Зората на антибиотичната ера – история за времето, когато розите могат да убиват хора, а таблетките да действат като бомба в организма, част 2

От 1940г.

Както стана ясно, през 40-те години на 20 век учените биха могли да изучават само бактериите, които биха могли да оцелеят в лабораториите си. Е. coli, например, процъфтява и извън човешкото тяло, аеробна е и може да се храни с почти всяка захар, която й  се предложи. Ето защо, учените към днешна дата знаят повече за нея от всяка друга бактерия на Земята.

В естественото си местообитание - човешките черва - Е. coli е рядко срещана. Само един микроб от хиляда в червата на човек е от този вид. Останалите са далеч по претенциозни, за да оцелеят в условията на Петриевото лабораторно блюдо и не могат да оцелеят в лабораториите. Те се нуждаят от специален баланс на газове, киселинност и хранителни вещества. Освен това, в много случаи бактериите не могат да оцелеят, ако не живеят в симбиоза с други видове. Тази бактериална „бъркотия” забавя и затруднява напредъка на учените, опитващи се да изследват микробиомите на хората. Но сега, когато могат да извлекат ДНК от микробиома, изследователите започват постепенно да осъзнават повече за поразителното разнообразие от микроби, които приютяваме.

Всеки от нас осигурява дом на няколко хиляди вида микроорганизми (и това са само бактериите, без да се имат предвид останалите вируси, гъбички и протозои, изграждащи още по-високо биологично разнообразие в телата ни). Само по повърхността на пъпа на един човек могат да се открият най-малко 53 вида бактерии. Освен това, много от тях, биха били различни от тези при друг човек. Въпреки казаното по-горе, ако се разгледат различните гени, пренасяни от тези видове, нашите микробиоми ще изглеждат много сходни. Това сходство говори и за нещо друго. Микробиомите ни поддържат здрави. Те разграждат част от храната ни до смилаеми молекули, противодействат на отровите в организма, служат като щит на кожата, предпазващ ни от патогени. Бактериите подхранват имунната система, като я насърчава да поддържа правилния баланс между бдителност и толерантност.

Не е толкова лесно да се проследи какво се случва с човешкото тяло, когато приемаме антибиотици, колкото изглежда на пръв поглед. Наблюдението на микробиома на едно лице изисква много медицински, микробиологични и опит в геномните познания. Трудно е да се обобщят определени факти, тъй като всеки случай има свои собствени особености. Какво се случва с микробиома зависи от конкретния вид бактерии, които са в хората, вида на антибиотиците, които приемат, конкретното състояние на микробома преди заразяването, здравният статус и не на последно място – самите гени, носени от пациента. Тогава, логичен е въпросът, колко дълготрайни са тези ефекти. Ако има промени в микробиома в продължение на няколко седмици, тази промяна ще изчезне ли след няколко месеца? Ще се проявят ли последиците едва след години?

Учените вече започват да получават отговори на тези въпроси. В публикация в онлайн в списанието "Гът", Андрес Моя от университета във Валенсия и колегите му съобщават за своя безпрецедентен поглед върху микробиом, изменен от прием на серия от антибиотици. В случая, микробиомът принадлежи на 68-годишен мъж, който развива инфекция в вследствие на експлоатацията на неговия пейсмейкър. Двуседмичният курс от анбиотици я потушава добре. В хода на лечението му, Моя и неговите колеги събират проби от изпражненията на мъжа на всеки няколко дни, а след това шест седмици по-късно, те идентифицират бактериалните мидове в изпражненията, както и гените, които бактериите са активирали или дезактивирали. Това, което е най-учудващо за изследването на Моя, е как целият микробиом на човека реагира на антибиотиците, сякаш е бил подложен на биохимична атака. Бактериите започват да произвеждат защитни бариери, недопускащи смъртоносните молекули към тях. За да се оттърват от лекарствата, с които са се сблъскали, те произвеждат механизми, с които да ги „взривят” навън. Междувременно целият микробиом „изключва” своя метаболизъм. Това вероятно е добра стратегия за издръжливост срещу действието на антибиотиците, които обикновено атакуват молекулите, използвани от бактериите, за да растат и да се развиват. След като бактериите буквално се „изключат”, домакинът (в случая пациентът) изпитва ефектите: производството на витамини спира, преустановяват се и други важни метаболитни задачи.

При друг удивителен отговор микробите отслабват действието на имунната си система. За да се защитят срещу нахлуването на вируси, микробите задействат своята лична колекция от ензими, които разпознават чуждите гени и ги унищожават. Бактериите, „мобилизирали” тези защитни ензими, стават уязвими за вирусите. В някои случаи подобни инвазии довеждат до тяхната смърт. Но при други, вирусите може да им предоставят полезни гени, включително такива, които да им позволяват да се противопоставят на антибиотиците.

Моя и колегите му откриват, че някои видове бактерии са в състояние да оцелеят след антибиотични атаки, докато други - почти веднага загиват. В резултат на това, общото бактериално разнообразие в червата на човека се променя от ден на ден в хода на лечението му. Преди пациентът да започне да приема антибиотици, учените откриват 41 вида бактерии в проба от изпражнения. На 11-и ден те откриват само 13. Шест седмици след терапията, човекът си е възвърнал 38 вида. Но бактериите, които са открити шест седмици след антибиотиците не съставляват същото видово разнообразие от периода преди лечението. Редица основни бактериални групи все още липсват.

