Разбираемся с бактериями и плесенью дома. Болезнетворные бактерии и борьба с ними

Алкоголь

Мы думали, что после открытия пенициллина больше не будем бояться микробов. Но мы ошибались. Это напоминает настоящую войну. Человек изобретает всё новые средства обороны от бактериальных атак. В ответ микроорганизмы совершенствуют оружие, тренируют бойцов, используют средства маскировки и диверсионные группы. Проблема инфекций, устойчивых к антибиотикам, стала настолько серьёзной, что недавно ей посвятили специальное заседание Генеральной Ассамблеи ООН. Согласно представленным данным, из-за лекарственно-устойчивых инфекций ежегодно умирают минимум 700 000 человек. Не поддающиеся истреблению микробы встали в один ряд с глобальным изменением климата и прочими проблемами планетарных масштабов.

Метициллин-резистентный золотистый стафилококк (MRSA) - бактерия, устойчивая ко многим антибиотикам (в частности, к пенициллинам). Она вызывает тяжёлую пневмонию и сепсис. Разумеется, в реальности микроб выглядит не совсем так: злобный оскал - это фантазия художника. Фото: "Кот Шрёдингера"

Зимой 2003 года у Рики Ланнетти, успешного 21-летнего футболиста, начался кашель, а затем тошнота. Через несколько дней мама Рики заставила сына обратиться к врачу. Все симптомы указывали на вирус гриппа, поэтому тот не прописал Рики антибиотики, ведь они убивают бактерии, а не вирусы. Но болезнь не проходила, и мать отвезла Рики в местную больницу - к этому моменту у юноши уже отказывали почки. Ему назначили два сильнодействующих антибиотика: цефепим и ванкомицин. Но меньше чем через сутки Рики умер. Анализы показали, что убийцу звали метициллин-резистентный золотистый стафилококк (MRSA) - токсичная бактерия, устойчивая ко множеству антибиотиков.

Такие штаммы, как MRSA, сегодня называют супермикробами. Подобно героям ужастикам, они мутируют и приобретают сверхспособности, позволяющие противостоять врагам - антибиотикам.

Конец эры антибиотиков

В 1928 году, вернувшись из отпуска, британский биолог Александр Флеминг обнаружил, что оставленные им по невнимательности чашки Петри с бактериальными культурами заросли плесенью. Нормальный человек взял бы да и выбросил её, но Флеминг принялся изучать, что же случилось с микроорганизмами. И выяснил, что в тех местах, где есть плесень, нет бактерий-стафилококков. Так был открыт пенициллин.

Флеминг писал: "Когда я проснулся 28 сентября 1928 года, то, конечно, не планировал совершить революцию в медицине, открыв первый в мире антибиотик, но, полагаю, именно это я и сделал". Британский биолог за открытие пенициллина в 1945-м году получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине (вместе с Говардом Флори и Эрнстом Чейном, которые разработали технологию очистки вещества).

Современный человек привык к тому, что антибиотики - доступные и надёжные помощники в борьбе с инфекционными болезнями. Ни у кого не вызывает паники ангина или царапина на руке. Хотя лет двести назад это могло привести к серьёзным проблемам со здоровьем и даже к гибели. XX век стал эпохой антибиотиков. Вместе с вакцинацией они спасли миллионы, а может, и миллиарды человек, которые непременно погибли бы от инфекций. Вакцины, слава богу, исправно работают (общественное движение борцов с прививками медики всерьёз не рассматривают). А вот эпоха антибиотиков, похоже, подходит к концу. Враг наступает.

Как рождаются супермикробы

Одноклеточные существа начали осваивать планету первыми (3, 5 миллиарда лет назад) - и непрерывно воевали друг с другом. Потом появились многоклеточные организмы: растения, членистоногие, рыбы… Те, кто сохранил одноклеточный статус, задумались: а что, если покончить с междоусобицей и начать захват новых территорий? Внутри многоклеточных безопасно и много еды. В атаку! Микробы перебирались из одних существ в другие, пока не добрались до человека. Правда, если одни бактерии были "хорошими" и помогали хозяину, то другие только причиняли вред.

Люди противостояли этим "плохим" микробам вслепую: вводили карантин и занимались кровопусканием (долгое время это был единственный способ борьбы со всеми болезнями). И только в XIX веке стало ясно, что у врага есть лицо. Руки стали мыть, больницы и хирургические инструменты - обрабатывать дезинфицирующими средствами. После открытия антибиотиков казалось, что человечество получило надёжное средство борьбы с инфекциями. Но бактерии и другие одноклеточные не захотели покидать тёплое местечко и стали приобретать устойчивость к лекарствам.

Супермикроб может по-разному противостоять антибиотику. Например, он способен вырабатывать ферменты, которые разлагают препарат. Иногда ему просто везёт: в результате мутаций становится неуязвимой его мембрана - оболочка, по которой раньше лекарства наносили сокрушительный удар. Устойчивые бактерии рождаются по-разному. Иногда в результате горизонтального переноса генов вредные для человека бактерии заимствуют у полезных средства защиты от лекарств.

Ещё одно, более реалистичное изображение метициллин-резистентного золотистого стафилококка (MRSA). С каждым годом он распространяется всё шире, особенно внутри больниц и среди людей с ослабленным иммунитетом. По некоторым данным, в США этот микроб ежегодно убивает около 18 тысяч человек (точное число заболевших и умерших определить пока невозможно). Фото: "Кот Шрёдингера"

Порой человек сам превращает организм в центр по тренировке бактерий-убийц. Допустим, мы лечим пневмонию с помощью антибиотиков. Врач предписал: принимать лекарство нужно десять дней. Но на пятый всё проходит и мы решаем, что хватит травить организм всякой гадостью и прекращаем приём. К этому моменту мы уже перебили часть бактерий, наименее устойчивых к препарату. Но самые крепкие остались живы и получили возможность размножаться. Так, под нашим чутким руководством заработал естественный отбор.

"Лекарственная устойчивость является естественным явлением эволюции. Под воздействием противомикробных препаратов наиболее чувствительные микроорганизмы погибают, а резистентные остаются. И начинают размножаться, передавая устойчивость своему потомству, а в ряде случаев и другим микроорганизмам", - поясняет Всемирная организация здравоохранения.

