Проблемы и факторы развития антибиотикорезистентности в сельском хозяйстве

медицине для лечения бактериальных заболеваний.

Первые препараты против болезнетворных бактерий – сульфаниламиды, пенициллин и др. – начали успешно применять в клинической практике в 30–40-е годы ХХ века, и уже тогда устойчивость к ним представляла собой проблему. Дело в том, что явление антибиотикорезистентности возникло задолго до открытия человечеством антибиотиков. Миллиарды лет бактерии и грибы вырабатывали антибиотики – вещества для борьбы с другими бактериями и грибами. Те, в свою очередь, приобретали механизмы защиты от этих соединений [9].

Молекулярных механизмов защиты микроорганизмов от антибиотиков не так много. Они всегда связаны с изменениями в генах, и устойчивость к антибиотикам наследуется, переходя из поколения в поколение. Клетка микроорганизма может приобрести устойчивость к антибиотику двумя способами. Первый – случайное изменение генов, то есть мутация. Антибиотик часто действует на микроорганизм, связываясь с мишенью – молекулой белка внутри клетки – и не давая ей выполнять свои функции. Такой мишенью может быть, например, фермент, при помощи которого протекают какие-то жизненно важные для клетки биохимические реакции. Мутация, произошедшая в гене-мишени, может так её менять, что антибиотик потеряет или ухудшит способность связы- ваться с ней и утратит свою силу. Второй путь приобретения устойчивости для бактериальной клетки -получить гены устойчивости от другой клетки. Например, клетка может приобрести гены ферментов, разрушающих молекулы антибиотика, или гены специальных белков-насосов, которые выкачивают антибиотик из клетки наружу, предотвращая его губительное действие. Однако для закрепления и сохранения антибиотикорезистентности на уровне популяции микробов необходимо воздействие на популяцию самого антибиотика, создающего селективное (то есть осуществляющее отбор) давление, в результате которого выживают лишь клетки, обладающие устойчивостью. Выиграв конкурентную борьбу, они размножаются, распространяются и передают свои гены дальше [7, 9]. Чтобы устойчивые клетки получили преимущество, количество антибиотика должно быть в определённом диапазоне [2], ведь, если доза слишком мала, антибиотик не будет подавлять ни устойчивые, ни чувствительные бактериальные клетки, и никакая селекция не произойдёт, а слишком большая доза, наоборот, начнёт подавлять даже устойчивые клетки, и они вновь не получат никакого преимущества.

В природе гены устойчивости к антибиотикам часто выполняют и другие, никак не связанные с антибиотиками функции. Например [9], белки-насосы, выводящие антибиотики из клетки, могут быть нужны для избавления её и от других токсичных соединений. В таком случае их гены распространяются и в отсутствии воздействия антибиотиков. Разнообразие генов устойчивости к антибиотикам в природе чрезвычайно велико. С начала применения различных классов антимикробных средств в медицине и ветеринарии селективное давление на микроорганизмы, вызывающие заболевания человека и животных, чрезвычайно возросло - в первую очередь это относится к больничным микробам. В условиях всё увеличивающихся масштабов применения антимикробных средств распространение антибиотикорезистентности было всего лишь вопросом времени [10].

Если до начала использования антибиотиков гены антибиотикорезистентности у бактерий находились преимущественно на хромосоме, то теперь чаще располагаются на плазмидах - маленьких кольцевых молекулах ДНК, которые могут легко передаваться от одной бактерии к другой. Посредством плазмид гены устойчивости передаются от микроба к микробу не только одного вида, но и других. В частности, болезнетворные бактерии могут получить такие гены от микрофлоры кишечника животных и даже от свобод-ноживущих бактерий окружающей среды [7]. При этом плазмиды могут нести гены устойчивости сразу к нескольким различным классам антимикробных средств [9]. Свойство множественной устойчивости делает болезнетворные бактерии особенно опасными. К сожалению, встречаются даже так называемые панрезистентные бактерии, то есть устойчивые сразу ко всем видам эффективных против них препаратов [12]. Определяемое плазмидами свойство устойчивости обратимо: в отсутствие селективного давления клетка может плазмиду потерять, чтобы не тратить ресурсы на поддержание ненужного генетического материала. Помимо плазмид существуют и другие формы и механизмы передачи генов устойчивости, например через поражающие бактерии вирусы - бактериофаги.

Есть предположение, что сельскохозяйственные фермы наряду с различными медицинскими учреждениями служат основными источниками полирези-стентных видов болезнетворных бактерий (микроорганизмы, устойчивые ко всем классам антибиотиков). Механизм этого явления может быть следующим. На фермах патогенные для человека бактерии встречаются с почвенными бактериями. Устойчивость у патогенов в таких условиях возникает гораздо быстрее, так как путём горизонтального переноса генов (обмен генетической информацией между бактериями разного вида), она приобретается именно от почвенных бактерий [8, 15]. В почве проживает очень большое разнообразие видов микроорганизмов, и они постоянно конкурируют друг с другом за ресурсы, вырабатывая антибиотики. Собственно, путём культивирования в основном именно почвенных бактерий и разработали следующие за пенициллином классы антибиотиков. Соответственно среди них постоянно циркулируют и гены устойчивости к антибиотикам.

