущих профессионалов по бактерицидной терапии, начала работу в группе Ермольевой в 1941 году

Риск дело великодушное

Статья Флори об испытании продукта на мышах робко помещалась на 226-й страничке номера журнальчика «Ланцет» за август 1940 года. Спустя год статью увидели в Русском Союзе. Русскими исследовательскими работами лекарств правила Зинаида Виссарионовна Ермольева — известный спец по борьбе с холерой. Через Наркомздрав она просила у союзников эталон плесени, с которой работал Флеминг. Британцы поначалу тянули с ответом, потом сказали, что исследования ведутся в США, и порекомендовали обратиться туда.

Да и южноамериканские коллеги не спешили поделиться «сокровищем», и все таки пенициллин в нашей стране появился. Прогуливались различные слухи о похищении русской разведкой британского штамма, но все подобные истории — из области охотничьих рассказов. По сути никакого детектива не было. Это подтверждает Тамара Иосифовна Балезина — сотрудница Ермольевой, выделившая 1-ый пенициллин: «Устав от напрасного ожидания, весной 1942 года я при помощи друзей стала собирать плесени из самых разных источников. Те, кто знал о сотках неудачных попыток Флори отыскать собственный продуцент пенициллина, относились к моим опытам иронично. 93-м по счету прототипом был грибок, случаем выросший в другой лаборатории на культуре мельчайшего организма, над которым там работали. Этот штамм был идентифицирован как «близкий к Penicillium crustosum». Из него мы и стали получать русский продукт, который окрестили «пенициллин-крустозин ВИЭМ». Проверив безвредность антибиотика на для себя, сотрудники Всесоюзного института экспериментальной медицины (ВИЭМ) передали его для клинических испытаний.

Уже в сентябре 1942 года доктор Вольф Александрович Дорфман в больнице ЦЕКУБУ вылечивал пенициллином деятелей науки от смертельных тогда флегмон шейки. В ноябре продукт испытали на безвыходных септических покалеченых в лазарете 5004 (сейчас ГКБ № 23). Результаты затмили все ожидания, молва о пенициллине пошла по всем направлениям. В конце такого же года в ВИЭМ пришел офицер и умолял дать ему пенициллин для исцеления от сифилиса. Ермольева поначалу отказала, так как знала, что выращенная в искусственной среде бледноватая спирохета устойчива к антибиотику. Но нездоровой так просил! Через неделю он пришел с благодарностью. Оказалось, пенициллин вылечивает в живом организме заболевания, на возбудителей которых не действует in vitro. Это было открытием. Но сказать о нем союзникам Ермольева не имела права. В феврале 1944 года, после посещения Флори Москвы, появился странноватый отчет: «Во-первых, русская плесень оказалась не сrustosum, а notatum, как у Флеминга. Во-2-х, российские не смогли выделить пенициллин в чистом виде. В-3-х, у их нет достаточного припаса для клинических испытаний». Как же тесты на 1 200 покалеченых? Как пенициллиновый завод на Серпуховском (сейчас Варшавском) шоссе? Причина, по словам Тамары Балезиной, кроется в соображениях безопасности. От иноземцев было приказано скрывать сам факт выделения незапятанной культуры, его тесты и промышленное создание.

Во время встречи с Ермольевой Флори вручил ей свой штамм и показал клинические способности его внедрения. Ермольева собиралась передать Флори русский продукт и культуру Penicillium для исследования при помощи аппаратуры, которой в СССР тогда не было. В Оксфорде можно было уточнить его строение, а означает, и усовершенствовать способы его получения. Заместо этого по настоянию «органов» полоску агара с британской культурой наложили на полоску с русской, пошеркали их друг о друга и итог дали Флори. Понятно, почему он выявил в образчике собственный notatum! Прощаясь с русскими сотрудниками, Флори не осознавал, отчего у их в сей день нехорошее настроение. Никто не сумел сказать британцам, что их накалывают. Все же выполнявшему роль переводчика доктору Дорфману «на всякий случай» дали 8 лет.

Практически любовное приключение

Для чего же пригодилось изобретать новые препараты, когда есть отлично зарекомендовавший себя пенициллин? Все дело в том, что появились бактерии, не чувствительные к действию «отца» лекарств. Такое противоборство — вещь для всех живых организмов полностью закономерная и объяснимая исходя из убеждений эволюционной теории. Во-1-х, в хоть какой популяции микробов есть более устойчивые экземпляры, которые в процессе естественного отбора начинают преобладать в колонии. А, во-2-х, оказалось, что мельчайшие организмы могут передавать друг дружке по наследию обретенные возможности выживания. Выяснилось, что мельчайшие организмы ведут самую реальную половую жизнь. Некие даже употребляют для вербования партнеров особенные приемы. Пример любовного романа у бактерий: испускающий пахнущие феромоны энтерококк притягивает напарника особым хвостиком, они тесновато сближаются и по открывающемуся меж клеточками каналу проходят плазмиды. Это автономные микрохромосомы, связки от 3 до 300 генов, рассредоточенные по всей клеточке. В предвкушении свидания амеба изготовляет дубликат плазмиды, созданный для напарника.