Одноклеточные атакуют

Осенью 2016 года в Нью-Йорке идёт заседание Генеральной Ассамблеи ООН, в котором участвуют представители 193 стран, то есть фактически вся планета. Обычно здесь обсуждают вопросы войны и мира. Но сейчас речь не о Сирии, а о микробах, выработавших устойчивость к лекарствам.

Прогноз мрачный. "Пациентам становится всё сложнее излечиваться от инфекций, поскольку уровень устойчивости патогенных микроорганизмов к действию антибиотиков и, что ещё хуже, антибиотиков резервного ряда стабильно растёт. В сочетании с чрезвычайно медленной разработкой новых антибиотиков это повышает вероятность того, что респираторные и кожные инфекции, инфекции мочевых путей, кровотока могут стать неизлечимыми, а значит, смертельными", - поясняет доктор Недрет Эмироглу из Европейского бюро ВОЗ.

К этому списку заболеваний я бы обязательно добавил малярию и туберкулёз. В последние годы бороться с ними становится всё труднее, поскольку возбудители приобрели устойчивость к лекарствам, - уточняет Юрий Венгеров.

Примерно о том же говорит помощник генерального директора ВОЗ по безопасности здравоохранения Кейджи Фукуда: "Антибиотики теряют эффективность, так что обычные инфекции и небольшие травмы, которые излечивались в течение многих десятилетий, сейчас снова могут убивать".

Модель бактериофага, поражающего микроба. Эти вирусы внедряются в бактерий и вызывают их лизис, то есть растворение. Хотя бактериофаги были открыты в начале XX века, только сейчас их стали включать в официальные медицинские справочники. Фото: "Кот Шрёдингера"

Бактерии начали сопротивляться особенно рьяно, когда антибиотики стали в огромных количествах применяться в больницах и в сельском хозяйстве, - уверяет биохимик Константин Мирошников (доктор химических наук, руководитель лаборатории молекулярной биоинженерии Института биоорганической химии им. Академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН). - Например, чтобы остановить болезни у цыплят, фермеры используют десятки тысяч тонн антибиотиков. Зачастую для профилактики, что позволяет бактериям узнать врага поближе, привыкнуть к нему и выработать устойчивость. Сейчас применение антибиотиков стали ограничивать законодательно. Считаю, что общественное обсуждение таких вопросов и дальнейшее ужесточение закона позволят замедлить рост устойчивых бактерий. Но не остановят их.

Возможности создания новых антибиотиков почти исчерпаны, а старые выходят из строя. В какой-то момент мы окажемся бессильны перед инфекциями, - признаёт Юрий Венгеров. - Тут ещё важно понимать, что антибиотики превращаются в лекарство только тогда, когда существует доза, способная убить микробов, но при этом не навредить человеку. Вероятность найти такие вещества всё меньше и меньше.

Враг победил?

Всемирная организация здравоохранения периодически публикует панические заявления: мол, антибиотики первого ряда перестают действовать, более современные тоже близки к капитуляции, а принципиально новые препараты пока не появились. Война проиграна?

Бороться с микробами можно двумя способами, - говорит биолог Денис Кузьмин (кандидат биологических наук, сотрудник учебно-научного центра ИБХ РАН). - Во-первых, искать новые антибиотики, воздействующие на конкретные организмы и мишени, ведь именно антибиотики "большого калибра", поражающие разом целый букет бактерий, вызывают ускоренный рост резистентности. Например, можно конструировать лекарства, которые начинают действовать только при попадании внутрь бактерии с определённым обменом веществ. Причём производителей антибиотиков - микробов-продуцентов - нужно искать в новых местах, активнее задействовать природные источники, уникальные географические и экологические зоны их обитания. Во-вторых, следует разрабатывать новые технологии получения, культивирования продуцентов антибиотиков.

Эти два способа уже реализуются. Разрабатываются новые методы поиска и проверки антибиотиков. Микроорганизмы, которые могут стать оружием нового поколения, ищут повсюду: в гниющих растительных и животных остатках, иле, озёрах и реках, воздухе… Например, учёным удалось выделить антимикробное вещество из слизи, которая образуется на коже лягушки. Помните древнюю традицию класть лягушку в крынку с молоком, чтобы оно не скисало? Сейчас этот механизм изучили и пытаются довести до медицинской технологии.

Ещё пример. Совсем недавно российские учёные из НИИ по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф. Гаузе исследовали жителей съедобных грибов и нашли несколько потенциальных поставщиков новых лекарств.

Другим путём пошли учёные из Новосибирска, работающие в российско-американской лаборатории биомедицинской химии ИХБФМ СО РАН. Им удалось разработать новый класс веществ - фосфорилгуанидины (выговорить сложно, да и записать нелегко). Это искусственные аналоги нуклеиновых кислот (точнее, их фрагментов), которые легко проникают в клетку и вступают во взаимодействие с её ДНК и РНК. Такие фрагменты можно создавать под каждый конкретный патоген на основе анализа его генома. Возглавляет проект американец Сидней Альтман (лауреат Нобелевской премии по химии 1989 года (вместе с Томасом Чеком). Профессор Йельского университета. В 2013-м получил российский мегагрант и стал работать в Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН).

Но самые популярные направления поиска средств против инфекций - это бактериофаги и антимикробные пептиды.

Союзники из лужи

С высоты птичьего полёта здание ИБХ РАН выглядит как двойная спираль ДНК. А сразу за воротами стоит непонятная скульптура. Табличка поясняет, что это комплекс антибиотика валиномицина с ионом калия посередине. Пятьдесят лет назад сотрудники института поняли, как связываются друг с другом ионы металлов и как проходят потом сквозь оболочку клетки благодаря ионофорам.

Сейчас в ИБХ занимаются и другой темой - бактериофагами. Это особые вирусы, которые избирательно атакуют бактерии. Руководитель лаборатории молекулярной биоинженерии Константин Мирошников ласково называет своих подопечных-бактериофагов зверюшками.

Фаги хороши и одновременно плохи тем, что действуют на конкретный патоген. С одной стороны, мы целимся только в те микробы, которые мешают жить, и не беспокоим остальных, а с другой - на поиски нужного фага требуется время, которого обычно не хватает, - улыбается завлаб.