Также вследствие избыточного использования антибиотиков, устойчивость к ним появилась не только у болезнетворных бактерий, но и у так называемых условно патогенных микроорганизмов, которых гораздо больше, и в норме они не опасны для человека, но при ослаблении иммунитета способны вызывать болезнь. В ряде стран принимаются законы, призванные обеспечить рациональное применение противо-микробных препаратов в различных сферах народного хозяйства. К примеру [2], с 2006 года в Евросоюзе на законодательном уровне запрещено использование антибиотиков в профилактических целях в животноводстве. В США такой закон вышел совсем недавно. Так в США 80% от всего количества выпускаемых антибиотиков шло на нужды животноводства, причём около 60% из них - это те же соединения, что применяются и в медицине. Их применение запрещено с 01.01.2017. В сфере животноводства ограничивают использование в первую очередь критически важных для медицины антибиотиков, резистентность к которым фатальна (табл. 1) [5].

Лидеры по уменьшению применения антибиотиков в животноводстве - страны Северной и Западной Европы: Нидерланды, Дания, Норвегия, Франция, Бельгия, Германия и др. Например, в Нидерландах общий объём применяемых в животноводстве антибактериальных средств с 2007 года удалось снизить на 70%. В Дании (и не только) для животных практически не применяют критически важные для медицины антибиотики. В Норвегии использование антибактериальных средств при выращивании рыбы уменьшили на 99% по сравнению с пиковыми значениями 1987 года. При этом избежать убытков фермерам в этих странах позволяет ужесточение санитарных мер [4, 9].

Таблица 1 – Максимально допустимые уровни содержания остатков антибиотиков (мг/кг)

ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения) тоже непрерывно трудится над предотвращением распространения устойчивости к антибиотикам. В мае 2015 года она одобрила глобальный план действий по решению проблемы резистентности, предусматривающий конкретные шаги по его реализации в национальных программах стран. По этим вопросам ВОЗ активно работает с такими союзами, как Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций и Всемирная организация здоровья животных.

Согласно публикации итальянских исследователей в журнале «Ланцет», вышедшей в 2019 году, урон жизни и здоровью населения одной только Европы за 2007-2015 годы удвоился [14]. Кроме того, согласно прогнозам британского экономиста Джима О’Нила, если к 2050 году ситуация не изменится, ежегодно из-за антибиотикорезистентности будут умирать более 10 млн. человек.

По результатам систематического обзора, опубликованным сегодня в журнале «The Lancet Planetary Health», мероприятия по ограничению применения антибиотиков в продовольственном животноводстве привели к уменьшению количества устойчивых к антибиотикам бактерий у этих животных на целых 39%. Результаты этого исследования были непосредственно использованы при разработке новых руководящих принципов ВОЗ [13].

В научной сфере отношение к инициативе отказа от антибиотиков – положительное. Слабые стороны заключаются в неспособности противостоять остро-возникающим инфекционным заболеваниям. А также наличие у поголовья животных скрытых инфекций. В остальных случаях можно использовать препараты на основе растительного сырья, которые имеют антибактериальный эффект. На сегодняшний день рынок насыщен препаратами, которыми возможно заменить часть антибиотиков, но не в полном объеме. Исключить содержание антибиотиков в готовой продукции возможно, исключить их применение – нет. Антибиотики сегодня занимают порядка 80% всех применяемых в животноводстве лекарственных средств [3]. Таким образом, абсолютно доверять добровольной сертификации нельзя, ведь отсутствие антибиотиков в конечной продукции не означает, что их не применяли в процессе выращивания животных.

Частичный отказ от антибиотиков уменьшит себестоимость производимой продукции [6], но только если будут созданы идеальные условия по содержанию и кормлению поголовья. Государственный контроль за содержанием антибиотиков недостаточен, так как нет методик определения всех применяемых в животноводстве антибиотиков и их подгрупп. Чувствительность существующих методов очень низкая. Исследования дорогостоящие. Проверить можно не на все группы антибиотиков, не говоря о подгруппах.

Кроме того, надо сказать, что на промышленных животноводческих предприятиях, чтобы поддерживать и развивать производственные показатели, невозможно обойтись без лекарственных средств.

Во-первых, используемые высокопродуктивные кроссы птицы и породы свиней генетически уязвимее и требуют поддержки в плане профилактики инфекционных заболеваний. Во-вторых, большой масштаб производства заставляет принимать превентивные меры, ведь если в стадо попадает одно заболевшее животное, теоретически под угрозу может попасть все поголовье, а это уже риски для бизнеса. Сейчас, когда в разных регионах страны фиксируются вспышки птичьего гриппа [12], как никогда актуальным становится вопрос о тщательном контроле биобезопасности, создании оптимальных условий для кормления и содержания животных, автоматизации процессов. Пробиотики и фитобиотики – альтернативные варианты, однако они увеличивают затраты и себестоимость продукта [1, 11]. Ответственные производители ис пользуют минимально возможное количество антибиотиков на начальном этапе выращивания животных, не допуская наличия остатков препаратов перед убоем. Как правило, период между прекращением использования антибиотиков и непосредственным убоем для птицы составляет две недели, для свиней – два месяца. Перед убоем в организме животных не должно оставаться следов каких-либо антибактериальных препаратов, мясо на 100% должно быть безопасным [10]. Контроль наличия остатков ветпрепаратов в конечном продукте системно осуществляет аккредитованная Россельхознадзором государственная лаборатория. Сегодня около 90% промышленных производителей мяса используют в производстве лекарственные пре- параты. Остальная часть пользуется пробиотиками и фитобиотиками – альтернативными инструментами обеспечения здоровья животных. Однако при использовании альтернатив необходимо учитывать, что это увеличивает затраты и себестоимость продукта. При применении фитобиотиков необходимо снизить плотность посадки животных – это уменьшает выход мяса с одного кв. м. То есть исключение антибиотиков возможно, однако это приведет к удорожанию продукции.