Ю.П. Воронов
Антибиотики в почве
Кому не приходилось слышать слово «антибиотик», но немногие задумывались над нелепостью такого названия. «Био» – это жизнь, «анти» – это «против». Разве может вещество, направленное против жизни, быть лекарством? Оказывается, да. Как это получилось?
Начнем с того, что все антибиотики, начиная с открытия пенициллина в 1928 году и до настоящего времени, получены из почвы. Почвенные грибки и бактерии в конкуренции за ограниченные ресурсы используют антибиотики, то есть вещества, которые наносят вред конкуренту. Очевидно, что эти вещества не причиняют вреда тем, кто их вырабатывает, а так же их союзникам по конкурентной борьбе. Причем они не причиняют вреда, даже когда концентрация их высока и ресурсов питания на всех недостаточно. Из этого следует, что антибиотики, производимые почвенными микроорганизмами, избирательны. Одним они наносят вред, другим – нет.
Антибиотики отличаются этим от общих асептических средств или консервантов типа формалина, спирта, перекисей и смол, которые в высоких концентрациях подавляют рост всех микроорганизмов без разбора. Антибиотики избирательны не только в отношении отдельных видов микроорганизмов. Они нарушают строго определенные этапы обмена веществ.
Человек вносит в почву антибиотики тремя способами, два из которых можно считать основными: как средство защиты растений и через органические удобрения, содержащие навоз сельскохозяйственных животных, в корме которых был антибиотик. Вносимые человеком антибиотики также избирательны. При этом, если они содержатся в препаратах защиты растений, то избирательность может быть близка к той, что вырабатывается уже живущими в почве полезными грибками или бактериями. Полностью направленность привнесенного антибиотика вряд ли совпадет, так как внешний антибиотик выработан другим штаммом, а чаще, и другим видом микроорганизма, чем те, что уже живут в почве конкретного поля.
Принципиально иначе обстоит дело с антибиотиками, попадающими в почву с навозом. Они отбирались по другим критериям, поэтому их избирательность для конкретного поля непредсказуема. Неизвестно, каким микроорганизмам они будут вредить, а каким нет. Установлено, что кукуруза, картофель, салат, другие овощи поглощают антибиотики, оказавшиеся в почве после внесения туда естественных удобрений типа обыкновенного навоза[1]. Зараженный антибиотиками навоз поражает не только почву. Антибиотики способны растекаться на большой поверхности, проникать на большую глубину, попадать в источники водоснабжения.
Примерно таким же свойством обладает третий способ внесения антибиотиков в почву: лекарственное загрязнение, идущее через городские системы канализации (водоотведения). Пока оно не представляет собой значительной опасности для людей, растений и животных. Концентрация лекарств – нанограммы на литр, но с учетом того, что лекарственный рынок по объемам практически стал равен продовольственному, значение этого загрязнения будет возрастать. Кроме того, человек является основным потребителем лекарств, потребляя их иногда больше, чем домашний скот.
В результате работы трех каналов внесения антибиотиков появляется проблема, которая трактуется так: «Сельскохозяйственные почвы постепенно приобретают антибиотическую устойчивость». То есть в ответ на антибиотик, привнесенный извне, почвенные микроорганизмы начинают подозревать присутствие их производителя и вырабатывают химические вещества, ему противодействующие.
Тренируем врага
Антибиотическая устойчивость считается также основной проблемой современной медицины. Во всем мире люди и животные заражаются патогенами, устойчивыми к антибиотикам. Самой богатой антагонистами группой почвенных микроорганизмов оказалась группа лучистых грибков – актиномицетов. Большинство антибиотиков, применяемых в медицине и сельском хозяйстве, получено именно из актиномицетов. Эти грибки встречаются в почвах всего мира: до 3-4 миллионов в 1 мл. В почвах лугов и других сельскохозяйственных угодий актиномицетов больше, чем в природных. Можно сказать, что человек, возделывая почву, выращивает в первую очередь грибы-актиномицеты и только во вторую – пшеницу, кукурузу и прочие сельскохозяйственные культуры.
