Угроза возникновения бактерий, устойчивых к антибиотикам, особенно остро стоит в XXI веке. Текущую картину в этой сфере, а также перспективы появления новых антибиотиков и альтернативных средств лечения бактериальных инфекций обсудили на секции III Конгресса молодых ученых в Сириусе. Подробнее — в нашем репортаже.
Модератором секции выступил Роман Иванов, директор научного центра трансляционной медицины, проректор по научно-техническому развитию Научно-технологического университета«Сириус». Он отметил, что к 2040 году смертность от инфекций, вызванных бактериями, устойчивыми к антибиотикам, станет одной из главных причин гибели людей. В связи с этим во всех крупных странах запущены специальные программы по разработке лекарственных средств, позволяющих преодолеть резистентность бактерий. Это один из ключевых приоритетов развития и в России.
«Золотой век» антибиотиков прошел 50 лет назад
Первым выступил Андрей Щекотихин, директор Научно-исследовательского института по изысканию новых антибиотиков имени Г. Ф. Гаузе. Он привел краткую справку о текущей ситуации в сфере разработки антибиотиков. После открытия пенициллина в 1928 году было быстро найдено более 15 классов антибиотиков с большой эффективностью. Однако так же быстро начали появляться бактерии, устойчивые к ним. Первым примером стал метициллин-резистентный золотистый стафилококк, который появился в клиниках уже в 70-х и стал основной причиной распространения устойчивости к антибиотикам бета-лактамного ряда. Позднее также стали появляться устойчивые энтерококки и грамотрицательные бактерии. На фоне этого на рубеже XX и XXI веков стало сокращаться число открываемых антибиотиков. Это было связано с тем, что из природных источников исследователям стало труднее находить новые классы. В результате за последние 20 лет в клиническую практику было внедрено чуть больше 30 антибиотиков, которые преимущественно относятся к уже известным классам.
Но еще одной причиной сокращения числа новых антибиотиков в клинике стали большие риски для фармацевтических компаний, связанные с разработкой антибиотиков по сравнению с другими препаратами. В клиническое применение попадает только 1,5% антибиотиков из тех, которые уже были отобраны на клинических испытаниях. Вместе с тем значительно выросли стоимости проведения доклинических и клинических исследования, поэтому стоимость разработки одного антибиотика может составлять миллиарды долларов. Срок окупаемости препарата при этом составляет до 20 лет, однако к этому сроку могут закончиться патентные права на антибиотик. В результате фармацевтические компании мало заинтересованы в производстве новых антибиотиков. Если такие вещества, которые работают против резистентных микроорганизмов, и появляются в клинике, то они обычно попадают в резервы и используются редко, чтобы снизить вероятность возникновения устойчивости и к ним.
Щекотихин назвал основные клинически значимые бактериальные мишени, на которые воздействуют антибиотики. Это клеточная стенка, нуклеиновые кислоты, система синтеза белка, микробные ферменты и клеточная мембрана. Бактерии, в свою очередь, выработали ряд механизмов резистентности. Они способны выкачивать препарат из клетки, вырабатывать защитные белки, инактивировать антибиотик ферментами или модифицировать саму мишень, чтобы помешать узнаванию препаратом.
В 2017 году ВОЗ опубликовала список приоритетных патогенов. К критическому уровню опасности в нем были отнесены Acinetobacter, Pseudomonas и различные энтеробактерии. Они имеют множественную лекарственную устойчивость. Этот список сформировал основное требование для новых антибиотиков, указав спектр бактерий, против которых они должны действовать. Кроме того, ужесточились требования к безопасности антибиотиков для человека. Стало важно учитывать и инновационность препарата. У него не должно быть перекрестной резистентности с другими препаратами. Разрабатываемые лекарства должны относиться к новым классам, иметь новые мишени и новые механизмы действия.
Для Научно-исследовательского института по изысканию новых антибиотиков имени Г. Ф. Гаузе в приоритете находится разработка ингибиторов карбапенемаз и бета-лактамаз — ферментов, которые бактерии используют для разрушения антибиотиков из класса карбапенемов и бета-лактамов. Несмотря на распространенность патогенов с такими ферментами, их ингибиторы отсутствуют в клинической практике. Кроме того, в мире появились новые направления разработки антибактериальных средств. Так, создаются иммуномодуляторы и антивирулентные препараты, которые препятствуют развитию инфекции. Однако с альтернативными классами препаратов также связаны и высокие риски разработки.