Плазмида может сказать новенькому владельцу свои наследные особенности. К примеру, обучить его производить расщепляющий лекарства фермент. Что любопытно, партнером бактерии может быть микроорганизм совершенно другого вида. В микромире обмен генами происходит меж организмами куда наименее схожими, чем волк и заяц. Обитающая в нашем организме пищеварительная палочка, вступая в случайные связи, научилась у 1-го резистентности к пенициллину, у другого — к тетрациклину, у третьего — к сульфаниламидам, а четвертому сама передала все эти способности. Реальная «академия резистентности» — это почва, куда лекарства попадают в маленьких дозах. Такие бактерии выдерживают воздействие малых количеств фармацевтических средств и обретают к ним устойчивость. Это, кстати, принципиальная причина, по которой при лечении антибиотиками их нужно принимать часто: если концентрация в организме падает, некие бактерии выживают. Они мутируют, получают резистентность, в итоге приходится увеличивать терапевтические дозы. Итак вот, почвенные бактерии набрали огромную коллекцию генов стойкости к самым различным лекарствам и обрели то, что врачи именуют множественной резистентностью. Эту «полезную» информацию они временами и передают болезнетворным бактериям.

Генетическая информация, доставшаяся микробам от случайных партнеров, не всегда считывается. В таком случае чужая плазмида уничтожается. Но это не защищает от обмена генами. Схожий пример был описан в 2003 году микробиологами правительственного Центра США по контролю и профилактике болезней. В организме 1-го диабетика из Детройта фекальный энтерококк передал золотистому стафилококку плазмиду с геном стойкости к массивному антибиотику ванкомицину. Но ферменты стафилококка отвергли этот ген, и уже было разобрали гибнущую плазмиду, когда в последний момент с нее на свою плазмиду стафилококка проскочил крошечный генетический элемент, отвечающий за устойчивость к ванкомицину. Потомки этой бактерии распространились по многим странам. Это возбуждающие суровые инфекции ванкомицин-резистентные золотистые стафилококки. Их еще пока могут убить лекарства линезолид и хинипристин, но это только вопрос времени.

Что все-таки такое резистентность? Посреди 60-х экспедиция в пустыню Калахари установила, что в организме туземцев-бушменов живет маленькое количество устойчивой к лекарствам пищеварительной палочки. Обследуемое племя не лечилось пенициллином, ну и вообщем за последние 100 лет не достаточно контактировало с наружным миром. Исследовали также стадо бабуинов, не бывавшее там, где применялись лекарства. И в их фекалиях нашлись резистентные мельчайшие организмы. Разумеется, наследная резистентность от природы характерна многим организмам. И сначала тем, которые сами выделяют лекарства, чтоб не пораниться своим орудием. А таких много: бактерии, грибы, растения, животные! Даже люди: в мужской сперме есть антибиотик спермин, защищающий семя от микробов.

И при всем этом резистентные бактерии не составляли большая часть. Разъяснение очень обычное — устойчивость к лекарствам не такое уж необходимое качество.

Средства обороны

За время насыщенной борьбы населения земли с микромиром представители последнего пережили эволюцию, на которую в обыденных критериях пригодились бы три мезозойские эпохи. Бактерии начали сопротивление с того, что при помощи особенного фермента стали разрывать так называемое бета-лактамное кольцо — часть молекулы пенициллина, которая присваивает ему бактерицидную активность:

Уязвимое место молекул пенициллинов и цефалоспоринов, где действует фермент бета-лактамаза

Химики приделали к молекуле пенициллина радикалы, заслоняющие это кольцо от агрессивного фермента. Так появились ампициллин, метициллин и другие пенициллины новых поколений. С течением времени бактерии научились обходить препятствия. В особенности отличился грустно известный золотистый стафилококк, метициллин-резистентная форма которого 25 годов назад произвела опустошительную эпидемию в поликлиниках Австралии.

От пассивной обороны фармацевты перебежали к нападению. В состав лекарств стали вводить вещества, расщепляющие бета-лактамазу, другими словами уничтожающие орудие бактерий. Такие лекарства именуют ингибиторзащищенными. К примеру, в препарате «Аугментин» антибиотик амоксициллин действует под прикрытием клавулановой кислоты, разлагающей бета-лактамазу. В ответ выжившие стафилококки подобрали другой фермент, на который клавулановая кислота не действует. К счастью, пока такие мутанты встречаются не всюду, но их больше. Довольно выкинуть неиспользованные лекарства, как обыденный мусор, чтоб посодействовать размножению мутантов в окружающей среде.

Принимая только один продукт, мы учим живущие снутри нас бактерии сопротивляться ему. В 1992 году Стюарт Леви, президент Интернационального союза за разумное применение лекарств, ведущий эксперт по бактериальной резистентности, сделал противное открытие. Пищеварительная палочка подвергалась воздействию маленьких доз тетрациклина. Безо всякого общения с другими бактериями амеба выработала резистентность к тетрациклину и 7 другим лекарствам, которых она и не нюхала. Самое грустное, что посреди этих 7 были совершенно новые тогда фторхинолоны, о резистентности к которым «на воле» бактерии даже не слыхали. Означает, при воздействии 1-го и такого же антибиотика бактерии готовятся к тому, что на их будут повлиять и другими продуктами. Более того, они как будто предугадывают ход развития лекарственной индустрии.