Нужно оговориться, что клетки растений и животных вырабатывают соединения, обладающие антибиотическим воздействием на рост. Но практически используются только антибиотики, вырабатываемые почвенными грибами и реже – почвенными же бактериями. Поскольку установлена структура молекул многих антибиотиков, возможным становится и прямой химический синтез антибиотиков без участия почвенных грибов и бактерий. Но это пока будущее.
Один гриб может вырабатывать несколько видов антибиотиков. Каждый из них действует на определенные виды микроорганизмов, отнесенных к конкурентам. Грибы вида стрептомициум своими антибиотиками подавляют рост многих бактерий и грибов, а антибиотики грибов вида леворис не влияют на рост бактерий, но подавляют развитие дрожжей и некоторых грибов.
Антибиотики вырабатываются почвенными грибами таким образом, что эти грибы концентрируются вокруг микроорганизма-противника. Иными словами, избирательность касается не только вида микроорганизма-противника, не только отдельных этапов обмена веществ, но и зон в почве, где сосредотачивается этот противник.
Рис. 1. Пример зон подавления актиномицетом роста стафилококка
На Рисунке 1 показано, как вокруг блоков с питательным агаром, где развивается стафилококк, гриб-актиномицет осуществляет блокаду выработкой специфических антибиотиков. Это говорит о том, что производитель антибиотиков действует локально, в определенной микрозоне. А вносимые с навозом антибиотики распределены совсем не избирательно, а совершенно произвольно по всей почве. Нельзя в точности представить, что произойдет с почвой, если вместе с навозом новый антибиотик попадет в почву.
Как мы переносим в почву свои представления о войне
Анализ проблемы антибиотиков в почве осложняется несовершенством используемой терминологии, отражающей нынешнее плохое понимание того, что происходит в почве между десятками тысяч микроорганизмов, ее населяющих. А мы взаимоотношения между микроорганизмами сводим к парным.
Не только в общественных науках, но во вполне формализованной теории игр рассматриваются коалиции, временные или постоянные объединения агентов, субъектов действия. Но и в микробиологии, и в сельскохозяйственных науках исследуются только отношения пар взаимодействующих субъектов.
На этот недостаток прямо указывают систематические несовпадения выводов лабораторных экспериментов и результатов полевых экспериментов. Если учесть, что микроорганизмы взаимодействуют не только между собой, но и с растениями, с насекомыми, червями, пасущимся скотом, то очевидно, что вычленение парных отношений в лабораторных условиях не способствует пониманию того, что происходит в почве. Лабораторными опытами показано, что иногда в условиях лаборатории гриб или бактерия не вырабатывают антибиотики, тогда как в поле они это делают со всей очевидностью. Это касается как отдельных штаммов, так и видов микроорганизмов.
По аналогии с человеческими взаимоотношениями, отношения между почвенными микроорганизмами делятся на вражеские и дружеские, на синергизм и антагонизм. Антибиотики при таком делении – элемент антагонистических отношений. Впрочем, от такой упрощенной дихотомии уже отказалась микробиология и постепенно отказывается сельскохозяйственная наука. Более дробное деление насчитывает шесть категорий. На три поделены дружеские отношения: сосуществование, метабиоз и симбиоз. На три вида поделены и отношения вражеские: конкуренция, хищничество и паразитизм. По ряду причин к последней троице добавляется и «чистый» антагонизм или антагонизм «в узком смысле», не любят друг друга и все.
Поясним эти термины, начиная с первой тройки. Сосуществование «нейтрализм» имеет место, когда микроорганизмы не вредят и не помогают друг другу в развитии. Метабиоз — взаимообмен продуктами обмена веществ. Симбиоз – взаимовлияние микроорганизмов, способствующее улучшению их развития.