И бактерии, и бактериофаги есть в каждой луже. Они постоянно сражаются друг с другом, но уже миллионы лет ни одна сторона не может победить другую. Если человек хочет одолеть бактерий, которые атакуют его организм или картошку на складе, нужно в место размножения бактерий доставить больше соответствующих бактериофагов. Вот метафора, к примеру: когда осваивали побережье Золотых песков в Болгарии, там было много змей, тогда привезли много ежиков и те быстро сместили равновесие фауны.

Два года назад мы начали сотрудничать с агропарком "Рогачёво" под Дмитровом. Генеральный директор организации Александр Чуенко - бывший электронщик и просвещённый капиталист, не чуждый научному подходу, - рассказывает Константин. - Урожай картошки подъедали пектолитические бактерии - мягкая гниль, которая живёт на складах. Если проблему не решать, картофель быстро превращается в тонны вонючей жижи. Обработка картошки фагами как минимум резко замедляет развитие инфекции - продукт дольше сохраняет вкус и товарный вид как в хранилище, так и на полках магазина. При этом фаги атаковали гнилостных микробов и биодеградировали - распались на частицы ДНК, белки и пошли на корм другим микроорганизмам. После успешных испытаний руководство нескольких крупных агрокомплексов заинтересовалось такой биозащитой урожая.

Как вам удалось найти нужные бактериофаги и превратить их в противоядие? - спрашиваю я, поглядывая на игрушечного фага, стоящего на стопке книг.

Для поиска есть классический метод двойного агара. Вначале на первый слой агара в чашке Петри стелите эдакий газон из бактерий, сверху льете воду из лужи и закрываете вторым слоем агара. Через какое-то время на этом мутном газоне появляется чистое пятно, значит, фаг сожрал бактерию. Мы выделяем фаг и изучаем его.

Лаборатория Мирошникова вместе с российскими и зарубежными коллегами получила грант РНФ на исследования и диагностику патогенов картофеля. Тут есть над чем работать: растительные бактерии изучены гораздо хуже человеческих. Впрочем, с нашим организмом тоже много неясного. По словам учёных, врачи не так обследуют человека: все анализы и осмотры заточены под антибиотики, а для фаговой терапии нужны другие методы.

Фаготерапия - это не лекарство в нынешнем понимании, а скорее комплексная услуга, которая включает быструю диагностику и подбор нужного средства против конкретного патогена. В России препараты фагов входят в список лекарственных средств, но не упомянуты в методических рекомендациях для терапевтов. Так что врачи, которые в теме, вынуждены применять фаги на свой страх и риск. А в Польше, например, законодательство гласит, что, если пациента нельзя вылечить методами традиционной доказательной медицины, можно применять хоть танцы с бубном, хоть гомеопатию, хоть фаговую терапию. И во вроцлавском институте имени Гиршфельда фаги применяют в качестве персонализированной медицинской помощи. Причём с большим успехом, даже в случае запущенных гнойных инфекций. Применение фагов - научно обоснованный и биологически понятный, хотя и не банальный метод, - подытоживает Мирошников.

Пептиды - это семейство веществ, состоящих из остатков аминокислот. В последнее время учёные всё чаще рассматривают пептиды как основу для будущих лекарств. Речь идёт не только об антибактериальных средствах. Например, в МГУ им. М.В. Ломоносова и НИИ молекулярной генетики РАН был создан пептидный препарат, который нормализует работу мозга, улучшает память, внимание и устойчивость к стрессу. Фото: "Кот Шрёдингера"

А вот новость из наукограда Пущино. Учёные из филиала ИБХ РАН, Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН и Института биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН исследовали, как фермент бактериофага Т5 действует на кишечную палочку. То есть работали не с самими бактериофагами, а с их белками-ферментами. Эти ферменты разрушают клеточные стенки бактерий - они начинают растворяться и гибнуть. Но у некоторых микробов есть надёжная наружная мембрана, и этот метод на них не действует. В Пущине решили в помощь ферменту привлечь вещества, которые увеличивают проницаемость мембраны. В результате экспериментов на культурах клеток кишечной палочки учёные выяснили, что вместе фермент и агент уничтожают бактерии намного эффективнее, чем по отдельности. Количество выживших клеток удалось уменьшить чуть ли не в миллионы раз относительно контрольного опыта. В качестве вещества-помощника использовали дешёвые распространённые антисептики, такие как хлоргексидин, причём в очень низких концентрациях.

Фаги можно использовать не только в качестве лекарства, но и как средство, повышающее эффективность прививок.

В рамках проекта, получившего поддержку Министерства образования и науки России, мы собираемся применить белки бактериофагов для усиления иммуногенных свойств искусственного антигена, - рассказывает микробиолог Андрей Летаров (доктор биологических наук, заведующий лабораторией вирусов микроорганизмов Института микробиологии им. С.Н. Виноградского ФИЦ Биотехнологии РАН). - Для этого фрагменты антигена методами генной инженерии сшивают с некоторыми белками бактериофагов, которые способны собираться в упорядоченные структуры, например в трубочки или сферы.

Как объясняет учёный, такие структуры своими свойствами напоминают частицы патогенных вирусов, хотя на самом деле никакой опасности для человека и животных не представляют. Иммунная система гораздо охотнее распознаёт такие вирусоподобные частицы и быстро развивает антительный ответ. Это путь к созданию улучшенной вакцины, которая в дополнение к традиционной долговременной защите будет обеспечивать быстрый защитный эффект для предотвращения распространения заболевания в очаге инфекции.

Иммунитет червя и свиньи

Младший научный сотрудник учебно-научного центра ИБХ РАН Павел Пантелеев (кандидат химических наук) любит кататься на велосипеде по горам. Ещё он любит изучать морских беспозвоночных, точнее, их антимикробные пептиды, которые ежедневно сражаются с бактериями в организмах живых существ. Пептиды - это младшие братья белков: они тоже состоят из аминокислот, только их там не больше пятидесяти, а в белках сотни и тысячи.

В начале каждой статьи о пептидах пишется примерно такая фраза: "Существует острая необходимость создания новых антибиотиков, потому что старые уже не работают из-за резистентности. А антимикробные пептиды обладают чудесным свойством - резистентность со стороны бактерий вырабатывается к ним с большим трудом ". Учебно-научный центр, в котором я работаю, занимается поиском пептидов, которые позволили бы нам противостоять патогенным микроорганизмам, - говорит Павел.

