Альтернатива антибиотикам

АЛЬТЕРНАТИВА АНТИБИОТИКАМ
Реферат

Борис Ихлов
boris.ikhlov@gmail.com

Введение

В 95% случаев инфекционного цистита его возбудителем является кишечная палочка. Для ее подавления используют различные антибиотики: нитрофурантоин, триметоприм/сульфаметоксазол (ко-тримоксазол), цефалоспорины, канаферон (Германия), цистон (Индия), «5-НОК» (Россия) и т.д.
Общемировое потребление антибиотиков с 2000 по 2010 год выросло больше чем в три раза.
Однако цистит может перейти в хроническую форму: либо бактерии мутируют, приобретая иммунитет к антибиотикам, либо образуют устойчивые к лекарствам бактериальные пленки.

На сегодня известно около 127 антибактериальных препаратов-антибиотиков.
Повышение уровней зараженности инфекциями MRSA наблюдаются при использовании гликопептидных антибиотиков, цефалоспоринов, и хинолонов. Цефалоспорины, особенно хинолоны и клиндамицин, способны с большей вероятностью приводить к колонизации анаэробными грамположительными бактериями Clostridium difficile.

Антибиотик 1-й линии - фосфомицин. Считается, что у этого препарата нет перекрестной устойчивости, когда бактерии, устойчивые к одному лекарству, оказываются устойчивыми и к другим. Он не вызывает мутации.
Однако развитие бактериальной резистентности в процессе терапии является частым явлением и делает фосфомицин непригодным для длительной терапии тяжелых инфекций. Мутации, которые инактивируют несущественный переносчик глицерофосфата, делают бактерии устойчивыми к фосфомицину [1-4].
В результате привыкания микробов к антибиотикам на месте обычных бактерий возникают резистентные мутанты. Итогом, например, у женщин может возникнуть бесплодие.

В последнее время обнаружены микроорганизмы, которые смогли выработать устойчивость к большинству известных антимикробных препаратов.
Супербактерии – это инфекции с множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ) [5-7].

В 2016 году 70-летняя американка вернулась из путешествия в Индию. В поездке она сломала ногу, попала в местную больницу и там заразилась супербактерией Klebsiella pneumoniae. По возвращении у женщины началось сильное воспаление. В больнице США ни один из 26 препаратов не помог, женщина умерла от септического шока. Позднее случаи заражения также были выявлены в Швеции, Бельгии, США, Канаде, Великобритании. Большинство больных заразились во время пребывания в медицинских учреждениях.

С помощью математического моделирования можно видеть, чем больше объем потребления антибиотиков бактериями населением, тем выше их резистентность [8, 9].
На проблему супербактерий накладываются финансовые проблемы.
В [10] указывается, что за последние 30 лет не удалось открыть никаких новых классов антибиотиков, при этом спектр уже используемых антибиотиков сужается, что повышает шансы бактерий выработать к ним устойчивость.
В среднем антибиотики начинают приносить прибыль только через 23 года после выпуска, на запуск одного лекарства у компании уходит около 1 млрд. долл. За последние 20 лет такие крупные фармацевтические компании, как Johnson & Johnson, Roche, Pfizer, Eli Lilly and Company, Bristol-Myers Squibb, сократили разработку новых антибиотиков или вообще закрыли проекты по их созданию. Появились другие востребованные и в то же время более прибыльные области: производство лекарств для лечения хронических заболеваний: сахарного диабета, артериальной гипертензии, депрессии и т.п.

Тем не менее, в настоящее время более 2 млн жителей Северной Америки ежегодно заболевают инфекциями, связанными с устойчивостью к антибиотикам, что приводит к 23 000 смертей [11]. В странах Европы - 700 тыс. случаев инфекций, связанных с МЛУ бактериальных патогенов, из них 33 000 летальных исходов в год [12]. Сегодня примерно 20 % смертей во всем мире связано именно с инфекционными заболеваниями.
Внутри-больничные инфекции стали основной причиной заболеваемости и смертности, из них более 15% вызваны бактериальными патогенами с МЛУ [13]. От антибиотикорезистентности будет умирать больше людей, чем от онкологических заболеваний и диабета вместе взятых [14].
Из-за устойчивости к антибиотикам ежегодно умирает 700 000 человек. Ожидается, что к 2050 году это число возрастёт до 10-39 миллионов.