Щекотихин выразил опасение по поводу того, что 90% используемых антибиотиков производятся либо за пределами России, либо из импортных субстанций. В нашей стране практически не синтезируются карбапенемы и цефалоспорины, хотя это одни из наиболее важных антибиотиков.
«Система здравоохранения экономически не готова к применению новых антибиотиков»
Слово передали Андрею Дехничу, заместителю директора по научной работе Научно-исследовательского института антимикробной химиотерапии Смоленского государственного медицинского университета Министерства здравоохранения РФ. Он отметил, что проблема бактериальной устойчивости к антибиотикам действительно остро стоит в настоящее время. В России сейчас внедрена онлайн-платформа мониторинга антибиотикорезистентности AMRmap. Особую опасность представляют грамотрицательные бактерии, в частности — Klebsiella pneumoniae. Этот патоген может вызывать пневмонию, сепсис, менингит и другие заболевания. Это уникальный случай, когда сходятся две проблемы — не только гипервирулентности, то есть большой заразности, но и лекарственной устойчивости. 20 лет назад против Klebsiella pneumoniae существовала универсальная схема терапии, но сейчас она способна помочь в лучшем случае 40% пациентов.
В настоящее время идет переосмысление антимикробной терапии. Дехнич считает, что в этой сфере надо двигаться в том же направлении, что и в борьбе с раком — то есть разрабатывать таргетную и персонализированную терапии. Врачи должны точно знать, каким патогеном вызвана инфекция и к каким антибиотикам он устойчив.
Однако система здравоохранения экономически не готова к применению такой стратегии лечения, а также к внедрению новых антибиотиков. Многие препараты применяют в США и Евросоюзе, но их цена крайне высока. Российские дистрибьюторы не пытаются их внедрить. Они считают, что им будет сложно распространиться на рынке в России, так как стоимость одного курса терапии может достигать миллиона рублей. Существует также и организационная проблема: контроль над применением антибиотиков недостаточен, и таргетно назначать препараты практически невозможно.
Дехнич отметил, что для правильного подбора антибиотиков нужно развивать диагностику. Сейчас популярность набирает ПЦР как экспресс-тест, позволяющий определить, есть ли у той или иной бактерии гены устойчивости к антибиотикам. ПЦР может давать быстрый тест, но он не всегда информативен. Поэтому любые экспресс-тесты должны дополняться традиционными микробиологическими исследованиями с посевами, которые занимают не менее трех дней. На основе таких более точных результатов в каждой медицинской организации должен проводиться мониторинг резистентности к антибиотикам. Такой массив данных облегчит назначение лечения пациентов эмпирическим путем, а также максимально приблизит момент назначения таргетной терапии.
Еще один метод, который в будущем обещает войти в практику, — это NGS, секвенирование нового поколения. Оно позволяет «прочитывать» геномы и крайне перспективно. Однако Дехнич скептически отнесся к тому, насколько быстро в клиниках начнут применять секвенирование. По его словам, ПЦР — довольно старая технология, которая была внедрена в клинику только в последние десятилетия. А с секвенированием существует множество технических проблем, и оно требует участия высококвалифицированных специалистов — биоинформатиков.
Во время дискуссии после выступления возник вопрос: онкологические препараты тоже дорогие, но люди готовы за них платить. Почему же с антибиотиками все иначе? Дехнич считает, что это связано с тем, что парадигма формировалась тогда, когда рак был малоизлечим, а эффективных антибиотиков было много. Сейчас же все изменилось. Развитие онкологии привело к тому, что пациентов могут вылечить от рака, но умирают они чаще всего от инфекций, особенно — от вызванных резистентными бактериями. Соответственно, в будущем проблема нехватки действенных антибиотиков может выйти на первый план: потери, вызванные лекарственной устойчивостью бактерий, достигнут 7% мирового ВВП. В то же время пока что нет препаратов, которые универсально решают эту проблему, ведь устойчивость развивается даже к тем препаратам, которые сейчас находятся на стадии клинических испытаний.