Перейдем ко второй тройке. Конкуренция рассматривается как борьба за ограниченные ресурсы. Отмечается, что потребление этих ресурсов увеличивается при наличии конкурентов и сокращается в их отсутствии. Это явление фиксируется, но не осмысляется. Нет даже хороших идей относительно механизма такой конкуренции. Хищничество наблюдается тогда, когда одни микроорганизмы служат питанием для других. Паразитизм представляет собой щадящий вариант хищничества, когда микроорганизм-паразит питается за счет микроорганизма-хозяина, не уничтожая его. Есть микроорганизмы, которые не могут развиваться в отсутствие хозяина, они называются облигатными.
Теперь – о чистом, прямом антагонизме «в узком смысле». К нему относят выработку специальных веществ, подавляющих развитие противника. Некоторые из этих веществ, обладающие избирательным воздействием, и были названы антибиотиками. Такой прямой антагонизм называется активным. Его разделяют на односторонний и двусторонний. В первом варианте микроорганизм не реагирует на действия противника, во втором – отчетливо видна реакция на эти действия и, с переменным успехом, взаимодействующие микроорганизмы подавляют друг друга. В вою очередь, двусторонний антагонизм может быть двух видов: «нападение-защита» и «нападение-ответное нападение. Побеждает тот вид, кто быстрее размножается, активнее вырабатывает антибиотики, более устойчив к изменениям условий окружающей среды.
Кроме активного антагонизма существует пассивный прямой антагонизм, когда специальных веществ микроорганизмы не вырабатывают, а формируют условия, неблагоприятные для развития конкурента. Конкуренция, как категория второй тройки, является частным случаем пассивного антагонизма.
Антагонизм между микроорганизмами, наблюдаемый в лабораторных условиях, обычно не совпадает с итогами полевых наблюдений и экспериментов. Только в поле или в теплице существует активный, так называемый вынужденный (он же опосредованный или направленный) антагонизм. Он имеет место тогда, когда существует, как минимум, еще один микроорганизм, в отсутствие которого, антибиотики не вырабатываются. Ради справедливости, следует отметить, что в лабораториях сейчас активно распространяются опыты с тремя культурами – два антагониста и посредник.
Итак, антибиотики представляют собой средство взаимодействия микроорганизмов, а не просто продукты их жизнедеятельности[2]. Причем они – всего лишь одно из средств, обеспечивающих конкурентные преимущества одних микроорганизмов перед другими.
Антибиотики, производимые на месте
В каждом участке земли по всему миру живут микроорганизмы, производящие антибиотики. На содержание микроорганизмов, производящих антибиотики, влияют климат, биологический и химический состав почвы, насыщенность ее кислородом и многое другое. Наиболее активны в производстве антибиотиков грибы-актиномицеты.
Развитие методов генетических и молекулярных исследований в течение последних десятилетий позволило устанавливать конкретные механизмы антибиозиса даже в полевых, а не только в лабораторных условиях. Каждый антибиотик имеет свой механизм воздействия на противника. Так, самый первый практически использованный аскомицет Penicillium вырабатывает антибиотик пенициллин. Он уничтожает бактерии совершенно определенным образом, который невозможно было выявить в год его открытия, в 1928 году.
Он вмешивается в процесс формирования стенок клеток бактерий так, что в стенках образуются щели. При попадании бактерии в водную или влажную среду вода проникает сквозь эти щели в процессе осмоса. Клетка лопается и погибает. Пенициллин опасен только для стенок клеток бактерий, благодаря пептидогликану (сахаро-протеиновому сложному химическому соединению), который является основным материалом для построения стенок клеток бактерий. Для растений и грибов пенициллин не опасен, поскольку стенки их клеток устроены по-другому.