Сегодня известно более 800 таких пептидов, но все они не работают на людях. Лекарства на основе пептидов раз за разом проваливают клинические испытания: не удаётся найти стабильные структуры, которые бы в нужном количестве поступали в нужное место и не вызывали побочных эффектов. Они имеют свойство накапливаться в организме: например, могут убить инфекцию, но не выйти с мочой, а остаться в почках.

Мы изучаем морских кольчатых червей, - рассказывает Павел. - Вместе с коллегами из Института экспериментальной медицины мы выделили из червей Arenicola marina (морской пескожил) два пептида и изучили их. Когда я был аспирантом, мы ещё ездили на Белое море за червями, но в них новых пептидов так и не нашли. Конечно, это может быть связано с несовершенством методики поиска, но, скорее всего, у этого червя действительно только два пептида, и этого достаточно, чтобы защищаться от патогенов.

Почему именно черви, их проще изучать?

Дело в том, что существует концепция, согласно которой у древних беспозвоночных система врожденного иммунитета должна быть очень сильной, потому что многие из них живут в не самых благоприятных условиях среды обитания и до сих пор существуют. Сейчас одними из объектов моих исследований являются пептиды мечехвостов.

Павел достаёт телефон и показывает нечто с черепашьим панцирем и кучей отвратительных крабьих лапок. Такое можно увидеть только в фильме ужасов или в плохом сне.

Бактериофаг. Его реальная высота примерно 200 нанометров. Утолщение в верхней части называется головкой. В ней содержится нуклеиновая кислота. Фото: "Кот Шрёдингера"

Однако не важно, что ты изучаешь, червей, мечехвостов или свиней, - продолжает Павел. - У всех организмов ты будешь исследовать одни и те же ткани и клетки, где находятся пептиды. Например, клетки крови - нейтрофилы у млекопитающих или гемоциты у беспозвоночных. Пока неизвестно почему, можно лишь выдвигать гипотезы, в том числе шутливые. Свинья - не особо чистоплотное животное, поэтому ей нужно больше защитников, которые не дадут бактериям из её грязевой ванны заразить организм чем-нибудь. Но есть и универсальный ответ: в каждом конкретном случае пептидов столько, сколько необходимо для защиты организма.

Почему пептиды лучше антибиотиков?

Пептиды хитро устроены. В отличие от антибиотиков, которые, как правило, действуют на определённую молекулярную мишень, пептиды встраиваются в клеточную оболочку бактерии и формируют в ней особые структуры. В конце концов оболочка клетки разрушается под весом пептидов, захватчики проникают внутрь, а сама клетка взрывается и погибает. Кроме того, пептиды действуют быстро, а эволюция структуры мембраны - очень невыгодный и сложный для бактерии процесс. В таких условиях вероятность развития устойчивости к пептидам сводится к минимуму. Кстати, в нашей лаборатории изучают пептиды не только животных, но и растений, например защитные соединения белково-пептидной природы из чечевицы, укропа. На базе отобранных природных образцов мы создаём что-то интересное. Получившееся вещество вполне может быть гибридом - чем-то средним между пептидом червяка и мечехвоста, - уверяет Павел.

P. S.

Хочется надеяться, что лет через пять, десять или двадцать наступит новая эра борьбы с микробами. Бактерии - существа хитрые и, возможно, создадут в ответ ещё более мощные средства обороны и нападения. Но и наука не будет стоять на месте, так что в этой гонке вооружений победа всё-таки останется за человеком.

Человек и бактерии. Метафоры

Друзья

Штатные сотрудники - бактерии, обитающие в нашем организме. По некоторым оценкам, их общая масса составляет от одного до трёх килограммов, а по количеству их больше, чем клеток человека. Они могут быть заняты на производстве (выработка витаминов), в перерабатывающей промышленности (переваривание пищи) и в армии (в нашем кишечнике эти бактерии подавляют рост своих патогенных собратьев).

Приглашённые специалисты по пищевому производству - молочнокислые и другие бактерии используются для производства сыра, кефира, йогурта, хлеба, квашеной капусты и других продуктов.

Двойные агенты - вообще-то, они враги. Но их удалось завербовать и заставить работать на нужды нашей обороны. Речь идёт о прививках, то есть введении в организм ослабленных вариантов бактерий.

Приёмные дети - это уже не бактерии, а части наших клеток - митохондрии. Когда-то они были самостоятельными организмами, но, проникнув сквозь клеточную мембрану, лишились независимости и с тех пор исправно обеспечивают нас энергией.

Рабочие-военнопленные - генетически модифицированные бактерии используются для производства лекарств (в том числе - антибиотиков) и многих других полезных веществ.

Враги

Пятая колона - некоторые бактерии, обитающие в нашем теле или на коже, в обычной ситуации могут быть вполне безвредными. Но когда организм ослаблен, они коварно поднимают восстание и переходят в наступление. Их ещё называют условно-патогенными штаммами.

Защитные крепости - колонии бактерий, которые покрывают себя слизью и плёнками, предохраняющими от действия препаратов.

Бронированная пехота - среди бактерий, устойчивых к антибиотикам, есть такие, которые умеют делать свои внешние оболочки непроницаемыми для молекул лекарств. Мощь пехоты скрыта в липополисахаридном слое. После гибели бактерий этот слой из жиров и сахара попадает в кровь и может вызвать воспаление или даже септический шок.

Тренировочные базы - ситуации, в которых выживают самые устойчивые и опасные штаммы. Такой тренировочной базой для бактериального спецназа может служить организм человека, который нарушает курс приёма антибиотиков.

Химическое оружие - некоторые бактерии научились вырабатывать вещества, которые разлагают лекарства, лишая их целебных свойств. Например, ферменты из группы бета-лактамаз блокируют действие антибиотиков из группы пенициллинов и цефалоспоринов.

Маскировка - микробы, меняющие внешнюю оболочку и белковый состав так, что лекарства их "не замечают".

