Резистентность к антибиотикам представляет собой растущую угрозу - усугубляет ли ее изменение климата?
#потепление климата #изменение климата #антибиотикорезистентность
Исследователи изучают, как экстремальные погодные условия и повышение температуры могут способствовать распространению лекарственно-устойчивых инфекций.
В 2021 году микробиолог Адвоа Падики Нартей подхватила бактериальную инфекцию, и ее миндалины начали опухать. За год до этого у нее были те же симптомы; оба заболевания возникли во время одного из двух ежегодных сезонов дождей в столице Ганы Аккре, где она живет. Она знала, что в эти сезоны высокая влажность и сырость способствуют росту микроорганизмов. Врачи прописали антибиотики, но, в отличие от предыдущих случаев, они не помогли. Бактерии стали резистентными. В течение двух недель ее миндалины воспалялись все сильнее. "Было больно пить. Больно было есть. Я едва могла говорить", - рассказывает Падики Нартей, изучающая устойчивость к антибиотикам в Университете Ганы в Аккре. "Я очень переживала". К ее облегчению, последняя комбинация из двух видов антибиотиков сработала. В противном случае инфекция могла бы убить ее, говорит она. "Это очень страшно".
Этот эпизод демонстрирует, как могут пересекаться две основные угрозы здоровью человека - изменение климата и распространение резистентности к антибиотикам. По словам Падики Нартей, изменение климата привело к тому, что в Гане чаще идут проливные дожди. Такие условия, в свою очередь, способствуют росту бактерий, в том числе резистентных. Наводнения также распространяют устойчивые к антибиотикам бактерии из канализационных систем в дома и питьевую воду, добавляет она.
Хотя исследователи имеют некоторое представление о том, как изменение климата усугубляет рост резистентности, ученые углубляются в механизмы и изучают, насколько масштабным может быть эффект, сообщает Памела Йех, эволюционный биолог из Калифорнийского университета. "Изменение климата и резистентность к антибиотикам - две крупнейшие проблемы здравоохранения нашего времени", - говорит она. "Исследователи начинают изучать, как они связаны между собой".
Число бактерий, уклоняющихся от воздействия лекарств, растет. В 2020 году инфекции крови человека, вызванные резистентными Neisseria gonorrhoea, Escherichia coli и Salmonella, станут как минимум на 15% более распространенными, чем в 2017 году, говорится в докладе, опубликованном ВОЗ в 2022 году. Мы стремительно движемся к миру, в котором поцарапанная коленка, роды или простая хирургическая операция могут убить вас, говорит Йех. "Это невероятно пугает".
Основная проблема заключается в том, что антибиотики часто используются чрезмерно или неправильно для борьбы с инфекциями людей, животных и растений. Бактерии могут выработать устойчивость к лекарствам за счет мутаций ДНК, которые изменяют клеточную стенку бактерий таким образом, что антибиотики не могут работать, или наделяют их способностью расщеплять антибиотики или выкачивать их из клеток. Штаммы, которые становятся резистентными, могут также делиться генами резистентности к антибиотикам с другими бактериями. Если для лечения инфекций назначаются неправильные антибиотики или если правильные препараты принимаются в недостаточных дозах, чтобы уничтожить микроорганизмы, то у микробов появляется больше времени для размножения и развития или распространения резистентности.
Но, как и в Гане, свою роль играют и меняющиеся погодные условия, которые способствуют процветанию бактерий. А стихийные бедствия, вызванные экстремальными погодными явлениями, такими как наводнения, засухи, ураганы и лесные пожары, могут усугубить проблему, так как они часто снижают доступ к чистой воде, что приводит к антисанитарным условиям. Когда количество травм и инфекций начинает расти, все больше людей используют антибиотики, что, в свою очередь, повышает вероятность развития резистентности.
В исследовании, опубликованном в октябре прошлого года, микробиолог Рита Колвелл из Мэрилендского университета и ее коллеги показали, что смертоносный ураган привел к всплеску численности опасных видов резистентных Vibrio в водах у побережья Флориды. По словам Колвелл, сильные ветры подняли питательные вещества из морских отложений, на которых процветают бактерии.