По той же причине антибиотики вредят рибосомам только бактерий. У вирусов и эукариотов, к которым относятся растения, животные и грибы, либо нет стенок клеток, либо стенки их клеток имеют другой состав и другую структуру. Кроме того, у эукариотов рибосомные единицы больше, и на них антибиотики не действуют.
Антибиотики производят не только грибы, но и бактерии. Наиболее известны бактерии, относящиеся к родам Bacillus и Pseudomonas. Именно они активно используются в биопрепаратах защиты растений. Bacillus subtilis (сенная палочка) производит антибиотики субтилин и бацитрацин, Bacillus Brevis – грамицидин и тироцидин, Bacillus Polymyxa – полимиксин. Pseudomonas fluorescens производит антибиотик мупиромицин и Pseudomonas pyocyanea – пиоцианин.
Менее известны антибиотики чудесной палочки (Bacterium prodigiosum), несколько более изучены антибиотики, производимые стрептококками, из которых наиболее известен стрептомицин. Так что за каждым названием антибиотика стоит грибок или бактерия, который его производит.
Человек добавляет антибиотики
Антибиотики пришли на смену ядохимикатам и от них сохранились способы применения. При этой замене совершенно справедливо считалось, что ядохимикаты отравляли птиц и животных, питающихся опыленными растениями, тогда как антибиотики считались для них безвредными. Некоторые исследователи до сих пор утверждают, что антибиотики, в отличие от химикатов, избирательны и подавляют только патогены, а для растений и животных безопасны. Но речь может идти только о немедленном воздействии, что же касается длительного последействия, то с этим обстоит не так благополучно. Концентрация антибиотика в тканях растений зависит от сочетания определенного антибиотика и конкретного вида растений. Существенное влияние оказывают и внешние условия.
Кроме наиболее распространенных опрыскивания и опыления применяют также (для древесных пород) аналог медицинской капельницы: в стволе просверливают отверстие, в него вставляют фитиль, второй конец которого погружают в раствор антибиотика.
Антибиотики внутри растений сохраняют свою активность относительно недолго, но существенно дольше, чем в животных тканях. И разброс очень велик. Например, в тканях цитрусовых он сохраняется 20-25 суток, а в тканях черешни 4 сутки. Наиболее длительно антибиотики сохраняются в траве и в травянистых сельскохозяйственных растениях. Самое длительное время антибиотики сохраняются в корнях, откуда они могут уходить в почву и включаться в почвенный метаболизм. Многие исследователи считают, что насыщение почвы антибиотиками – гарантия подавления растительных патогенов.
Лидер применения антибиотиков в растениеводстве и животноводстве – США. Там есть жесткие ограничения на использование свежего навоза из-за опасности внесения в почву патогенных бактерий, но нет ограничений в отношении антибиотиков. В отличие от химических препаратов антибиотики избирательно подавляют развитие тех или иных патогенных микроорганизмов. Они оказались эффективными при лечении и профилактике многих бактериальных, грибковых и паразитарных заболеваний сельскохозяйственных животных. Успешно используются антибиотики, производимые актиномицетами: гигромицин, леворин, неомицин, нистатин, синтомицин, стрептомицин, тетрациклин, тилозин, олеандомицин, эритромицин и другие.
Антибиотики бывают двух видов: бактерицидные, то есть убивающие микроорганизмы, и бактериостатические, которые подавляют развитие микроорганизмов, но не убивают их. Антибиотики, вырабатываемые микроорганизмами внутри микробиоценоза, обладают преимущественно бактериостатическим действием, а антибиотики, вносимые извне – бактерицидным.
Исследованиями показано, что для излечения животных следует в течение нескольких суток поддерживать в их организме высокую концентрацию антибиотика. Что за это время происходит с полезными микроорганизмами, точно неизвестно даже для человека. А если учесть, что в одном грамме содержимого пищеварительного канала существенно больше одного миллиарда бактерий и грибков десятков тысяч видов, то сама задача оценки воздействия антибиотиков на это сообщество представляется предельно сложной.