Троянский конь - некоторые бактерии используют особые приёмчики для поражения врага. Например, возбудитель туберкулёза (Mycobacterium tuberculosis) способен забираться внутрь макрофагов - иммунных клеток, которые отлавливают и переваривают блуждающих болезнетворных бактерий.

Суперсолдаты - этим всесильным бактериям не страшны почти никакие лекарства.

Десять заповедей антибактериального поведения

1. Своевременно проходите вакцинацию.

2. Применяйте противомикробные препараты только в случае их назначения дипломированным врачом.

3. Ещё раз: не занимайтесь самолечением с помощью антибиотиков!

4. Помните, что антибиотики не помогают от вирусов. Лечить ими грипп и многие виды "простуды" не только бесполезно, но и вредно. Вроде бы это проходят в школе, однако во время исследования ВЦИОМ на вопрос "Согласны ли вы с утверждением, что антибиотики убивают вирусы так же хорошо, как и бактерии?" 46% респондентов ответили "да".

5. Принимайте лекарство ровно в тех дозах и столько дней, сколько назначил врач. Не прекращайте приём, даже когда почувствуете себя здоровым. "В случае если вы не доведёте лечение до конца, есть риск, что антибиотики не убьют все бактерии, вызвавшие вашу болезнь, что эти бактерии мутируют и станут устойчивыми. Это происходит не в каждом случае - проблема в том, что мы не знаем, кто может закончить лечение преждевременно и без последствий", - признаются эксперты ВОЗ.

6. Никогда не делитесь антибиотиками.

7. Не используйте назначенные ранее и оставшиеся после приёма антибиотики.

8. Мойте руки. Пейте только чистую воду.

9. Используйте средства защиты при половых актах.

10. Избегайте тесных контактов с больными. Если сами заболели, проявите благородство - не пытайтесь заразить своих одноклассников, сокурсников или коллег. В смысле - сидите дома.

В процессе появления и развития заболевания одновременно участвуют – макроорганизм, что подвергается атаке и микроорганизмы, осуществляющие атаку.

Чтобы определить инфицирующую бактерию используют биохимические тесты, дифференциальные диагностические препараты (среды).

В наши дни большим успехом пользуются экспресс-методы определения видов инфекций. Для этих целей применяют специальные тест-наборы. Медицинские лаборатории производят готовые индикаторные среды. Любая болезнь (патогенность) возникает из-за воздействия вредоносных бактерий.

Признаками патогенности являются:

Признак колонизации способствует размножению бактерий и поражению ими органов особи.
Признак инвазии благоприятствует проникновению бактерий внутрь клетки.
Признак адгезии – это когда вредная бактерия прикрепляется к клеткам организма.
Токсины, ферменты – агрессивные признаки. Они делают организм слабым, разрушают иммунную систему хозяина – носителя инфекции.
Бактерии проявляют свои защитные признаки. При этом больной организм не борется с инфицированными клетками, а вредоносные бактерии маскируются под клетки макроорганизма.

Инфекция – это противоборство, противоположные отношения организма хозяина и бактерий.

Благодаря крепкой иммунной системе организм особи, животного остаётся устойчивым к воздействию бактерий.

Инфекционный процесс может развиваться в организме разные промежутки времени. Поэтому эти болезни по своей продолжительности делятся на:

Быстрые - их ещё называют острыми. В этом случае организм хозяина может пойти на поправку с помощью лекарств или погибнуть.
Медленные или хронические, когда случаются периоды обострения. Бывает, что болезнь является вялотекущей и преследует организм на протяжении всей жизни. При таком варианте иммунитет у носителя инфекции - низкий, полного выздоровления не случается, как и его гибели.

Макроорганизм может краткое или продолжительное время носить в себе вредные бактерии без проявления признаков недуга.

Возбудитель инфекционного процесса

Возбудитель болезни участвует в инфекционном заболевании. У него есть два признака - вирулентность и патогенность.

Каждый вид бактерий обладает индивидуальными свойствами и способностью развивать определённую инфекцию.

Например, такие вредные микроорганизмы, как Vibrio cholera, S. Typhi, N. Gonorrhoeae развивают болезнь только в организме человека. Патогенность и способности видов бактерий вызывать болезни - разные. Известно, что Mycobacterium tuberculosis настигает 9 видов организмов, а F.tularensis поражает и живёт в 141 видах.

Есть условно-патогенные микроорганизмы. Они могут привести к появлению болезни в зависимости от состояния иммунной системы макроорганизма. Если особь в состоянии иммунодефицита, то инфекция прогрессирует и бурно развивается.

Вирулентность характеризует то, насколько патогенна бактерия, это индивидуальный штаммовый признак.

Данное свойство имеет количественный показатель. Чтобы его определить, учёные на практике осуществляют модель инфекционного заболевания. Вирулентность измеряют условными единицами.

DLM показывает самое меньшее количество бактерий, которые могут вызвать гибель 95% заселённых ими организмов некоторого пола, возраста, массы, когда заражение произошло определённым способом за некоторый промежуток времени.
DCL - число микроорганизмов, способных вызвать смерть 100% заражённых особей.
LD50 – число микробов, после воздействия которых умирает 50% макроорганизмов, ими поражённых.

Устойчивость к лекарствам

Чтобы уничтожить вредные бактерии используют разные лекарства. Однако бактерии привыкают к воздействию этих препаратов, видоизменяются и вырабатывают устойчивость к многим лекарственным средствам.

Известны патогенные бактерии, которые считаются побеждёнными. Но иногда они появляются снова, в более совершенной и опасной форме. К таким инфекциям можно отнести Bacillus antracis, вирус чёрной оспы, Mycobacterium tuberculosis.

Царство микроорганизмов, как и все созданное природой, сложное и многогранное. Микробы встречаются везде: в почве, в воздухе, в воде, на коже человека и даже внутри организма. Причем, в нашем организме клеток бактерий в десятки раз больше чем собственных клеток! И все они на удивление разные. Одни просто мирно существуют рядом с человеком, другие даже приносят нам неоценимую пользу. Взять, к примеру, обитателей кишечника – лактобактерии и бифидобактерии, которые, налаживают пищеварение и укрепляют местный иммунитет.