Помимо физического ущерба, наносимого экстремальными погодными условиями, исследователи изучают, как повышение температуры, вызванное изменением климата, может повлиять на антибиотикорезистентность. В ноябре 2022 года микробиолог Лянпин Янг из Университета Сунь Ятсена в Гуанчжоу (Китай) и его коллеги сообщили о распространенности трех бактерий, вызывающих резистентные к антибиотикам больничные инфекции, которые часто протекают тяжело и могут быть смертельно опасными: Acinetobacter baumannii, Klebsiella pneumoniae и Pseudomonas aeruginosa.
Исследователи искали связь между температурой и резистентностью, сравнивая данные о бактериях, полученных от людей, лечившихся в больницах 28 провинций Китая, с информацией о средней температуре воздуха в городах тех же регионов. Авторы корректировали факторы, которые могут влиять на уровень резистентности, включая уровень потребления антибиотиков, среднюю влажность, годовое количество осадков и плотность населения. Они обнаружили, что при повышении средней температуры воздуха на 1°C доля образцов, содержащих K. pneumoniae, резистентных к антибиотикам типа карбапенемов, увеличивалась на 14%. Эти препараты обычно используются для лечения бактерий, резистентных ко всем другим антибиотикам. Янг и его коллеги также связали повышение средней температуры воздуха на 1°C с увеличением на 6% доли образцов, содержащих резистентные к карбапенемам P. aeruginosa. Но температура не оказала существенного влияния на распространенность лекарственно-устойчивых A. baumannii.
Эти данные подтверждают результаты исследований 2018 и 2020 годов, проведенных микробиологом Дереком Макфадденом из Университета Оттавы и его коллегами. Они обнаружили, что повышение средних минимальных температур связано с более высокими показателями резистентности в 41 штате США и 28 странах Европы. Однако эти исследования не показывают причинно-следственной связи между температурой и резистентностью к антибиотикам, отмечает Янг.
Один из способов, которым постепенное повышение средней температуры воздуха может привести к росту резистентности, - это увеличение скорости роста бактерий, что ускоряет их эволюцию, полагает Макфадден. Есть также свидетельства того, что бактерии могут обмениваться генами - в том числе элементами, придающими резистентность к антибиотикам, - в теплых условиях легче, чем в холодных. Другая идея заключается в том, что очень высокие температуры, которые все чаще наблюдаются по мере потепления на планете, хотя средняя температура повышается незначительно, могут вызывать генетические изменения в бактериях, которые помогают им сопротивляться антибиотикам.
В исследовании 2018 года Йех и ее коллеги подвергли E. coli, которая лучше всего росла при 41°C, воздействию температуры 44°C или различных 12 антибиотиков (намеренно вводимых в малых дозах, чтобы подавить, но не убить все бактерии). Исследователи проследили, как бактерии реагировали на эти стрессовые факторы, и обнаружили, что паттерны экспрессии генов менялись одинаково как в зависимости от температуры, так и от типа антибиотика. В обоих случаях бактерии реагировали на стресс, вырабатывая больше белков "теплового шока". Они помогают другим белкам правильно сворачиваться и, по-видимому, также помогают бактериям выживать под воздействием антибиотиков. "Мы иногда называем антибиотики, которые имитируют действие жарких условий, "горячими", - говорит Йех. Когда E. coli подвергали воздействию температуры до 22°C, микробы активизировали белки "холодного шока", что опять же помогало им производить белки, необходимые для выживания. Некоторые "холодные" антибиотики, такие как тетрациклин, аналогичным образом изменяют активность бактериальных генов.
Полученные результаты позволяют предположить, что бактерии, эволюционировавшие в экстремально жарких или холодных условиях, могут быть более резистентными к определенным антибиотикам, утверждает Йех. Однако в исследовании, результаты которого еще не опубликованы, группа Йех обнаружила, что воздействие высоких температур иногда делает бактерии менее резистентными к "горячим" антибиотикам, что говорит о том, что связь между температурой и резистентностью, скорее всего, носит комплексный характер.