От решения этой задачи отвлекает несомненная текущая выгода от применения антибиотиков. В разы сокращается падеж молодняка. Особо высока эффективность антибиотиков при бедных кормах с минимальным содержанием животного белка, при неудовлетворительных условиях содержания. Антибиотики скрывают все эти огрехи животноводов. Чем хуже дела в хозяйстве, тем более эффективны антибиотики. Чем больше болят ноги, тем более эффективны костыли.
Они используются в настоящее время и для профилактики многих инфекционных заболеваний скота и птицы, даже против вирусных, что в медицине считается не всегда эффективным. Применительно к сельскохозяйственным животным в большей мере, чем в медицине используется категория субклинической инфекции, когда болезнь протекает без видимых признаков, но при ней замедляется рост, понижается аппетит животных и хуже усваивается корм. При таких скрытых инфекциях рекомендуется также применять антибиотики, что в медицине не практикуется.
Помимо применения в ветеринарии, антибиотики используются для стимуляции роста сельскохозяйственных животных. Если бы они применялись только для лечения, то объемы их применения были бы ограничены заболеваниями. Но когда они стали стимуляторами роста, то объемы использования антибиотиков стали практически неограниченными. В Советском Союзе применение антибиотиков в кормах началось сразу после Великой отечественной войны, и было фактически частью конверсии.
Поначалу применялись те же антибиотики, что и использовались для лечения раненых на фронте. Но потом в практику вошло применение неочищенных антибиотических препаратов, в которых кроме собственно антибиотиков содержатся те микроорганизмы, которые его произвели: части мицелия и прочее. Выяснилось, что неочищенные препараты более эффективны, чем медицинские. Они обеспечивают прирост веса по сравнению с контролем до 50%. По этой причине они привлекательны для хозяйств, несмотря на вред, какой они наносят окружающей среде.
Включать антибиотики в рацион животных очень соблазнительно. Они повышают аппетит и способствуют лучшему использованию корма, что позволяет уменьшить его расход до 20% на единицу привеса и сократить сроки откорма на 10 - 15 дней. В отличие от доз антибиотика, применяемых при лечении, для стимулирования роста применяются существенно меньшие доз, настолько малые, что антибиотик не обнаруживается в мышечной ткани и внутренних органах. Правда, иногда энтузиасты идут на высокий уровень антибиотика в кормах, до 200 грамм на тонну, считая одновременно это и профилактикой от возможных заболеваний. Кроме того, антибиотики позволяют сокращать применение дорогостоящих пробиотиков и витаминных добавок, заменять животные белки растительными и так далее.
Точно пока неизвестно, что происходит в желудочно-кишечном тракте сельскохозяйственных животных и птицы. Эксперименты свидетельствуют, что полезные микроорганизмы в результате выигрывают конкуренцию с патогенами, но это до сих пор лишь феномен, требующий объяснения с позиций микробиологии. На том же уровне находится и связь применения антибиотиков с увеличением роста. Ясно, что сами по себе антибиотики рост не увеличивают, а это – лишь результат изменений в желудочно-кишечном биоценозе, какой вызван ими. Более того, точно установлено, что в присутствии антибиотиков повышается всасывания витаминов. Но это тоже – установленное экспериментами явление, требующее объяснения.
От скота в почву
В связи с ростом спроса на органические продукты будет возрастать применение навоза, а следовательно, будет увеличиваться и содержание антибиотиков в почве. По состоянию на 2000 год в США в животноводстве используется около 10 000 тонн антибиотиков в год с учетом того, что их дают в корм и здоровым животным. В Евросоюзе применение антибиотиков как пищевых добавок для ускорения роста животных было запрещено в 2006 году. Согласно Национальной программе по развитию органики США (US National Organic Program), свежий навоз можно использовать только за 90–120 дней до уборки или снятия плодов, в зависимости от культуры, тогда как термокомпостированный навоз (о нем ниже) разрешается применять в любое время. По видам навоза нет никаких ограничений.
