В проекте «Среда выживания» совместно c Институтом экологической и сельскохозяйственной биологии (X-BIO) Тюменского государственного университета мы рассказываем о биологических угрозах современности и методах защиты от них.

Проблема антимикробной устойчивости как в сельском хозяйстве, так и в медицине определяется множеством факторов. Ключевые из них следующие. Когда мы на растениях используем средства, ингибирующие рост и развитие микроорганизмов, то при регулярном действии, когда мы один и тот же пестицид долгое время на одной культуре против одного типа вредителей или патогенных организмов применяем, то в конце концов мы получаем вид или устойчивую расу, культуру, которая становится невосприимчивой и способна уходить от действия данного агента.

Применительно к сельскому хозяйству это очень сильно развито на насекомых. Насекомые-вредители значительно снижают урожай, а в случае эпизоотии можно полностью потерять растение. Если речь идет о таких вредителях, как тли, равнокрылые хоботные, то они в процессе своего онтогенетического развития за один вегетационный период могут давать большое число генераций. Речь идет о десяти, а то и пятнадцати поколениях за год. При применении химических пестицидов одного типа действия, например синтетических пиретроидов, мы получаем невосприимчивую или слабовосприимчивую популяцию к этим соединениям, которая будет развиваться и дальше увеличивать свою динамику численности.

Какие пути выхода из этой проблемы? Конечно же, чередование пестицидов с разными действующими веществами, которые обладают различными молекулярными мишенями. Причем хорошо это делать в рамках именно одного вегетационного периода, когда патогенный организм, вредитель, не успевает перестраиваться и приобретать устойчивость. На этом основании существуют подходы к применению смесей инсектицидов, когда обработки производятся не одним коммерческим препаратом, а двумя или тремя сразу. К сожалению, далеко не всегда товаропроизводители, фермеры способны пойти на такие расходы, чтобы сразу обрабатывать несколькими соединениями. Встает проблема стоимости таких препаратов. Есть относительно дешевые пестициды, есть уже те, которые стоят достаточно дорого. Поэтому проще идти по пути, когда есть технология и ожидаемый эффект. Но, к сожалению, далеко не всегда это срабатывает.

Если говорить об антимикробной резистентности именно фитопатогенных микроорганизмов, здесь подход примерно такой же. Дело в том, что существует несколько основных механизмов блокирования таких микробов. Например, это вещества, которые действуют на клеточную стенку, то есть на оболочку патогенных микроорганизмов. Те вещества, которые имеют внутриклеточную мишень, ингибируют процесс репликации нуклеиновых кислот или выступают в качестве ингибиторов ключевых, важных ферментов. Здесь есть острая проблема, поскольку чем организм эволюционно более прост, более примитивен, тем ему проще со временем выработать резистентность. Что касается пестицидов на основе, допустим, биологически активных соединений, которые ограниченно применяются в сельском хозяйстве, то к ним не всегда, по крайней мере, нет явных данных, вырабатывается устойчивость.

Что касается классического понимания резистентности к антимикробным препаратам, то в качестве сравнения можно сказать об инфекционных заболеваниях, вернее об их возбудителе. В основном, те формы микробов, которые поражают человека и сельскохозяйственных животных также делятся на восприимчивые к классическим антибиотикам и устойчивые. В случае именно сельского хозяйства в области животноводства есть целые проблемы, когда животные поражаются определенными болезнями: одна из таких проблем это мастит коров, который является ключевым проблемным фактором получения молока, когда животное не может давать качественный продукт, который мог бы проходить стандартизацию по целому ряду показателей. Очень часто возникает проблема, когда не удается им помочь, то есть вылечить заболевание с использованием классических препаратов. Здесь как раз актуальны разработки и потенциальное внедрение антибиотиков преодолевающих устойчивость микроорганизмов-возбудителей инфекционных заболеваний, в том числе с множественной резистентностью.

Есть ряд препаратов, даже в настоящее время коммерчески доступных, которые используются для таких целей. Их, конечно, можно назвать антибиотиками последней надежды, хотя это достаточно громкое название. Это антибиотики на основе пептидов, которые продуцируются другими микроорганизмами, типовыми продуцентами антибиотиков. Для того чтобы их получать в промышленных масштабах требуется сложная технологическая система ферментации микроорганизмов, последующей очистки. Поэтому стоимость таких препаратов по сравнению с классическими общедоступными антибиотиками гораздо выше. Но такие исследования все-таки нужны. Потому что, возвращаясь к животноводству, коровы болеют, вылечить не получается, поэтому их отправляют на убой, а это экономические потери. Поэтому в некоторых случаях товаропроизводители, фермеры, идут на такие меры, когда используют дорогостоящие препараты, когда это оказывается выгоднее забоя.

Рекомендуем по этой теме:
17869
Антимикробные пептиды

В наших исследованиях мы смотрим эффективность пептидных антибиотиков не только на патогенах растений, но и на условно патогенных возбудителях инфекционных заболеваний бактериальной природы. Эффективность, которую мы получаем в опытах in vitro на подавление микроорганизмов, зачастую внушает определенные перспективы для их дальнейшего развития. Другое дело, что опять же открыт вопрос, насколько патогенные микроорганизмы будут способны выработать устойчивость к таким препаратам.

Есть один пример в клинической медицине — препарат гликопептидный антибиотик Ванкомицин. Он используется по всему миру, для того чтобы лечить пациентов, которые имеют MRSA, метициллинустойчивый Staphylococcus aureus, то есть золотистый стафилококк. Этот возбудитель устойчив к классическим антибиотикам. К сожалению, один из негативных факторов применения таких антибиотиков это их цитотоксичность. Во многих случаях антибиотики пептидной природы это циклопептиды, то есть циклические формы пептидов, которые довольно трудно биодеградируемы. Соответственно они могут действовать как на прокариотические организмы, так и на эукариотические клетки. И здесь клетки человека, клетки теплокровных организмов также не являются исключением. Но в некоторых случаях без этого никак не обойтись.

Другим примером потенциального применения таких разработок может быть именно клиническая медицина в операционном плане. Например, при пересадке органов человек направляется в реанимацию. У него сильно подавлен иммунитет на фоне, во-первых, перенесенной операции, во-вторых, применения иммуносупрессоров. Клиническая инфекция, которая может сохраняться в палатах, представляет большую опасность для таких пациентов вплоть до летального исхода. Поэтому использование антибиотиков, которые имеют направленный эффект на подавление таких форм микроорганизмов, также может быть оправдано.

Данные исследования, безусловно, актуальны. Несмотря на свою сложность и потенциальную высокую стоимость конечного продукта, они в той или иной степени оправданы. Потому что общая резистентность микроорганизмов как в сельском хозяйстве в области растениеводства и в области животноводства, так и в клинической медицине, все возрастает и возрастает. Многие компании по всему миру занимаются разработками в плане поиска новых соединений.