Напоследок Дехнич дал напутствие молодым ученым, отметив, что чиновники часто ждут от науки готовый продукт, что в корне неверно. «Занимайтесь тем, чем вам нравится, на высоком, мировом уровне. Возможно, та проблема, которая сейчас никого не волнует, будет интересовать всех через пять лет», — посоветовал он. В качестве примера он привел неочевидную на первый взгляд связь между глобальным потеплением и лекарственной устойчивостью бактерий. Большинству бактерий неудобно жить при температуре человеческого тела, поэтому одним из защитных механизмов при инфекции является ее повышение. А при глобальном потеплении микробы будут испытывать тепловые стрессы и в конце концов научатся к ним приспосабливаться. Это станет новым вызовом для человечества.
«Необязательно убивать патогены, можно их обезоружить»
Следующей выступила Наиля Зигангирова, главный научный сотрудник Национального исследовательского центра эпидемиологии и микробиологии имени почетного академика Н. Ф. Гамалеи Министерства здравоохранения РФ. Она отметила, что помимо разработки новых антибактериальных препаратов нужно снижать скорость развития резистентности к ним. С самими бактериями трудно что-либо поделать, потому что их эволюция естественна. Но можно снизить селективное давление на них, вынуждающее их адаптироваться к новым условиям. Для этого нужно принципиально изменить стратегию борьбы с инфекцией: не убивать опасные бактерии, а «обезоруживать» их, мешать им вызывать болезнь. Такие альтернативные препараты подавляют вирулентность патогенов. Сейчас на стадии клинических испытаний находится около 12 таких препаратов. К ним относятся и антитела, которые связываются с бактериальными токсинами, и вещества, блокирующие факторы вирулентности, образование биопленок или способность бактерий к коммуникации друг с другом.
12 лет назад в Национальном исследовательском центре эпидемиологии и микробиологии имени почетного академика Н. Ф. Гамалеи начали разрабатывать такие препараты. В качестве мишени выбрали консервативный фактор вирулентности большого спектра грамотрицательных бактерий — систему секреции 3-го типа. Это «молекулярный» шприц, который впрыскивает токсины в эукариотические клетки и воздействует на них, вызывая их гибель. Это приводит к подавлению иммунитета, который развивается в ответ на начало инфекции. В ходе исследований ученые получили оригинальную молекулу, которая направлена против АТФазы — белка, генерирующего энергию для работы системы секреции 3-го типа и жгутиков бактерий. На основе этой молекулы ученые разработали лекарственную форму в виде таблеток. Этот препарат получил название фтортиазинон и сейчас находится на стадии регистрации у Минздрава.
Этот препарат обходит все известные механизмы резистентности, при этом под его действием не происходит селекции устойчивых штаммов бактерий. Мишень, на которую действует лекарство, есть только у патогенных бактерий, поэтому препарат не нарушает нормальную микрофлору. В отличие от антибиотиков, фторитиазинон можно будет применять и для профилактики.
Исследователи Центра имени Гамалеи показали, что фтортиазинон может использоваться в составе комплексной терапии с антибиотиками, а также в качестве монотерапии. В конце 2022 года закончились клинические испытания на пациентах с осложненной инфекцией мочевыводящих путей. Комбинированная терапия фтортиазиноном и антибиотиком цефепимом показала результаты на 25% лучше по сравнению с комбинацией цефепим+плацебо. Сейчас продолжаются клинические испытания на пациентах, которые находятся на искусственной вентиляции легких и имеют очень высокий риск заражения внутрибольничными инфекциями. Также планируется провести клинические испытания на пациентах с инфекциями кожи и мягких тканей. Кроме того, ученые планируют оценить эффективность монотерапии фтортиазиноном для лечения бактериальных инфекций у пациентов с муковисцидозом, а также для лечения катетер-ассоциированных инфекций.
Наиля Зигангирова подвела итог, сказав, что этот препарат доказал эффективность подхода «не убить, а обезоружить». Она также привела в качестве примера другую привлекательную мишень для такого вида терапии — систему кворум-сенсинга. С помощью нее бактерии «общаются» между собой, что может приводить к образованию биопленок. Нарушение коммуникаций между микроорганизмами также может предотвратить инфекцию.