В 2016 г. ВОЗ опубликовала список устойчивых к действию антибиотиков 12-ти видов наиболее опасных бактерий [15]. В него вошли патогены ESKAPE, они были разделены на три группы по степени устойчивости: крайне приоритетные, высокоприоритетные и среднеприоритетные. Напр., такие патогены, как Acinetobacter baumannii (ацинетобактер), Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка), Enterobacteriaceae (энтеробактерии), имеющие устойчивость к действию в т.ч. к карбапенемам и цефалоспоринам третьего поколения – 1-я группа. В группу с высоким приоритетом включены патогены, устойчивые: к ванкомицину - Enterococcus faecium (VRE), Staphylococcus aureus (VRSA, золотистый стафилококк); метициллину - также Staphylococcus aureus (MRSA). Приоритет среднего представляют собой Streptococcus pneumoniae, невосприимчивые к пенициллину, Haemophilus influenzae, устойчивые к ампициллину.
Кроме того: хеликобактер пилори (Helicobacter pylori), кампилобактер (Campylobacter), сальмонелла (Salmonella), гонококк (Neisseria gonorrhoeae), пневмококк (Streptococcus pneumonia), гемофильная палочка (Haemophilus influenzae), шигелла (Shigella), клебсиелла пневмонии (Klebsiella pneumonia), кишечная палочка (Escherichia coli), метициллинустойчивые штаммы золотистого стафилококка (MRSA).

Кроме того, антибиотики убивают не только патогенные бактерии, попутно они уничтожают и представителей нормальной микрофлоры кишечника.
Таким образом, проблема привыкания патогенных бактерий к антибиотикам имеет общий характер.
Используемые вакцины не вызывают резистентности микробов, однако новые штаммы, у которых сформировалась устойчивость к иммунитету, индуцированному вакцинами, могут эволюционировать.
Альтернативным средством для борьбы с бактериями являются бактериофаги. Одновременно умеренные фаги повышают чувствительность бактерий к антибиотикам. Но каждый бактериофаг инфицирует только строго определённый вид бактерий или даже определённый штамм, что требует проведения бактериологического исследования биологического материала больного. Во-вторых, для поддержания активности бактериофаги требуют особых условий хранения и транспортировки. В-третьих, бактериофаги не действуют на внутриклеточных микроорганизмов. В-четвертых, многие бактериофаги инактивируются в условиях низкого рН желудка при пероральном применении препаратов.

В Университетском колледже Лондона разработали принципиально новый антибиотик, молекулы которого, присоединяясь к оболочке супербактерии, взламывают её защиту. Исследовались антибиотики полимиксины, которые используются для борьбы с устойчивыми грамотрицательными бактериями, такими как E. Coli.
Антибиотик заставляет клетку с большой скоростью производить и одновременно сбрасывать элементы защитной оболочки. Процесс создает бреши в обороне бактерии, через которые антибиотик проникает внутрь и убивает ее (Nature Microbiology, 2025).
Но процесс запускается только тогда, когда бактерия активна и растет. Если она в спящем состоянии, выработка их оболочки прекращается, и полимиксин теряет эффективность. Полимиксин B эффективно уничтожает активные E. coli, но бесполезен против спящих клеток. Антибиотик начинал действовать только тогда, когда спящим клеткам давали сахар, выступающий в роли источника пищи, однако эффект наступал лишь после 15-минутной задержки, необходимой бактериям, чтобы «проснуться» и возобновить производство внешней оболочки. Но применение сахара невозможно для больных диабетом.
Кроме того, бактерии могут принимать L-формы, когда они частично или полностью лишены оболочки, но сохранили способность к развитию.
Кроме того, б актерии могут находиться в особой, дормантной форме, у которых отсутствует рост на обычных питательных средах, в т.ч. на сахаре.