По словам Макфаддена, экстремальные температуры также могут способствовать развитию резистентности к антибиотикам, изменяя характер взаимодействия людей друг с другом.В Южной Корее "когда температура достигает максимума, люди, как правило, остаются дома", - рассказывает микробиолог Суджин Чанг из Корейского института Пастера. По ее словам, бактерии особенно легко распространяются между людьми, которые находятся в тесном контакте друг с другом в помещении. Это может способствовать распространению устойчивых штаммов, а поскольку бактерии размножаются у большего числа людей, это повышает вероятность появления резистентности.
В течение последнего года Чанг и ее сотрудники отслеживали наличие генов резистентности в образцах бактерий, собранных в общественных туалетах, поездах и автобусах. Исследователи надеются продолжить эту работу в течение следующего десятилетия и сравнить уровень резистентности с такими факторами, как местная температура воздуха и социальное поведение. Это может помочь выявить, как изменение климата влияет на распространение резистентности, поясняет Чанг.
Наблюдения, подобные тем, что проводит Чанг, могут быть объединены с климатическими и погодными данными, чтобы помочь отследить или предсказать распространение антибиотикоустойчивых бактерий, говорит Колвелл. В исследовании, опубликованном в феврале прошлого года, она и ее коллеги использовали такие факторы, как температура и количество осадков, полученные со спутников, чтобы предсказать, когда и где произойдут вспышки холеры. Модель машинного обучения предсказала риск возникновения вспышек холеры в различных регионах Йемена со средней точностью 72% и на срок до четырех недель вперед.
По словам Колвелл, сочетание данных о погоде с наблюдением за генами резистентности путем мониторинга сточных вод может улучшить прогнозы для районов с высоким риском возникновения резистентности. Именно над таким подходом работает ее исследовательская группа.
Помимо улучшения эпиднадзора, исследователи уже знают, что необходимо сделать для снижения распространения резистентных бактерий: улучшить доступ к чистой воде и санитарным объектам, а также повысить осведомленность о том, как правильно использовать антибиотики. Некоторые усилия увенчались успехом. Например, в Ливане клиницист и исследователь инфекционных заболеваний Суха Канж говорит, что программа, которую она и ее коллеги начали в Американском университете Бейрута в 2018 году, обучала врачей тому, как сократить использование карбапанемовых антибиотиков в их больнице. В 2020 году доля резистентных инфекций A. baumannii снизилась до 63% с 81% на момент начала программы.
Падики Нартей, тем временем, относится к числу тех, кто пытается разработать новые способы уничтожения резистентных бактерий. Один из особенно перспективных подходов заключается в использовании бактериофагов.
По словам Стивена Хоффмана, юриста-международника и исследователя политики в области здравоохранения из Йоркского университета в Торонто, который также работает в Агентстве общественного здравоохранения Канады, исследователи, стремящиеся остановить рост резистентности к антибиотикам, могут извлечь уроки из политики борьбы с изменением климата. Такие глобальные угрозы не признают национальных границ, поэтому, проводя параллели с изменением климата, страны должны заключить глобальный договор для решения этой проблемы, утверждает Хоффман.
В 2015 году ВОЗ запустила Глобальную систему надзора за резистентностью к противомикробным препаратам и их использованием (GLASS), которая помогает отслеживать глобальное потребление антибиотиков и распространенность резистентных инфекций. Эти данные используются в качестве индикатора в Целях устойчивого развития ООН для отслеживания прогресса в борьбе с резистентностью.
Но необходимы более решительные действия, считает Хоффман. В исследовании 2022 года он и его коллеги призвали к заключению договора по борьбе с лекарственно-устойчивыми патогенами - аналога Парижского соглашения по климату 2015 года. Он предлагает странам сформулировать единую объединяющую цель, например, сокращение числа лекарственно-устойчивых инфекций на 35% к 2035 году, и надеется, что они добьются прогресса в этом вопросе, когда соберутся на встречу ООН по проблеме резистентности к противомикробным препаратам в сентябре. Эта встреча станет лишь вторым случаем, когда этот вопрос станет предметом обсуждения на Генеральной Ассамблее ООН.
И точно так же, как богатые страны согласились платить более бедным, чтобы помочь справиться с последствиями изменения климата, они должны оказать финансовую поддержку более бедным странам, сталкивающимся с более высокой распространенностью резистентности, добавляет Хоффман. "Богатые страны гораздо дольше получают выгоду от использования противомикробных препаратов, - подчеркивает он.