Този дългосрочен дисбаланс не е нещо необичайно. И други учени са проследили разнообразието в пациентските микробиоми в продължение на много месеци, след като хората са вземали антибиотици. Дори за цялото това време, микробиомите може да не съумеят да възвърнат първоначалното си състояние. Чрез нарушаването на целостта на нашата вътрешна екосистема, антибиотиците могат да повлияят сериозно на собственото ни здраве.

В някои случаи, например, антибиотиците биха могли да улеснят навлизането на опасни патогени. Ерик Памър от болница „Мемориал Слоун Кетчерк” и колегите му наскоро представят поразителна демонстрация на този ефект. Те дават на опитни мишки една доза от антибиотика клиндамицин. Деветдесет процента от разнообразието в червата на мишките изчезва и се задържа в това положение четири седмици след лечението. Учените, след това, инокулират животните със спорите на Clostridium difficile, особено лош патоген, който може да причини смъртоносни случаи на диария. Те неизменно получават огромна инфекция и половината от тях измират в рамките на няколко дни. Памър дава антибиотици за цели десет дни на мишките. Открива, че дори за това време те все още не могат да се справят със зловредния C. difficile. Здравите мишки, от друга страна, лесно „държат” инвазията под контрол.

Антибиотиците могат да окажат по-коварни и дългосрочни ефекти върху здравето ни. Матю Кронман от детската болница в Сиатъл и колегите му, например, правят преглед на медицинските досиета на над един милион души. Те установяват, че децата, които са вземали антибиотици, са изложени на по-голям риск от развитие на възпалителни заболявания на червата по-късно в живота си. Колкото повече антибиотици са вземали, толкова по-голям е рискът. Подобни проучвания разкриват и потенциална връзка с развитието на заболяването астма.

Проучване, проведено от Денис Каспър в Харвард, показва как антибиотиците могат да накарат имунната система да „излезе извън релси”. Те са отглеждат мишки в изолирани контейнери, така че животните да не съумеят да развият собствен микробиом. Гризачите без бактерии в червата създават необичайно високи нива на „агресивен” вид имунни клетки, наречени „непроменливи” Т-клетки (invariant natural killer T cell- на снимката по-долу), които действат като естествени убийци. Ако Kаспър инокулира мишлета без бактерии с нормален микробиом, нехарактерните Т-клетки остават в минимално количество. Антибиотиците, прилагани от учените, правят поведението на Т-клетките неконтролируемо и пагубно за целия организъм.

Възможно е дългосрочното използване на антибиотици да повлияе дори на начина, по който хората пълнеят. Мартин Бласър от Нюйоркския университет и колегите му извършват експеримент върху мишки, при който дават на животните антибиотици с храна, а след това проследяват метаболизма им. Учените откриват, че гризачите, приемали антибиотици с храната, развиват по-висок процент телесни мазнини, отколкото при мишките, които не са.

Антибиотиците причиняват това състояние, твърдят Бласър и колегите му, тъй като, те създават дългосрочни промени в микробиома им. Видовете, живеещи в мишките, произвеждат ензими, които не само променят начина, по който животните разграждат храната си, но и изпращат „сигнали” до собствените им хормони, за да изменят начина на съхранение на енергията от храната.

Нито един от тези резултати не би накарал някой лекар да се откаже да предписва антибиотици. Седемдесет години след смъртта на Алберт Алекзендър, те си остават най-добрият инструмент, с който на този етап можем да се борим със смъртоносните инфекции. Въпреки това, човечеството съвсем не трябва да се уповава в тях. Лекарите често предписват антибиотици на пациентите дори при съмнение за евентуална бактериална инфекция. Често се оказва, че вирусите са истинските причинители на неприятностите.

Освен това, ако изследванията, определящи бактериалната ДНК, станат достатъчно евтини, лекарите може да са в състояние да диагностицират ефективно и бързо бактериалните инфекции, за да не се налага да предписват антибиотици, когато те не са нужни. А и, когато се окаже, че все пак сме заразени - има и други начини за борба с бактериите. В продължение на век някои учени изследват как действат вирусите, заразяващи бактериите. Това би било съвършено оръжие срещу инфекциите.

След време може да е възможно да се борим срещу бактериите с други бактерии. Вместо чрез антибиотиците "да взривяваме" както патогените, така и безобидните микроорганизми, можем да поддържаме съвършено микробиомната си градина като държим плевелите далеч. Вероятно най-драматичният пример за това „градинарство” е фекалната трансплантация. Половин милион души получават инфекции с C. difficile годишно, много от които не могат да бъдат спрени от антибиотици. Лекарите откриват, че малко коричество изпражнения от здрав донор могат да прекратят тези инвазии. Фекалните трансплантации могат също да помогнат срещу възпалителните заболявания на червата чрез възстановяване на основните „партньори” на имунната система. Трансплантатите могат да лекуват инфекции навсякъде в тялото - от афти на устата до обриви по кожата.

Тези лечения ще направят нещо повече от редуцирането на вредните ефекти от антибиотиците. Те също биха помогнали да запазят антибиотиците полезни на човечеството за по-дълго време. Когато Флоури първо изпробва пеницилина на Алекзендър и други пациенти, той се притеснява, че бактериите могат да се адаптират към лекарството. В крайна сметка това се случва. За много от днешните патогени пеницилинът вече е безполезен, защото те еволюират бързо и се съпротивляват срещу него. C. difficile и много други патогени са стават резистентни и срещу много други антибиотици. Разработването на нови антибиотици е от съществено значение за спирането на тази тенденция, а лекарите ще трябва да ги използват, и за да забавят еволюцията. В противен случай може да се върнем към времето, когато розите са убивали хора.

По статията работи: Виктория Милова

Статията е част от историята на:

• История на антибиотиците