Поэтому актуальной является задача создания такой системы лечения, которая бы исключала привыкание бактерий к лекарствам. Одним из направлений решения данной проблемы является применение сантиметрового электромагнитного излучения.

Резонанс

Возбужденная пикосекундным лазером ДНК испускает СВЧ электромагнитные волны, связанные с крутильными колебаниями ее спирали [16]. Частоту оценили в несколько гигагерц. Т.е. ДНК должна и поглощать электромагнитные волны в этом диапазоне. Поскольку спираль ДНК имеет собственную частоту крутильных колебаний, внешнее воздействие на ДНК ЭМП с частотой, равной собственной частоте колебаний ее спирали, вызовет резонанс, который мешает подготовке клетки к митозу и ведет к ее гибели.

Нетрудно получить выражение для собственной частоты крутильных колебаний спирали ДНК:

f = k / sqrt(BP)   (1)

BP – число пар нуклеотидов, k – коэффициент.
В [17] СВЧ облучению подвергали в том числе E.Coli hcr’exr’. Авторы получили кривые зависимости выживаемости бактерии в зависимости от продолжительности облучения при разных частотах. Если перечитать эту зависимость выживаемости на зависимость от частоты, то можно увидеть точку резонанса – 10,14 ГГц, на этой частоте достигается максимальное снижение выживаемости. Зная эту частоту и длину ДНК E.Coli hcr’exr’, легко получить коэффициент k = 21,75, формула (9) полностью определена.
Для проверки метода облучению ЭМП СВЧ был подвергнут штамм E. Coli АТСС 25922. ДНК АТСС 25992 содержит 5 130 767 пар нуклеотидов. Тогда по формуле (9) собственная частота крутильных колебаний ее спирали - 9,6 ГГц.
Были получены следующие результаты: на частотах 9,2 ГГц, 9,4 ГГц, 9,8 ГГц, 10 ГГц существенных изменений выживаемости не наблюдалось, на резонансной частоте 9,6 ГГц выживаемость снижалась до 22,5%.
Аналогичный эксперимент проведен с культурой E. coli М17 с длиной ДНК 4483110 bp. На частотах 9,8 ГГц, 10 ГГц, 10,4 ГГц изменений выживаемости в сравнении с контролем не обнаружено, на расчетной частоте 10,263 ГГц выживаемость понизилась до 28,7% [18-21].
Аналогичный эксперимент был проведен с культурами M. Avium 104 и Mycobacterium tuberculosis H37RV (Pasteur) АТСС 25618.
На частотах 9,8 ГГц, 10 ГГц, 10,5 ГГц изменений выживаемости M. Avium в сравнении с контролем не обнаружено, на расчетной частоте 10,31 ГГц наблюдалось снижение выживаемости практически до нуля [23].
На частотах 9,8 ГГц, 10,1 ГГц, 10,6 ГГц изменение выживаемости Mycobacterium tuberculosis не обнаружено, на расчетной частоте 10,36 ГГц наблюдалось снижение выживаемости до 0,1% [22].

Прямой эксперимент поглощения СВЧ ЭМП в культуре E. coli M17 показал, что максимум поглощения наблюдается на частоте 10,27 ГГц, что весьма близкой к рассчитанной по формуле (9) частоте 10,263 ГГц [23].

Подтверждения

1) В 2009 году группа Малинецкой построила модель для 400 пар нуклеотидов [24], результат машинного счета совпал с результатом расчета по формуле (4) – порядка 100 ТГц..
2) Показано, что облучение культуры E. coli приводит к резкому снижению способности ДНК к саморепарации [25]. Оказалось, что частота внешнего ЭМП точно совпадает с расчетом по формуле (1).
3) Обнаружено, что СВЧ резко увеличивает число однонитиевых разрывов [26], математическое моделирование показало, что оптимальная частота совпадает с расчетом по формуле (1).
4) Обнаружено, что с помощью СВЧ можно уничтожать штаммы гриппа. Оказывается, что найденная в [27] резонансная частота является субгармоникой, согласующейся с формулой (1).

