Конец эры антибиотиков
Когда Александр Флеминг в 1928 году, обнаружил в своей лаборатории стол, заражённый плесенью Penicillium notatum, он начал новую эру превосходства науки над природой. С тех пор антибиотики спасли миллионы жизней и избавили огромное количество людей от страданий. Но с самого начала этой эры учёным было известно, что ей придёт конец. Они просто не знали, когда именно…
Сопротивляемость бактерий антибиотикам естественна и неизбежна. По воле случая у нескольких бактерий окажутся гены, способные защитить их от лекарств, они передадут эти гены дальше – и не только своему потомству, но иногда и соседям.
Специалисты по вычислительной эпидемиологии наконец получают нужные данные и обрабатывают их для моделирования этого явления. Но никто не пытается использовать эти инструменты, чтобы предсказать конец эры антибиотиков – он уже наступил.
Они концентрируются на том, чтобы понять, как скоро стойкие бактерии окажутся в большинстве и что доктора смогут с ними сделать – если это вообще возможно.
В 2013 году тогдашний директор Центра по контролю и предотвращению заболеваний (CDC) Том Фриден сказал журналистам: «Если мы не будем вести себя осторожно, вскоре мы окажемся в постантибиотической эпохе». Сегодня, всего лишь четыре года спустя, это агентство утверждает, что мы в ней оказались.
«Мы говорим это потому, что появилась универсально стойкая бактерия», – говорит Джин Пател [Jean Patel], руководящая отделением CDC по стратегии и координации использования антибиотиков. «Люди умирают из-за отсутствия антибиотиков, способных лечить их инфекции – инфекции, которые не так давно было очень легко излечивать».
В прошлом августе женщина возрастом за 70 попала в госпиталь в Рено, шт. Невада, с бактериальной инфекцией бедра. Бактерия принадлежала к классу особенно упорных микробов, известных, как карбапенем-устойчивые энтеробактерии (CRE). Но эту бактерию не брали ни карбапенемы, ни тетрациклин, ни колистин, и вообще никакой антибактериальный аппарат из 26-и имеющихся в продаже. Через несколько недель она умерла от септического шока.
Для чиновников из области здравоохранения, к коим принадлежит и Пател, этот случай отмечает конец эры и начало новой. Вопрос в следующем: как быстро эта универсальная стойкость сможет распространиться? «Когда мы дойдём до ситуации, в которой инфекцию чаще будет невозможно вылечить, чем возможно? – говорит Пател. – Это будет очень сложно предсказать».
Ей это точно известно, потому что она уже пыталась. В 2002 году первый стафилококк, устойчивый к ванкомицину, проявил себя у 40-летнего мужчины из Мичигана с хронической язвой ноги. Ситуация казалась весьма печальной: стафилококк – одна из самых распространённых инфекций у людей, а ванкомицин – самый распространённый антибиотик для его лечения.
Кроме того, резистивный ген был расположен на плазмиде – свободно перемещающемся колечке ДНК, что позволяло ему легко передвигаться. Эпидемиологи из CDC работали совместно с микробиологами, такими, как Пател, над созданием модели, предсказывающей как далеко и как быстро он сможет распространиться. Пател не помнит точных цифр, но она вспоминает, что результаты получились пугающими. «Мы очень сильно озаботились этим вопросом», – говорит она.
К счастью, в данном случае модели ошиблись. С 2002 года было зафиксировано только 13 случаев появления стафилококка, устойчивого к ванкомицину, и все пациенты выжили.
Такая ошибка весьма озадачила команды. Но в биологии иногда бывают такие сложности. «Я работала с этой бактерией в лабораториях, где она прекрасно растёт, но от человека к человеку, судя по всему, не распространяется», – говорит Пател.
И хотя они ещё не знают, почему, одна из гипотез говорит о том, что появление этого резистентного гена не проходит для бактерии бесследно. Он сделал стафилококк невосприимчивым к его заклятому врагу, одновременно усложняя процесс выживания вне человеческого тела. Больничные правила, время года, география также могут влиять на распространение. Это похоже на попытки предсказания погоды.