Навоз – важное хранилище бактерий, устойчивых к антибиотикам, патогенов, а также генов, определяющих устойчивость к антибиотикам. Все это вместе называется резистомой (resistome) [3]. Применение антибиотиков для лечения и роста животных и птицы увеличивает в навозе численность бактерий, устойчивых к антибиотикам и соответствующих генов. Но происходит это не с нуля. И без всяких препаратов в навозе есть антибиотики[4]. Отмечается и естественное присутствие бактерий, устойчивых к антибиотикам в пищеварительном тракте сельскохозяйственных животных[5].
В настоящее время навозу как удобрению уделяется все больше внимания именно в связи с тем, что вместе с ним вносятся патогены и комплекс генов, усиливающих устойчивость почвенных бактерий к антибиотикам[6]. Гены устойчивости к антибиотикам из резистомы почвы могут попасть в пищу через потребляемые продукты или через подпочвенные воды[7], потенциально они могут навредить здоровью человека, если преобразуются в патогенную для человека форму.
Исследованиями доказано, что чрезмерное внесение свиного навоза из ферм, где интенсивно применяются сульфаниламидные препараты (стрептоцид, норсульфазол и другие), повышает в почве численность генов, устойчивых к антибиотикам. Впрочем, в большинстве исследований выявлено, что такой рост незначителен, когда навоз используется в полном соответствии с рекомендациями.
Как чаще всего и бывает, выгоды, получаемые в одном месте, нивелируются потерями в другом. Точно так же и выгоды в здоровье и приросте веса скота и птицы, нивелируются перенесением в почву вместе с навозом и пометом антибиотиков в почву. Там они уничтожают без разбора как патогенные, так и полезные микроорганизмы. В настоящее время нет исследовательских методов, которые могли бы описать те нарушения почвенного микробиоценоза, какие получаются из-за внесения в почву антибиотиков.
Тем не менее, известно, что, разрушая биоценоз, антибиотики проникают внутрь сельскохозяйственных растений. Исследователями из США по кукурузе, капусте и луку на перо, выращенным на навозе КРС, насыщенном антибиотиками, сделаны следующие выводы: через шесть недель в растениях появляется хлортетрациклин - лекарства, широко применяемого для лечения животных. Продолжение опытов на жидком свином навозе (кукуруза, салат-латук и картофель) показало, что в растениях накапливается антибиотик сульфадиметазин ровно с таким же темпом, с каким увеличивается концентрация его в почве. Вместе с тем, только 0,1% антибиотиков, внесенных в почву, попадает в кукурузу, салат и другие культуры. В корнеплодах это процент несколько выше. Особый вред человеку могут нанести те растения, которые идут в питание без термообработки, в частности, редис и дайкон. При этом в человеческом организме антибиотики накапливаются, поэтому вполне возможен кумулятивный эффект, то есть те, кто питается, картофелем, овощами и другой сельскохозяйственной продукцией, выращенной на полях рядом с животноводческими фермами и комплексами, могут приобрести серьезные заболевания от систематического неконтролируемого потребления антибиотиков.
Речь идет и о людях, и о скоте и птице, находящихся в контакте с почвой, зараженной антибиотиками. Поскольку состав находящихся в почве антибиотиков никак не связан со структурой питания людей и животных, оказавшихся в зоне их действия, то последствия для здоровья могут быть самыми разнообразными и не идентифицируемыми ни медиками, ни ветеринарами. По этой причине появляется задача, как избавиться от антибиотиков, попавших в почву вместе с навозом, мочой и калом сельскохозяйственных животных. И эта задача довольно успешно решается во многих странах мира. Но есть страны, где это не вполне осознается.