Литература

1. Навас Х., Леон Х., Арройо М., Гарсия Лобо Х. М. (октябрь 1990 г.). Нуклеотидная последовательность и внутриклеточное расположение продукта гена устойчивости к фосфомицину из транспозона Tn2921. Антимикробные препараты и химиотерапия. 34 (10): 2016–2018. doi:10.1128/AAC.34.10.2016..
2. Кахан Ф. М., Кахан Дж. С., Кэссиди П. Дж., Кропп Х. (май 1974 г.). «Механизм действия фосфомицина (фосфономицина)». Annals of the New York Academy of Sciences. 235 (1): 364–386. doi:10.1111/j.1749-6632.1974.tb43277.x..
3. Кастаньеда-Гарсия А., Бласкес Х., Родригес-Рохас А. (апрель 2013 г.). Молекулярные механизмы и клинические последствия приобретенной и врожденной резистентности к фосфомицину. Antibiotics. 2 (2): 217–236. doi:10.3390/antibiotics2020217..
4. Омори К., Китагава Х., Такада М., Маэда Р., Номура Т., Кубо Ю. и др. (апрель 2024 г.). «Фосфомицин как резервный метод лечения персистирующей бактериемии, вызванной метициллин-резистентным золотистым стафилококком: серия клинических случаев и обзор литературы». J Infect Chemother. 30 (4): 352–356. doi:10.1016/j.jiac.2023.10.024.
5. Laxminarayan R, Duse A, Wattal C, Zaidi AK, Wertheim HF, Sumpradit N, et al. Antibiotic resistance - the need for global solutions. The Lancet Infectious Diseases. 2013;13(12):1057-1098. https://doi.org/ 10.1016/S1473-3099(13)70318-9
6. Ayukekbong JA, Ntemgwa M, Atabe AN. The threat of antimicrobial resistance in developing countries: causes and control strategies. Antimicrob Resist Infection Control. 2017;15(6):47. https://doi.org/ 10.1186/s13756-017-0208-x
7. Bloom DE, Cadarette D. Infectious Disease Threats in the Twenty-First Century: Strengthening the Global Response. Frontiers in Immunology. 2019;10:549. https://d0i.0rg/l 0.3389/fimmu.2019.00549
8. Davies J, Davies D.. Origins and evolution of antibiotic resistance Microbiol. Microbiology and Molecular Biology Reviews. 2010;74(3):417-433. https://doi.org/10.1128/MMBR.00016-10
9. Arepyeva MA, Kolbin AS, Sidorenko SV, Lawson R, Kurylev AA, Balykina YE, et al. A mathematical model for predicting the development of bacterial resistance based on the relationship between the level of antimicrobial resistance and the volume of antibiotic consumption. Journal of Global Antimicrobial Resistance. 2017;8:148-156. https://doi.org/ 10.1016/j.jgar.2016.11.010
10. Джиоев Ю.П., Злобин В.И., Саловарова В.П., Степаненко Л.А., Рева О.Н., Борисенко А.Ю., Перетолчина Н.П., Букин Ю.С. Анализ проблемы «супербактерий» и современные подходы к ее решению // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2019. Т. 9. N 4. С. 665-678. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-4-665-678
11. Centers for Disease Control and Prevention. Antibiotic Use in the United States, 2017: Progress and Opportunities. US Department of Health and Human Service; Atlanta, GA, USA : 2017. P. 1-40. Available from: [Accessed 10th October 2019].
12. Cassini A, H;gberg LD, Plachouras D, Quattrocchi A, Hoxha A, Simonsen GS, et al. Attributable deaths and disability-adjusted life-years caused by infections with antibiotic-resistant bacteria in the EU and the European Economic Area in 2015: a population-level modelling analysis. The Lancet Infectious Diseases. 2019;19(1):56-66. https://doi.org/10.1016/S1473-3099(18)30605-4
