В случае же антибиотиков, принимаемых орально, которые усваиваются в пищеварительном тракте, задача оказывается противоположной – сделать так, чтобы они были неактивны до того, как будут усвоены. Лекарства, с которыми удается этот трюк, называют пролекарствами. К ним относятся, например, такие известные медикаменты, не относящиеся к антибиотикам, как леводопа (средство, помогающее при болезни Паркинсона, оно начинает действовать только после попадания в мозг) и некоторые препараты для химиотерапии при злокачественных опухолях – они делаются токсичными, только оказавшись внутри опухоли. Одни из первых антибиотиков-пролекарств появились в начале девяностых годов, когда биохимики приступили к работе над улучшением усвояемости новых сильнодействующих антибиотиков из класса цефалоспоринов, чтобы их можно было принимать в виде таблеток, а не вводить внутримышечно или внутривенно. Они обнаружили, что усвояемость цефалоспорина сильно улучшается, если присоединить к определенному участку его молекулы небольшой довесок (сложный эфир). Дальнейшая работа позволила научиться присоединять к молекулам цефалоспорина сложные эфиры, которые немедленно отваливались, как только антибиотик оказывался внутри кишечных тканей, и переставали мешать его работе32.
Случайным побочным эффектом таких разработок стало появление ряда антибиотиков, не вызывающих “расстройства кишечника”, то есть поноса, начинающегося, когда от антибиотиков погибают бактерии, помогающие нашему пищеварению. У некоторых антибиотиков-пролекарств обнаружилось и еще одно дополнительное достоинство: они выводятся из организма преимущественно с мочой, а не с желчью через кишечник, а значит, не трогают кишечную микрофлору ни на пути внутрь, ни на пути наружу. Кроме того, повышенная концентрация в моче делает их особенно эффективными против инфекций мочевых путей33.
Исследования, проведенные в Европе, где антибиотики-пролекарства уже приобрели популярность, подтвердили, что такие пролекарства, как пивмециллинам или бакампициллин, не оказывают сильного воздействия на бактерий, обитающих в ротовой полости, носоглотке и пищеварительном тракте34. Пивмециллинам особенно популярен в Швеции, Дании и Норвегии, где он стал основным лекарством от инфекций мочевых путей – благодаря низкому уровню устойчивости к нему возбудителей (от которой страдают по всему миру многие женщины, больные хроническими формами подобных инфекций). Однако в США антибиотики-пролекарства еще предстоит внедрять: лишь немногие из американских врачей когда-либо слышали о таких препаратах.
Подавление устойчивости
Минимизация сопутствующего ущерба от применения антибиотиков может замедлить дальнейшую выработку устойчивости к ним, но не обязательно позволит снизить тот уровень устойчивости, которого микробы уже достигли на сегодняшний день. Надежды на то, что бактерии будут избавляться от генов устойчивости, как только перестанут в них нуждаться, давно пришлось похоронить. Теперь нам известно, что устойчивые к антибиотикам бактерии могут вполне успешно конкурировать со своими неустойчивыми родичами даже в организме человека, не прикасавшегося к антибиотикам уже не один месяц или не один год.
Хотя и наивно было бы надеяться на то, что нам когда-либо удастся вернуть те следовые количества устойчивости, которые наблюдались до внедрения пенициллина, рано или поздно у нас в распоряжении могут оказаться технологии, позволяющие избирательно выключать бактериальную устойчивость, подавляя ген за геном и инфекцию за инфекцией. Одно из перспективных направлений исследований в этой области касается “плазмидных рвотных” – химических соединений и других средств, побуждающих бактерий извергать из себя плазмиды – эти колечки ДНК, которыми они обмениваются, нередко под завязку набитые генами устойчивости. Первые попытки “лечить” от плазмид бактерий, устойчивых ко многим антибиотикам, были предприняты в семидесятых годах, когда микробиологи еще только начали разбираться в том, что представляют собой эти “факторы устойчивости”. В лабораторных условиях исследователям иногда удавалось очищать колонию бактерий от устойчивости к антибиотикам, воздействуя на нее токсичными веществами, например акридиновыми красителями, едкими детергентами или таким канцерогеном, как бромистый этидий.