Как избавляются от антибиотиков в почве
В почве антибиотики разрушаются естественным путем под влиянием физико-химического состава почвы. Но, кроме этого, микроорганизмы почвы вырабатывают энзимы, которые либо разлагают антибиотики, либо их инактивируют, то есть ослабляют их антибиотическое действие. Из этого следует, что самым разумным шагом было бы исследование извлечение и культивирование тех микроорганизмов, которые способны такие энзимы вырабатывать. Но на практике внедряются методы общего воздействия на антибиотики, содержащиеся в навозе.
Несмотря на отсутствие запретов на использование навоза, содержащего антибиотики, именно в США активно разрабатываются методы избавления навоза от антибиотиков. Основу американской технологии составляет компостирование навоза при высокой температуре. В результате уничтожаются все патогенные микроорганизмы, а также часть попавших в навоз антибиотиков. Чтобы получить национальный сертификат на право производить продукты питания, фермер должен показать, что он этой технологией пользуется, включая проверку на наличие ряда патогенных бактерий. Но не требуется проводить проверку на наличие остатков антибиотиков. Нагрев навоза создает температурные условия, при которых находящиеся в нем бактерии могут эффективно расщеплять антибиотики и патогены.
В США (штат Мэриленд) по инициативе Министерства сельского хозяйства проводятся эксперименты с термокомпостированием навоза КРС. В навоз слоями добавляется сено, чтобы воздух проникал внутрь и проводится стартовый нагрев. Антибиотики разлагаются в течение 10 дней, В другом исследования навоз КРС был заменен навозом индеек. Три четверти антибиотиков разлагались в течение 25 дней. Правда, пришлось долго подбирать сочетание естественного и искусственного нагрева (поддержания определенной температуры, которая не разглашается). Утверждается, что активность некоторых антибиотиков снижается в сто раз[8]. Как бы то ни было, вред от антибиотиков становится существенно меньше.
Технологически отработанная утилизация навоза позволяет существенно снизить вред, наносимый почве антибиотиками, используемыми в животноводстве. В нашей стране перегной из навоза получается через два года, а при распространенном во всем мире термокопостировании навоза – через два месяца.
Сопротивляемость отдельных болезнетворных микробов к действию антибиотиков возрастает со временем, по ходу увеличения объемов применения антибиотиков и расширения их состава. Это объясняется рядом причин. Основная причина – наличие процесса адаптации, отражающее способность микроорганизмов приспосабливаться. Это происходит через замену тех звеньев обмена веществ, которые чувствительны к антибиотикам на другие, которые от действия антибиотиков не зависят. Кроме того, чувствительность к антибиотикам распределена по совокупности микроорганизмов неравномерно. И всегда есть те микроорганизмы, которые не реагируют на антибиотики. Их немного, абсолютно безразличных к антибиотиками микроорганизмов один на миллион. Но если учесть, что в одном миллилитре их миллиарды, то понятно, что при воздействии антибиотиков на некоторую совокупность микроорганизмов начинается внутренняя конкуренция между ними и побеждают те, что максимально устойчивы. Свойства победителей генетически наследуются, и формируется совокупность микроорганизмов, в целом устойчивая по отношению к антибиотикам.
Еще одна причина повышения устойчивости к антибиотикам состоит в том, что часть веществ, всегда вырабатываемых микроорганизмами, способна разрушить молекулу антибиотика и прекратить его действие. Микробиологам это было известно еще по первым медицинским препаратам. Так стафилококк вырабатывает фермент пенициллиназу, разрушающий пенициллин. Именно от стафилококков берут этот фермент для снижения аллергии на антибиотики у человека.
Наконец, еще одна причина повышения устойчивости состоит в том, что приобретая устойчивость к одному антибиотику, микроорганизмы эффективно противодействуют и другим антибиотикам, причем, не обязательно близким. Из комплекса соединений, разрушающих антибиотики, формируются так называемые Д-факторы, гарантированно защищающих микроорганизмы от широкого круга антибиотиков.