«Не получится сделать такие предсказания на бумаге или путём пристальных размышлений, – говорит Брюс Ли [Bruce Lee], исследователь общественного здравоохранения в институте Джона Хопкинса. Он работает с организациями, занимающимися здравоохранением в Чикаго и округе Ориндж, предсказывая наиболее вероятные пути распространения CRE – бактерий того типа, что убила женщину в Неваде – в случае их появления в больницах.
В прошлом такие модели были основаны исключительно на математике – так Пател пыталась строить свои предсказания. Да, их уравнения были сложными, но не настолько, чтобы принять во внимание такие вещи, как человеческое поведение, биология бактерий и их взаимодействие с окружающей средой.
„В нашей области люди всё больше начинают понимать, что для того, чтобы разобраться с распространением устойчивых к антибиотикам бактерий с достаточной степенью детализации, необходимо работать с моделями на основе данных, в которых можно просматривать миллионы различных сценариев – так, как это делают метеорологи“, – говорит Ли.
В исследовании, опубликованном Ли в прошлом году, он описывает вероятность распространения CRE в 28 больницах и 74 частных лечебницах округа Ориндж. В этой модели у каждой виртуальной больницы было прописано количество коек, совпадающих с количеством коек в реальных учреждениях, а также вся информация по поводу связности учреждений.
В модели каждый пациент был вычислительной единицей, которая в любой определённый день либо переносит, либо не переносит CRE. Эти единицы двигались по экосистеме здравоохранения, взаимодействовали с врачами, медсёстрами, койками, стульями, дверьми по сотне миллионов раз, причём с каждой новой симуляцией эти параметры немного подстраивались.
Он обнаружил, что без усиления мер по контролю, например, регулярной проверки пациентов на сопротивляемость и карантине переносчиков, CRE станет эндемическим заболеванием — постоянно присутствующим – практически во всех больницах округа Ориндж через десять лет.
А после того, как CRE проникнет в систему здравоохранения, от него будет сложно избавиться. „Это как пытаться прогнать из дома термитов, – говорит Ли. – Как только они пробираются туда, где всё связано со всем, они становятся трудноизлечимой частью экосистемы“.
Так что, если доктора смогут быстро идентифицировать людей, способных распространять CRE, он смогут хотя бы изолировать угрозу. Даже если самим пациентам они ничего предложить не сумеют.
Пока хорошие новости заключаются в том, что единственные случаи передачи от человека к человеку на 100% стойкой бактерии происходят только в суперкомпьютере у Ли. В реальном мире таких случаев не зафиксировано. Но именно их и ищут Пател и CDC. Это и продвинет ситуацию на следующий уровень, говорит Пател.
Чтобы держать руку на пульсе, в прошлом году агентство потратило $14,4 млн на создание сети из семи местных лабораторий, способных проводить генетическое тестирование бактериальных проб, взятых из больниц. Сейчас они претворяют в жизнь программу, которая когда-нибудь сможет связать все больницы в США с системой слежения CDC напрямую, чтобы автоматически отмечать каждое произошедшее в США событие, связанное со стойкими к антибиотикам бактериями, в реальном времени.
Параллельно Пател, и, с переменным успехом, остальной мир, следит за разработкой антибиотиков. В этой области тоже не всё гладко. На прошлой неделе Всемирная организация здравоохранения выпустила отчёт с анализом всех находящихся в разработке антибактериальных лекарств. Выводы мрачные: недостаточно лекарств, недостаточно инноваций.
На каждое новое лекарство из 51 варианта уже можно найти заранее устойчивые к нему микроорганизмы. Исследователи, такие, как Пател и Ли, надеются, что их работа позволить минимизировать существующие угрозы, обнаружить новые по мере их появления, и дать фармакологическим компаниям время на разработку новых лекарств. Эра антибиотиков, возможно, и закончилась – но с наступающей новой эрой ещё многое можно сделать.