В то время подобные токсичные вещества казались совершенно непригодными для лечения пациентов. Но серьезные побочные эффекты некоторых антибиотиков, используемых сегодня в качестве последнего средства, заставили ученых вернуться к исследованиям препаратов, очищающих бактерий от плазмид35. Например, припадки, к которым иногда приводит антибиотик имипенем, считаются теперь “допустимым” побочным эффектом при лечении инфекций, вызываемых устойчивыми к ванкомицину энтерококками или устойчивыми ко многим антибиотикам псевдомонадами (Pseudomonas) или ацинетобактерами (Acinetobacter). К сожалению, ни одно средство “лечения от плазмид” не действует ни на все разновидности плазмид, ни даже на большинство из них, а некоторые бактерии носят с собой сразу несколько их разновидностей.
Более безопасный и более эффективный подход будет, возможно, найден благодаря исследованиям механизмов, позволяющих бактериям передавать свои коллекции плазмид дочерним клеткам. Бактерии, как и все клетки, размножаются делением, хотя механизм деления у них намного проще, чем у более крупных и сложнее устроенных клеток растений и животных. Оказывается, плазмиды содержат собственный генетический аппарат для независимого удвоения и наследования. Более того, они должны жестко контролировать этот процесс: при каждом делении клетки в ней всегда должно быть достаточно плазмид, чтобы раздать их следующему поколению, но не слишком много, чтобы их количество внутри отдельной бактериальной клетки не стало чрезмерным.
Пол Хергенротер, долговязый химик-вундеркинд из Иллинойсского университета, считает, что сложность механизма размножения плазмид дает ученым достаточно возможностей испортить этот механизм – либо заставив плазмиды “думать”, что их слишком много (и тем самым выключив их удвоение), либо приведя в негодность их аппарат распределения копий по дочерним клеткам36. В 2006 году исследовательской группе Хергенротера удалось реализовать первый из этих двух вариантов с помощью молекул небольшого, похожего на антибиотик вещества апрамицина, имитирующего сигнал о том, что плазмид стало слишком много. В клетках кишечной палочки, которым в среду добавляли это вещество, плазмиды устойчивости переставали удваиваться, и с каждым новым поколением дочерним клеткам доставалось все меньше плазмид. После смены примерно 250 поколений (кишечные палочки делятся в среднем раз в двадцать минут) в их колониях почти не осталось плазмид, и они стали вполне уязвимы для антибиотиков, которые еще три дня назад не оказывали на них никакого действия37. Ясно, что врачам понадобится более быстродействующее средство для очистки бактерий от плазмид, если они будут использовать его в сочетании с антибиотиками. Но успех Хергенротера стал важнейшим шагом в этом направлении.
Другой способ борьбы с такими плазмидами состоит в том, чтобы найти гены, используемые некоторыми бактериями для включения и выключения содержащихся в этих плазмидах генов устойчивости. Такая “индуцируемая устойчивость” создает ужасные проблемы при лечении некоторых разновидностей бактериальных инфекций, потому что их возбудители могут, судя по результатам лабораторных анализов, казаться восприимчивыми к определенному антибиотику, а во время лечения пациента неожиданно включать гены устойчивости. Однако выключатели этих генов привлекают медиков как перспективные мишени для средств, подавляющих устойчивость микробов к антибиотикам. Например, в английском Бристольском университете специалистка по молекулярной биологии Вирве Энне занимается поисками выключателя, который в нормальных условиях подавляет активность целой плазмиды устойчивости у кишечной палочки38. Эта плазмида, когда она включена, делает кишечную палочку неуязвимой для тетрациклина, ампициллина, стрептомицина и сульфаметоксазола – четырех антибиотиков из числа наиболее широко используемых в медицине. К началу 2007 года исследовательнице удалось сузить область поисков “регуляторного переключателя” этой плазмиды до одной из нескольких групп генов. Когда она найдет этот переключатель, следующая ее задача будет состоять в том, чтобы разобраться, какого рода сигналы его запускают и как их можно заблокировать.