Ш Ш Ш
Как на фоне моего рассказа выглядят люди, которые научились использовать антибиотики для лечения самих себя и не только? Они выхватывают у почвенных микробов оружие, применявшееся в микромире задолго до появления человека. Производят для себя с избытком, сорят этим оружием повсеместно, не заботясь о том, кто его подберет и против кого направит.
[1] Худяков Н. Вместе с овощами мы едим антибиотики из навоза? Крестьянские ведомости, 15.02.2009
[2] За рубежом, в силу существенно более интенсивного применения антибиотиков широко распространена точка зрения (3. Ваксман, X. Лешевалье и другие), согласно которой антибиотики – отбросы, отходы деятельности некоторых микроорганизмов.
[3] Ferens W.A., Hovde C.J. Escherichia coli O157:H7: Animal reservoir and sources of human infection. Foodborne Pathog Dis 2011, 8(4):465–487, Zhou W, Wang Y., Lin J. Functional cloning and characterization of antibiotic resistance genes from the chicken gut microbiome. Appl Environ Microbiol, 2012, 78(8): 3028–3032, Zhu YG, et al. Diverse and abundant antibiotic resistance genes in Chinese swine farms. Proc Natl Acad Sci USA 2013, 110(9):3435–3440, Binh C.T.T., Heuer H,. Kaupenjohann M., Smalla K. Piggery manure used for soil fertilization is a reservoir for transferable antibiotic resistance plasmids. FEMS Microbiol Ecol, 2008, 66(1):25–37, Smith K.E. et al. Outbreaks of enteric infections caused by multiple pathogens associated with calves at a farm day camp. Pediatr Infect Dis J 2004, 23(12):1098–1104, Durso L.M., Harhay G.P., Bono J.L., Smith T.P.L. Virulence-associated and antibiotic resistance genes of microbial populations in cattle feces analyzed using a metagenomics approach. J Microbiol Methods, 2011, 84(2):278–282.
[4] Schwaiger K, et al. Tetracycline in liquid manure selects for co-occurrence of the resistance genes tet(M) and tet(L) in Enterococcus faecalis. Vet Microbiol, 2009, 139(3-4), 386–392, Bibbal D. et al. Impact of three ampicillin dosage regimens on selection of ampicillin resistance in Enterobacteriaceae and excretion of blaTEM genes in swine feces. Appl Environ Microbiol, 2007, 73(15):4785–4790, Blake DP, et al. (2003) Influence of tetracycline exposure on tetracycline resistance and the carriage of tetracycline resistance genes within commensal Escherichia coli populations. J Appl Microbiol 94(6):1087–1097, Looft T, et al. () In-feed antibiotic effects on the swine intestinal microbiome. Proc Natl Acad Sci USA, 2012, 109(5):1691–1696.
[5] Heuer H., Smalla K. Manure and sulfadiazine synergistically increased bacterial antibiotic resistance in soil over at least two months. Environ Microbiol, 2007, 9(3):657–666, D’Costa V.M. et al. Antibiotic resistance is ancient. Nature 2011, 477(7365):457–461, Stanton TB, Humphrey SB, Stoffregen WC Chlortetracycline-resistant intestinal bacteria in organically raised and feral swine. Appl Environ Microbiol 2011, 77(20), 7167–7170
[6] Andrews R.E. Jr, Johnson W.S., Guard A.R., Marvin J.D. Survival of enterococci and Tn916-like conjugative transposons in soil. Can J Microbiol, 2004, 50(11):957–966.
[7] Chee-Sanford JC, Aminov R.I., Krapac IJ, Garrigues-Jeanjean N, Mackie RI () Occurrence and diversity of tetracycline resistance genes in lagoons and groundwater underlying two swine production facilities. Appl Environ Microbiol, 2001, 67(4):1494–1502.
[8] По материалам журнала «Scientific American».