Бактериофаги — альтернатива антибиотикам
О перспективах применения фаговой терапии рассказал Андрей Алешкин, заместитель директора по биотехнологии Московского научно-исследовательского института эпидемиологии и микробиологии имени Г. Н. Габричевского Роспотребнадзора, директор по развитию биотехнологий ООО «Биннофарм Груп». Бактериофаги, или просто фаги, — это вирусы, поражающие исключительно бактерий и способные их убивать. Фаги могут использоваться для профилактики и лечения бактериальных инфекций. Сейчас в России существует Федеральный научно-медицинский центр по идентификации и изучению бактериофагов. В нем организована коллекция фагов, а также разработана концепция персонализированной фаговой терапии внутрибольничных инфекций. Согласно алгоритму, сначала нужно определять чувствительность патогена к фагам с подбором их концентрации, затем оценивать тяжесть инфекции по уровню антител у человека, а далее выбирать пути введения и состав фармацевтической композиции.
Алешкин представил результаты клинических испытаний по использованию фагов для лечения инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи (ИСМП). При применении фагов в 77% случаев исследователям удавалось устранить резистентные патогены, в 12% случаев снижалась их концентрация. В группе, которую лечили традиционными методами с применениями антибиотиков, в 100% случаев устранить возбудителей не удавалось из-за их лекарственной устойчивости. Кроме того, применение фаговой терапии позволило снизить риск летального исхода в 1,5 раза.
Еще одна альтернатива антибиотикам — препараты на основе эндолизинов. Это ферменты бактериофагов, которыми вирусы разрушают клеточную стенку бактерий. Совместно с НИЦ имени Гамалеи исследователи Федерального научно-медицинского центра по идентификации и изучению бактериофагов рассмотрели спектр активности эндолизинов, полученных биотехнологическим путем, и разработали на их основе лекарственные средства. Уже проведены доклинические исследования геля и спрея, которыми можно обрабатывать кожу.
Поиск новых антибиотиков
Последним выступил Александр Тихомиров, заведующий лабораторией синтеза антибиотиков, преодолевающих резистентность, Научно-исследовательского института по изысканию новых антибиотиков имени Г. Ф. Гаузе. Эта молодежная лаборатория занимается синтезом производных антибиотиков, поиском ингибиторов бета-лактамаз, с помощью которых бактерии приобретают устойчивость к бета-лактамным антибиотикам, и разработкой антибактериальных лекарственных субстанций.
В лаборатории Тихомирова провели ряд модификаций полиеновых антибиотиков — противогрибковых препаратов. Важность развития этого направления связана с тем, что нерациональное использование антибактериальных препаратов приводит к распространению грибковых инфекций. В результате ученые смогли снизить токсичность и повысить эффективность амфотерицина, таким образом увеличив его терапевтический индекс в 60 раз. При этом, несмотря на длительное использование, у грибков не развивается к нему устойчивости.
Также ученые разрабатывали гибридные молекулы на основе макролидных антибиотиков, в частности азитромицина. Чтобы преодолеть лекарственную устойчивость бактерий, исследователи синтезировали гибриды азитромицина с другими антибиотиками: с ванкомицином, хлорамфениколом, метронидазолом. При этом гибриды могут взаимодействовать со своими мишенями одновременно, что в теории должно было повысить эффективность новых молекул. Однако чаще всего эффективность гибридов оказывалась хуже по сравнению с исходным азитромицином. Несмотря на это, все модифицированные соединения способны преодолевать резистентность бактерий.
Трудности регулирования применения антибиотиков
Один вопрос из зала затронул проблему бесконтрольного применения антибиотиков в медицине и сельском хозяйстве, что является основным путем развития резистентности у бактерий. Андрей Щекотихин признал, что стратегия борьбы с этой проблемой состоит в ограничении оборота антибиотиков без рецепта и показаний. Однако все равно остается вопрос утилизации препаратов, в том числе с истекшим сроком годности, а также отходов после производства антибиотиков.
Андрей Алешкин отметил, что в животноводстве и птицеводстве уже все чаще обращаются к фаговой терапии как к альтернативе антибиотикам. Так, в его научном центре уже были разработаны биодезинфектанты на основе бактериофагов для борьбы с сальмонеллезом.
Андрей Дехнич же посчитал, что в сельском хозяйстве ситуация с регуляцией применения антибиотиков в целом обстоит лучше, чем в здравоохранении. Врачи с высокой вероятностью назначают антибиотики без необходимости. Особенно это было заметно во время коронавирусной пандемии, когда любому пациенту врачи выписывали антибиотики, хотя они не действуют на вирусную инфекцию. А как раз такое нерациональное применение и способствует распространению лекарственной устойчивости среди бактерий.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