Нерентабельный бизнес

А глобальная индустрия лекарств переживает не наилучшие времена. И предпосылкой тому — господство межнациональных компаний, которым никто не указ. Лекарства действуют стремительно и поэтому приносят не достаточно прибыли. Куда более прибыльно продавать инсулин либо виагру: их принимают длительно и нередко.

Не считая того, большая часть лекарств предназначена не для людей.

70% валового производства бактерицидных препаратов потребляет сельское хозяйство, в главном для исцеления и подкормки животных. Эта практика началась в 1947 году после случайной находки Бенджамина Даггара. Он выделил продукт хлортетрациклин — 1-ый из семейства тетрациклинов — и извлек его из организма грибка Streptomyces aureofaciens. Отработанную биомассу (остатки грибков) скормили цыплятам. И оказалось, что при добавлении считанных граммов хлортетрациклина к тонне корма животные набирают вес. Остаются непонятными предпосылки этого явления, но промышленность сходу ухватилась за него, что привело к возникновению маленьких количеств лекарств в мясе и молоке.

Это ровная угроза. Например, до 1995 года резистентность фторхинолонам посреди людей оставалась нечастым явлением. Так было, пока фторхинолонами не начали кормить скотину.

«Аугментин» и промышленный шпионаж

Россияне используют в главном достаточно старенькые лекарства. «Супербактерии» в наших краях уникальность, и чем далее от Москвы, тем пореже. Самые жуткие инфекции — в поликлиниках продвинутых стран. Южноамериканские военные везут домой из Ирака ацинетобактер — возбудитель пневмонии, излечимой только одним антибиотиком. А против новых штаммов синегнойной палочки уже не осталось защиты. На разработку антибиотика, способного совладать с синегнойной палочкой, необходимо 10 лет и 100 миллионов баксов. Большие компании после скандала с «Аугментином» предпочитают не рисковать такими средствами.

Разработавшая «Аугментин» компания GlaxoSmithKlinе получила в 2002 году противный сюрприз: трибунал досрочно закончил действие патента. Швейцарская компания Novartis немедленно выкинула на рынок непатентованную копию (так именуемый «дженерик») продукта — «AmoxC». Реализации «Аугментина», приносившего млрд баксов в год, мгновенно свалились на 64%.

Настоящие обладатели судятся со швейцарцами, обвиняя их в промышленном шпионаже. Типо штамм вырабатывающего клавулановую кислоту мельчайшего организма (на создание которого затрачено много времени и средств) был похищен штатным сотрудником GSK, перешедшим на работу в Novartis. Этот прецедент очень важен. Как можно планировать прибыли от нововведений, если соперники могут лишить вас патентной защиты?

Ситуация становится угрожающей. Неконтролируемую торговлю антибиотиками и злоупотребление ими в сельском хозяйстве производители не закончат, чтоб не снижать продаж. Старенькые лекарства теряют эффективность, а производители не разрабатывают новых.

Нововведениями почаще занимаются более маленькие компании. Но на данный момент многие из их поглощены большими корпорациями. Новое управление сперва уменьшило как невыгодные программки по лекарствам.

Правда, есть перспективные академические исследования.

С 1970-х годов все новые обнаруженные в природе лекарства принадлежали к ранее известным классам, и бактерии стремительно обучались им сопротивляться. В 2001 году группа доктора Эдварда Нога (Институт штата Северная Каролина) нашла в рыбьих жабрах лекарства совсем нового класса. Эти вещества, нареченные писцидинами, рыбы вырабатывают для защиты от проникающих снаружи микробов. Нога полон оптимизма: «Продуцентов лекарств отыскивают в почве, но у нас в резерве Мировой океан».

Другое принципиальное открытие сделали в Институте штата Иллинойс. Там испытали блокирующий фермент, мешающий бактерии сделать дубликат плазмиды с геном, отвечающим за устойчивость к лекарствам. Из 2-ух клеток, на которые делится подопытная амеба, резистентность наследует только одна. В купе с блокирующим ферментом даже старенькые лекарства могут приостановить развитие инфекции.

Все эти работы проводятся на гранты, без поддержки суровой промышленности, как сначала было у Флори. Новыми антибиотиками в мире сейчас занимается меньше профессионалов, чем 60 годов назад работали исключительно в США над одним только пенициллином.

Естественно, люди спохватятся. Пока в пожарном порядке будут внедрять новые препараты, нам предстоит 10 лет жить плечо о плечо с инфекциями, от которых пока нечем защищаться. В конечном счете мы выровняем положение и «с облегчением» скажем, что возвратились к уровню 2006 года. Но противоборство с микромиром на этом не завершится. Сумеем ли мы когда-нибудь взять верх и сделать лекарства, которые гарантированно защитят нас от хоть какой инфекции?

Миша Шифрин