Но есть и коварные патогенные бактерии, которые только и ждут момента, чтобы проникнуть в организм и стать причиной серьезного заболевания. Из всего многообразия микробов, этих коварных бактерий не более 5%, однако именно они провоцируют такие опасные болезни, как холера, туберкулез, ботулизм, столбняк, брюшной тиф и многие другие. Именно потому каждому из нас следует знать, какие бактерии угрожают нашему организму и как им противостоять.

В данной статье расскажем о грамотрицательных бактериях, а значит о микробах, которые могут причинить нам вред. Что представляют собой эти бактерии, каким способом проникают в организм, и как бороться с грамотрицательными бактериями? Следует во всем разобраться.

Открытие Ганса Христиана Грама

В отличие от своего почти полного тезки, Ганс Христиан Грам не писал сказок, однако сделал для человечества ничуть не меньше. Его называют одним из основателей микробиологии, ведь именно Грам в конце XIX века разработал метод разделения основных двух классов бактерий. Его метод окраски микроорганизмов позволил разделить все царство бактерий на две группы – грамположительные и грамотрицательные бактерии.

Особенности каждой из групп понятным языком можно описать так:

1. Грамположительные бактерии
К ним относятся микроорганизмы, которые при помощи анилинового красителя окрашиваются в синий цвет. Такие бактерии в процессе жизнедеятельности образуют споры и выделяют экзотоксины. Оболочка грамположительных бактерий очень толстая, однако через нее легко проникают любые жидкости, в том числе и те, которые содержат антибиотик. Исходя из этого, уничтожить такие болезнетворные бактерии антибактериальными средствами гораздо легче, чем представителей другого вида.

2. Грамотрицательные бактерии
В эту группу входят микробы, которые после удаления анилинового красителя окрашиваются фуксином в красный цвет. В отличие от грамположительных бактерий, эти микроорганизмы не образуют спор, но выделяют эндотоксины, способные нанести вред организму.

Главным отличием грамотрицательных микробов являются наличие не одной, а сразу двух клеточных стенок, между которыми располагается периплазматическое пространство. Двойная «броня» серьезно увеличивает защитные свойства таких микроорганизмов, и пусть их клеточные стенки гораздо тоньше, сложное строение создает таким бактериям мощную защиту, справиться с которой сможет не каждый антибиотик. Благодаря своим защитным свойствам способность грамотрицательных бактерий противостоять лекарствам стала настоящей проблемой для клинической фармакологии, в частности, для разработчиков антибактериальных средств.

К тому же внешняя капсула грамотрицательных микробов (липополисахаридный слой), способна оказывать вредное воздействие на человеческий организм, так как именно этот наружный слой является источником эндотоксинов, вызывающих воспалительные процессы в организме и его интоксикацию.

Грамположительные и грамотрицательные бактерии

В нашем организме содержатся как грамположительные, так и грамотрицательные микроорганизмы. Их правильное соотношение позволяет поддерживать работу многих органов, в частности, микрофлору кишечника, влагалища или полости рта. Сохранение баланса этих микробов становится надежной защитой от инфекций.

Грамположительная флора

Как было сказано выше, грамположительные микробы имеют проницаемые клеточные стенки. К ним относятся все спорообразующие кокки, в том числе стафилококки и стрептококки, бациллы и листерии, клостридии и микобактерии. Наибольшую опасность представляет золотистый стафилококк, который при поражении ослабленного организма способен угрожать жизни больного.

Грамположительные микробы способны поразить головной мозг и сердце, дыхательные пути и кровь, а также стать причиной гнойной инфекции в ранах. Именно такие бактерии становятся причиной распространенных инфекций, в частности:

дифтерии;
отита и синусита;
пневмонии;
сибирской язвы;
фарингита и тонзиллита;
воспаления мозга;
заражения крови;
ботулизма;
газовой гангрены;
столбняка;
пищевой токсикоинфекции.

Грамотрицательные бактерии

Эти патогенные микроорганизмы распространены не меньше грамположительных бактерий. Список их довольно многообразный, причем среди них встречаются такие, которые являются условно-патогенными, а значит, в обычных условиях не причиняют никакого вреда человеку. Наиболее распространенными грамотрицательными бактериями считаются:

менингококки;
псевдоманады;
протеобактерии;
спирохеты;
бруцеллы;
хеликобактерии;
гонококки.

Эти микробы устойчивы ко многим антибиотикам, а потому лечить заболевания, вызванные такой микрофлорой, чрезвычайно трудно. Какие же патологии, вызывают грамотрицательные микроорганизмы?

Здесь следует понимать, что оболочка этих микроорганизмов выделяет много вредных токсинов, которые провоцируют сильнейшее отравление организма. Выходит, что в патогенности виноваты не сами микробы, а особенность строения их внешней оболочки, того самого липополисахаридного слоя, который и провоцирует тяжелую интоксикацию и воспалительный процесс в организме.

При распространении в организме грамотрицательные бактерии способны вызвать менингит, сифилис и гонорею, гастрит и язву желудка, а также различные респираторные заболевания.

Кроме того, в группу грамотрицательных бактерий следует включить энтеробактерии, протеи, сальмонеллы и эшерихии коли, которые могут провоцировать кишечную инфекцию, дизентерию, брюшной тиф и сальмонеллез. Именно эти патогенные микроорганизмы становятся причиной тяжелых внутрибольничных инфекций, ведь они способны выживать даже после серьезной дезинфекции (а некоторые продолжают существовать даже после трехдневного кипячения). Врачи находят их в бронхоскопах и ларингоскопах, на нестерильных повязках и в масках наркозной аппаратуры.

А ведь кроме устойчивости к дезинфицирующим средствам, грамотрицательные бактерии «славятся» серьезной лекарственной устойчивостью.

Как бороться с грамотрицательными бактериями

Как можно догадаться, и сегодня, спустя более 100 лет, для успешного лечения инфекционных заболеваний широко используется метод Грама. Он позволяет быстро и эффективно определить, какие именно бактерии вызвали болезнь – грамотрицательные или грамположительные. В зависимости от этого больному подбирают антибактериальные препараты.

Чтобы провести анализ по методу Грама используются самые разные биологические жидкости – мокрота из носа или влагалища, кал, плевральная или синовиальная жидкость.

