Химик Пауль Эрлих открыл антибиотики в начале XX века.
Ему в голову пришли идея «волшебной пули», лекарства, которое могло бы сразу идти в бой против врага-микроба, не причиняя вреда человеку и не разрушая поле боя.
Начал он с бактерий, которые вызывают сифилис.
Антибиотики были открыты в начале XX века. Химику Паулю Эрлиху пришла в голову идея «волшебной пули» – лекарства, которое могло бы убить болезнетворный микроб, при этом не причиняя вреда носителю. Он настойчиво тестировал различные химические соединения и синтетические красители, чтобы найти хоть что-нибудь, что убивает бактерии, вызывающие сифилис. После поистине геркулесовых усилий он открыл соединение, которое можно было использовать для лечения этой инфекции. У лекарства, конечно, были серьезные побочные эффекты – среди них сыпь, повреждение печени и «риск инвалидности», – но лечение все равно оказалось лучше болезни. Работа Эрлиха заложила фундамент под процесс разработки, который подарил нам столько новых антибиотиков.
Но самое знаменитое открытие, связанное с антибиотиками, совершил британский ученый сэр Александр Флеминг. Флеминг был не самым организованным человеком, так что однажды в 1928 году, вернувшись из отпуска, он обнаружил в забытых чашках Петри выросшие бактериальные культуры. Он начал разбирать этот беспорядок, и тут заметил нечто необычное в чашке Петри, в которой содержался Staphylococcus aureus (эта бактерия вызывает волдыри и абсцессы на коже). В одном месте чашки Петри бактерий не было, зато был кусок плесени. Эта плесень, оказавшаяся грибком Penicillum, вырабатывала субстанцию, не дававшую расти бактериальным патогенам. Пенициллин – это сложная молекула, и химикам понадобилось почти два десятилетия, чтобы понять, как ее синтезировать. Когда началась Вторая мировая война, возникла огромная потребность контролировать бактериальные инфекции, полученные на поле боя. До эпохи антибиотиков войны были жуткими источниками инфекций (в Гражданскую войну в США, например, от болезней умерло больше солдат, чем от пуль). Так что во Вторую мировую войну, когда свирепствовали инфекции, пенициллин оказался бесценен. Поначалу он был так дорог, что его использовали исключительно в военных целях, а потом выделяли из мочи пациентов и применяли снова. Впрочем, производство пенициллина быстро выросло, и к 1945 году его уже производили массово и стали продавать и гражданскому населению, спася тем самым бесчисленное количество жизней.
Этот прорыв изменил весь мир инфекционных заболеваний и методов их лечения; появились терапии даже для болезней, которые ранее считались неизлечимыми и смертельными. В 1950-х – 1970-х годах открыли несколько новых классов антибиотиков, в основном вырабатываемых почвенными организмами. Почвенные организмы вырабатывают противомикробные вещества, чтобы убивать соседей, конкурирующих с ними за скудные питательные вещества. Микробиологи собрали образцы почвы из дальних уголков мира и стали проверять их на противомикробную активность. Найдя перспективные вещества, химики стали модифицировать и изменять их, чтобы улучшить или их активность, или усвояемость микробами. Эти полусинтетические составы стали краеугольным камнем антибиотиковой промышленности, которая выпустила много новых мощных противомикробных лекарств для лечения разнообразных заразных заболеваний.
Впрочем, как обычно и бывает, слишком хорошо – тоже плохо. В США ежегодно выписывают не менее 150 миллионов рецептов на антибиотики (каждому второму жителю). В 2010 году, по оценкам, в мире было употреблено 63 000 тонн антибиотиков; к 2030 году этот показатель вырастет на 67 процентов и составит более 100 000 тонн. По большей части они применяются в качестве стимулятора роста в животноводстве (80 процентов всех антибиотиков в США дают именно животным). Оказалось, что небольшие дозы антибиотиков стимулируют у животных набор веса. В Европе от этой практики уже отказались, но в Канаде и США, к сожалению, нет, а развивающиеся страны только-только начали применять антибиотики в животноводстве. Некоторые последствия этой практики обсуждаются в главе 10, где мы рассматриваем детское ожирение.
Какой же эффект на микрофлору человека оказывает ежегодное выбрасывание в мир тысяч тонн химических соединений, убивающих микробы? Как мы увидим чуть позже, микробы на это отреагировали, бросив на чудесные лекарства серьезную тень.
Сопротивление бесполезно
Ну… может быть, и нет, если вы микроб. Как уже говорилось ранее, большинство антибиотиков делается на основе веществ, производимых почвенными микробами, которые дают этим микробам конкурентное преимущество. Однако у микробов должен быть способ не погибнуть от этих токсичных молекул самим. Так что микробы разработали для себя механизмы не только производства антибиотиков, но и механизмы сопротивления. Мы называем это антимикробной резистентностью, и микробы вырабатывают ее с тех самых пор, как начали производить антибиотики. Например, гены антимикробной резистентности были найдены в останках людей, замерзших в вечной мерзлоте – за тысячелетия до открытия антибиотиков. Гены резистентности нашли и в средах, которые вообще никогда не контактировали с человеком, – например, в подземных озерах, скрытых под толщей льда. Сразу после открытия пенициллина ученые поняли, что существуют и микробы, которые сопротивляются его убийственному эффекту.
Микробы ведут между собой переговоры и обмениваются важной информацией о ДНК, что и помогает им быстро эволюционировать в организме человека.
Еще одна вещь, которую нужно помнить о микробах: в отличие от нас, они регулярно обмениваются друг с другом ДНК, что позволяет им быстро адаптироваться и эволюционировать в течение жизни (которая может длиться даже всего двадцать минут, а у многих не превышает нескольких часов). Представьте, что микробы у вас в кишечнике подключены к генетическому Интернету, – они обмениваются генами примерно так же, как мы скачиваем песни и приложения. Скачав «приложение антимикробной резистентности», можно вполне спасти себе жизнь, если вас по голове уже больно бьют смертоносным антибиотиком. В ответ на массированное применение антибиотиков микробы со скоростью лесного пожара стали распространять гены резистентности среди других микробов («приложения», обязательные к установке!), а антибиотики устраивают суровый отбор (не установишь себе это приложение – умрешь). Сейчас мы наблюдаем массивную микробную сопротивляемость ко всем широко применяемым противомикробным средствам; резистентность развивается буквально за год-два, так что лекарства часто устаревают буквально за 3 – 5 лет.