13. Rather IA, Kim B-C, Bajpai VK, Park Y-H. Self-medication and antibiotic resistance: Crisis, current challenges, and prevention. Saudi Journal of Biological Sciences. 2017; 24(4):808-812. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2017.01.004
14. Antimicrobial Resistance: Tackling a crisis for the health and wealth of nations. The Review on Antimicrobial Resistance. Available from: https://amr-review.org/sites/default/files/AMR review-sis 0of .pdf  [Accessed 10th October 2019].
15. Tacconelli E, Carrara E, Savoldi A, Harbarth S, Mendelson M, Monnet DL, et al. Discovery, research, and development of new antibiotics: the WHO priority list of antibiotic-resistant bacteria and tuberculosis. The Lancet Infectious Diseases. 2018;18(3):318-327. https://doi.org/ 10.1016/S14 73-3099(17)30753-3 
16. Аншелевич В. В. и др. ЖЭТФ, 1974. Т. 66. С.  2163-2173.
17. Козьмин Г. В. и др. Устойчивость биоценозов в условиях изменяющихся электромагнитных свойств биосферы. Биомед. технологии и радиоэлектроника, 2006, №3, С. 61-72.
Ихлов Б.Л., Мельниченко А.В., Ощепков А.Ю. РЕЗОНАНСНОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ МОЛЕКУЛАМИ ДНК. Современные проблемы науки и образования. 2016. № 6. с. 571 (13 с.)
URL: https://www.science-education.ru/ru/article/view?id=25910.
18. Ихлов Б.Л., Мельниченко А.В., Ощепков А.Ю. Действие сверхвысокочастотного электромагнитного поля на микроорганизмы // Вестник новых медицинских технологий. 2017. Т.24, №2. С. 141-146.
19. Ихлов Б.Л., Ощепков А.Ю., Вольхин И.Л. О возможности применения нетепловой резонансной СВЧ в медицине. Вестник новых медицинских технологий. 2020. Т.27, №3. С. 99-102.
20. Boris L. Ikhlov. Resonant Absorption of Microwaves by Macromolecules. Open Access Library Journal. Vol. 9 No.3, March 2022. ID 1108489 DOI: 10.4236/oalib.1108489
Ikhlov B. L. Physics of The Interaction Between Extra High Frequencies and Spiral Macromolecules.
21. Journal of Preventive Medicine, Infectious Diseases & Therapy. Vol.1 Iss.1. P. 1-7.
https://wmjournals.com/InfectAgri.html
https://wmjournals.com/img/JPMIDT/JPMIDT-Ikhlov.pdf
22. Б. Л. Ихлов, А. А. Шурыгин, В. А. Дробкова. ВОЗМОЖНОСТЬ БАКТЕРИЦИДНОГО ДЕЙСТВИЯ СВЧ НА ШТАММЫ MYCOBACTERIUM AVIUM И MYCOBACTERIUM TUBERCULOSIS. Туберкулез и болезни легких. 2019. Т. 97. №1. С. 25-27. https://doi.org/10.21292/2075-1230-2019-97-1-25-27 ; https://www.tibl-journal.com/jour/article/view/1216 Scopus
POTENTIAL BACTERICIDAL ACTION OF UHF ON THE STRAINS OF MYCOBACTERIUM AVIUM AND MYCOBACTERIUM TUBERCULOSIS
DOI:10.21292/2075-1230-2019-97-1-25-27

23. Ихлов Б. Л. и др. Резонансное поглощение микроволн молекулами ДНК. Радиационная биология. Радиоэкология. 2022. Т. 62. №6. С. 628–632.
24. Ковалева А. Н., Маневич И. Л., Мусиенко А. А., Савин А. В. Низкочастотные локализованные колебания двойной спирали ДНК. Высокомолекуляр. соединения. 2009. Сер. А. Т. 51. №7. С. 1174-1188.
25. Belyaev I. Non-thermal Biological Effects of Microwaves. Microwave Review. 2005. No. 11(2). P. 13-29.
26. Текуцкая Е. Е., Василиади Р. В. Структурные повреждения ДНК лимфоцитов периферической крови человека под воздействием физических факторов. Экология человека. 2017. №12. С. 9-14.
27. Szu-Chi Yang, Huan-Chun Lin, Chi;Kuang Sun Efficient Structure Resonance Energy Transfer from Microwaves to Confined Acoustic Vibrations in Viruses. Nature. December 2015. Scientific Reports, 9. P. 1-10.