Однако выявить возбудителя инфекции гораздо легче, чем бороться с ним. Столкнувшись с заболеваниями, вызванными грамотрицательными бактериями, врачи обычно назначают не один, а сразу два антибиотика или же прописывают антибактериальные средства широкого спектра действия. Против таких микробов может быть эффективен Амоксициллин или Ампициллин, Стрептомицин или Хлорамфеникол. Отличные результаты дают и антибиотики из группы цефалоспоринов (Цефотаксим, Цефалексин). Такие средства способны преодолеть внешнюю мембрану грамотрицательных бактерий, а значит, уничтожить болезнетворные микробы.

Столкнувшись с грамотрицательной микрофлорой, специалисты всегда должны комбинировать антибиотики различных групп, держа при этом наготове препараты резерва. Особенно это касается сложных госпитальных инфекций, которые не всегда можно вылечить одним, даже современным антибиотиком.

В заключение статьи хочется напомнить всем читателям, что грамотрицательные бактерии являются условно-патогенными микроорганизмами, которые поражают организм только в том случае, если сильно снижается иммунитет. Это могут быть периоды восстановления после тяжелых заболеваний или операций, наличие хронических болезней или же ВИЧ-инфекции. В этом плане каждый человек, который часто простужается, имеет инфекционные или гнойничковые заболевания, должен обратить внимание на состояние иммунной защиты организма. Своевременно принятые меры по укреплению иммунитета позволят вам избежать неприятного знакомства с этой условно-патогенной микрофлорой.
Берегите свое здоровье!

Бактерии самый древний вид жизни на планете. Они находятся повсюду, даже там, где другие организмы не могут существовать. Только малая их часть приносит пользу, остальные же наносят вред не только человеческому организму, а и растениям, животным, продуктам, месторождениям полезных ископаемых. Ученые постоянно разрабатывают новые , чтобы снизить их губительное действие на живые организмы.

Как бороться с микробами, вызывающими заболевания живых организмов

Болезнетворные микробы, попадая в ослабленный организм человека, развивают бурную жизнедеятельность, вызывая при этом различные заболевания: ангину, пневмонию, нарушения в работе желудочно-кишечного тракта, мочеполовой системы, отит и т.п.

Причиной ослабления организма могут быть:

стрессы;
переохлаждение;
сниженный иммунитет;
общая усталость.

Возбудители таких заболеваний, как тиф, холера, дизентерия, попадают к нам не только от зараженного человека, а и через воду, пищевые продукты.

Такие виды борьбы с болезнетворными бактериями, как постоянный контроль качества воды и пищевых продуктов, привели к тому, что человечество практически избавилось от этих заболеваний.

Прежде чем вода попадет в кран, она проходит степень очистки в отстойниках, затем ее пропускают через специальные фильтры, а для уничтожения болезнетворных видов микробов воду хлорируют и пропускают через ультрафиолет.

Многие грызуны и насекомые являются вредными для человека, так как они распространяют инфекционные заболевания. С целью предотвращения разноса инфекции в помещениях санитарно-эпидемические службы проводят дезинфекцию.

Распространители таких заболеваний, как туберкулез и бруцеллез, могут находиться в сыром молоке. С целью уничтожения данного вида возбудителей применяют пастеризацию ─ длительное нагревание.

Человек научился противостоять многим видам микроорганизмов, уже с раннего возраста детям делают прививки, организм становится неуязвимым ко многим опасным болезням. Когда вводят в организм малую дозу тех или иных ослабленных возбудителей инфекционных заболеваний, у человека вырабатывается к ним иммунитет.

В экстренных случаях, когда у человека нет врожденного или приобретенного иммунитета к тому или иному виду возбудителя, в организм вводят лечебную сыворотку. Получают ее из крови животного. После ее введения образуются антитела, которые подавляют жизнедеятельность болезнетворных видов микробов.

С открытием пенициллина человечество шагнуло далеко вперед в лечении гнойных заболеваний, вызванных анаэробными микроорганизмами, и лечении положившей много человеческих жизней в свое время болезни ─ воспаление легких. Благодаря ученым были открыты микроорганизмы, которые вырабатывают вещества, подавляющие либо полностью уничтожающие патогенные формы, не принося вреда организму человека. Так появились антибиотики.

Борьба с микроорганизмами в промышленности

В легкой и пищевой промышленности не обойтись без бактерий. Многие из них приносят пользу при изготовлении вина, молочнокислых продуктов, уксусной кислоты, но многие и наносят вред. Так результатом губительного воздействия бактерий является .

Пагубное действие на целлюлозно-бумажных предприятиях сказывается в том, что бактерии проникают в стенки волокон ткани, древесины, бумажных изделий, что приводит к уменьшению прочности волокон. При этом изделия из ткани разрушаются, образуются дырки, древесина крошится.

Борьба с бактериями в промышленности при изготовлении молочнокислых продуктов заключается в применении пастеризации. Длительное нагревание при температуре 60-63⁰С приводит к их уничтожению, при этом вкусовые качества продуктов не изменяются. Пастеризации подвергают фруктовые соки, вина, пиво.

Борьба с бактериями в промышленности ─ это охлаждение и заморозка для предотвращения их губительного воздействия на продукты. При этом микроорганизмы не погибают, но рост и размножение у них замедляются. К действенным методам хранения пищевых продуктов относят:

копчение;
вяление;
маринование;
соление;
добавление большого количества сахара.

Добавление соли или сахара приводит к обезвоживанию среды, где , и это является для них разрушительным. Создание кислой среды приводит к тому, что процессы роста заметно снижаются или вообще прекращаются.

Борьба с бактериями в промышленности, занимающейся выпуском бумажно-целлюлозной продукции и тканей, проявляется созданием целлюлозного сорбента, который поглощает в себя бактерии. Процесс заключается в том, что происходит механическое удержание микроорганизмов на молекулярном уровне. Обработка тканей и бумаги различными химическими реагентами снижает восприимчивость материалов к .

Способы защиты нефтяных месторождений от воздействия сульфатвосстанавливающих микроорганизмов

В результате анаэробного дыхания сульфатвосстанавливающих бактерий выделяется водород, который вступает в реакцию с железом, образуя оксиды, закупоривающие верхние пласты нефтяных скважин. Также они являются причиной коррозии трубопроводов и подводных коммуникаций.

Борьба с сульфатвосстанавливающими бактериями на нефтяных месторождениях заключается в применении бактерицидных препаратов и ингибиторов.

Борьба с сульфатвосстанавливающими бактериями на нефтяных месторождениях в нефтедобывающей отрасли происходит с применением таких способов:

нагнетание в пласт хлористого натрия;
нагнетание разложенной при помощи электролиза минерализованной воды и закачка хлора в нефтяной пласт.

Продукты нагнетания приводят к отмиранию данного вида бактерий.

Борьба с микроорганизмами в аквариуме

Сине-зеленые водоросли (цианобактерии) в аквариуме возникают в основном из-за плохого ухода за ним. Зачастую появление этих микроорганизмов в аквариуме на других водорослях может быть связано с высокой концентрацией органики, которая является для них пищей. Появление таких приводит к заболеваниям рыб и ухудшению роста других водорослей.

Основные направления исследований в микробиологии основываются на изучении в жизни человечества и мерах воздействия на те виды, которые приносят вред нашему здоровью и окружающей среде в целом.

Бактериология, как часть микробиологии, начала активно развиваться только в конце XIX - начале ХХ века, когда была создана мощная исследовательская техника для микробиологических анализов. Еще более молодая наука - вирусология, причем вирусология растений - это в буквальном смысле наука сегодняшнего дня.

Поражающие растения бактерии характеризуются различными свойствами. Часть из них многоядны, то есть способны поражать многие виды, другие высокоспециализированны и могут поселяться только на организмах определенного вида.

Многоядные бактерии вызывают мокрые гнили картофеля, капусты, лука и других овощных культур, корневой рак плодовых деревьев; специализированные - способствуют появлению бактериального рака томатов, кольцевой гнили и черной ножки картофеля, от которых ботва картофельного растения увядает и погибает. Эти же одноклеточные организмы служат причиной развития бактериальной пятнистости фасоли, томатов, капусты, бактериоза пшеницы, проса, ячменя и прочих зерновых культур. Именно они обусловливают и развитие бактериального ожога плодовых деревьев, гоммоза хлопчатника и иных болезней.

Бактерии могут поселяться в отдельных органах той или иной культуры, вызывая местные поражения (корневые гнили, сосудистые поражения, паренхиматозные гнили и ожоги), однако бактериальная болезнь может охватывать и сразу все растение, результатом чего является гибель всех его частей.

Один из самых широко распространенных химических способов борьбы с бактериальным загрязнением - применение различных антисептиков. Действие их двояко: одни антисептики попросту убивают клетки бактерий, нарушая в них какую-либо существенную реакцию обмена веществ, другие оказывают так называемое бактериостатическое действие, то есть приостанавливают дальнейшее деление клеток.

Как уже говорилось, природа бактерий как специфических одноклеточных организмов, начала активно изучаться только с конца позапрошлого века, и основные исследования на этот счет были выполнены лишь в середине прошлого столетия. Но применяли антисептики еще до того, как ученые поняли роль микробов в переносе загрязнения. Так, в 30-е годы XIX века русский фармацевт А. П. Нелюбин использовал для обеззараживания хлорную известь, а в 60-е годы английский врач Дж. Листер ввел в хирургическую практику в качестве антисептика карболовую кислоту (то есть разбавленный раствор фенола).

Научное обоснование свойств антисептиков как средств, убивающих именно микроорганизмы (в основном бактерии), было сделано в последней четверти позапрошлого века крупнейшими учеными: Л. Пастером, Р. Кохом и И. И. Мечниковым.

Наиболее широко в качестве бактерицидных препаратов используют такие дезинфицирующие средства, как фенол, сулему, этиловый спирт, формалин, перекись водорода, и газообразные вещества - окись этилена, бромистый этил, сернистый газ.

Антисептики чаще всего воздействуют на отдельные типы молекул, слагающих тело бактериальных клеток. Фенол денатурирует белки, формалин «сшивает» нуклеиновые кислоты, спирт способствует нарушению цитоплазматических мембран. В результате цитоплазма клеток коагулирует, сморщивается. Такие клетки теряют способность размножаться и, в конце концов, гибнут.

Но только антисептиками не ограничивается список веществ, используемых в борьбе с патогенными бактериями. По мере того как биохимики выясняли детали развития бактерий, открылись новые возможности в применении более специфических веществ, избирательно влияющих на какие-то вполне определенные реакции их обмена веществ. Конечно, такая избирательность действия позволила значительно эффективнее уничтожать вредные бактерии, причем часто на более ранних стадиях развития болезней.

Среди новых типов бактерицидов следует прежде всего назвать антибиотики.

Они действуют более специфично, чем антисептики, влияют на определенные цепи реакций обмена и, блокируя их, останавливают обмен клеток, результатом чего опять-таки оказывается смерть бактериальных клеток.

Еще большей изощренности и умения требует борьба с вирусными заболеваниями. Сегодня в сельском хозяйстве вместо побежденных ржавчины и головни все чаще начинают встречаться всевозможные мозаики и желтухи, вызываемые вирусами растений. Число обнаруживаемых каждый год новых вирусов не уменьшается, что ярко свидетельствует о том, что мы еще далеки от полного ознакомления даже с арсеналом вирусных болезней, не говоря уже об арсенале средств борьбы с ними.

До трети всего картофеля, собираемого сейчас в мире, ежегодно гибнет от вирусных заболеваний, приводящих к гниению картофеля в хранилищах. Недаром такое развитие получил метод выращивания безвирусного картофеля из культуры стерильных клеток.

Огромный урон приносили вирусы зерновым культурам, в том числе пшенице. Такие болезни, как закукливание злаков, вызываются специфическими вирусами.

Но, пожалуй, именно в отношении вирусов химические средства борьбы развиты слабо, и большое значение здесь придается чисто биологическим методам. Их задача - либо поставить барьеры на пути распространения самих вирусов (кстати, очень легко переносимых с соком больных растений, с остатками зараженных растений и т. п.), либо придать сортам генетически обусловленную устойчивость к ним. Правда, ведется работа и по созданию специфических химических средств борьбы с вирусными частицами - вирусоидов или вироцидов. Однако пока эффективных, дешевых и непоражающих сами растения препаратов еще не создано. Это - дело будущего.