CC BY
210УДК 636:612.336.3
Н.В. Мурленков, аспирант N.V. Murlenkov, Post-graduate student ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина»,
Орел, Россия
Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V Parakhin", Orel, Russia e-mail: [email protected]
ПРОБЛЕМЫ И ФАКТОРЫ РАЗВИТИЯ АНТИБИОТИКОРЕЗИСТЕНТНОСТИ
В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
(Problems and factors of development of antibiotic resistance in agriculture)
Применение антибиотиков показало хорошие результаты в медицине, после чего их стали активно использовать в различных сферах сельского хозяйства. Одной из таких сфер стало животноводство, причем использовались антибиотики не только для лечения, но и для профилактики, обработки помещений содержания и более активного набора мышечной массы. Эффективность животноводства возросла, но споры относительно пользы этих препаратов в сельском хозяйстве не утихают уже долгое время. В мировом сообществе преобладает тенденция отказа и снижения проблемы резистентности, меняется структура рынка и разрабатываются новые решения на замену. На российском рынке антибиотики занимают довольно прочную позицию. В статье изложен материал о последствиях бесконтрольного применения антибиотиков в ветеринарной практике и животноводстве, формировании антибиотикорезистентности бактерий и последствиях для организма человека.
Ключевые слова: антибиотикорезистентность, антибиотики, животноводство, сельское хозяйство.
Отрасль животноводства является одним из крупнейших потребителей антимикробных препаратов, большую долю из которых составляют антибиотики. Большинство мутантных штаммов и антибиоти-корезистентности микроорганизмов происходят из животноводческих комплексов [6]. Поэтому жесткий контроль и использования современных антибиотических препаратов крайне необходимы. Это способствует уменьшению развития антибиотикорезистентности микроорганизмов и суперинфекции у людей и животных.
Антибиотикорезистентность - это способность микробов противостоять действию антимикробных средств, в том числе антибиотиков. С 2000-х годов Всемирная организация здравоохранения называет антибиотикорезистентность одной из самых серьезных угроз для здоровья животных и человека [1].
Современное производство продукции животного происхождения требует сосредоточения значительного количества особей в ограниченном пространстве. Это, в свою очередь, приводит к быстрому распространению и развитию инфекционных процессов, бактериальной и вирусной этиологии. Животноводческие предприятия в большинстве случаев с лечебной и профилактической целью применяют значительные количества антибиотических препаратов микробного происхождения [2]. Также их используют в гуманной
The use of antibiotics showed good results in medicine, after which they began to be actively used in various fields of agriculture. Animal husbandry has become one of these areas, and antibiotics have been used not only for treatment, but also for prevention, treatment of facilities and a more active set of muscle mass. The efficiency of animal husbandry has increased, but the debate about the benefits of these drugs in agriculture has not subsided for a long time. The world community is dominated by the trend of failure and reducing the problem of resistance, the market structure is changing and new replacement solutions are being developed. On the Russian market, antibiotics occupy a fairly strong position. The article describes the consequences of the uncontrolled use of antibiotics in veterinary practice and animal husbandry, the formation of antibiotic resistance of bacteria and the consequences for the human.
Keywords: antibiotic resistance, antibiotics, animal husbandry, agriculture.
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 пан-резистентные 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 полирезистентных 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)
мясо жир печень почки молоко яйца
Амоксицилин 0,5 0,04 -
Ампицилин 0,05 0,004 -
0,15 - для КРС и кроликов,
Бацитрацин не допускается 0,1 -
(<0,2) - для остальных
Галофугион 0,01 0,025 0,03 0,001 0,006
Левомицетин не допускается (<0,0003)
Неомицин 0,5 5 1,5 0,5
Оксациллин 0,3 0,03 -
Оксолиновая кислота 0,1 0,05 0,15 - -
Стрептомицин 0,5 1 не допускается (<0,2) 0,5
Пенициллин V 0,25 - для свиней, 0,025 - для птицы - -
Эритромицин 0,2 0,04 0,15
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. Про-биотики и фитобиотики - альтернативные варианты, однако они увеличивают затраты и себестоимость продукта [1, 11]. Ответственные производители используют 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.
Литература
1. Антибиотикорезистентность и пробиотикоте-
рапия В.А.Несчисляев [и др.] // Гастроэнтерология. 2017. № 1. С. 94-94c.
2. Антибиотикорезистентность как глобальная
проблема общества XXI века / К.В.Зеленая [и др.] Научно-методический электронный журнал «Концепт». 2017. № Т42. С. 38-41.
3. Антибиотикорезистентность: эволюционные
предпосылки, механизмы, последствия / О.И. Захарова [и др.] // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2018. № 3 (64). С. 13-21.
4. Антибиотикочувствительность и антибиотико-
резистентность патогенных и условно-патогенных энтеробактерий, выделенных из кишечника новорожденных теля / Д.А. Желя-бовская [и др.] // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2017. № 11 (134). С. 27-33.
5. Евразийская экономическая комиссия // URL:
http://www. eurasiancommission. org Дата обращения 10.08.2019
6. Животноводство стремится сократить использо-
вание антибиотиков / М. Сазонов [и др.] // Комбикорма. 2018. № 6. С. 77-79.
7. Зимина Н.Г., Поджидаева С.В. Антибиотикоре-
зистентность микроорганизмов и молекуляр-но-генетический методов // Современные аспекты здравоохранения: достижения и перспективы: материалы 52-й межрегиональной научно-практической медицинской конференции. Ульяновск, 2017. С. 140-142.
8. Лумбунов С.Г., Ешижамсоева С.Б., Уханаева
А.Л. Экологическая безопасность кормов и продукции животноводства // Вестник Бурятской государственной сельскохозяйственной
академии им. В.Р. Филиппова. 2018. № 3 (52). С. 156-160.
9. Макаров Д. Назад в доантибиотиковую эру? //
Наука и жизнь. №5 С. 75-80
10. Неклюдов Н.А., Чепелова Н.К. Антибиотикоре-
зистентность у бактерий: поиск инновационных путей преодоления // World science: problems and innovations: сборник статей XIX международной научно-практической конференции. Пенза, 2018. С. 287-289.
11. Панасенко Н.А. Состояние рынка фитобиотиков
в России // Актуальные научно-технические средства и сельскохозяйственные проблемы: материалы II национальной научно-практической конференции. Кемерово, 2019. С. 152-157.
12. Проблема резистентности к антибиотикам воз-
будителей болезней, общих для человека и животных / А.Н. Панин [и др.] // Ветеринария, зоотехния и биотехнология. 2017. № 5. С. 18-24.
13. Тумгоева Р.А. Антибиотикорезистентность -
угроза национальной безопасности // Аллея науки. 2017. Т. 3. № 13. С. 25-29.
14. Устойчивость микробов к антибиотикам -
глобальная проблема человечества // URL: http ://www.vgnki. ru/ustoj chivost-mikrobov-k-antibiotikam-globalnaya-problema-chelovechestva2. html Дата обращения 10.08.2019
15. Шульга Н.Н., Шульга И.С., Плавшак Л.П.
Антибиотики в животноводстве - пути решения проблемы // Тенденции развития науки и образования. 2018. № 35-4. С. 52-55.
Поступила в редакцию: 20.08.2019 г.
Мурленков Никита Вячеславович*, аспирант кафедры частной зоотехнии и разведения сельскохозя йственных животных, ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н. В. П арахина», e-mail: [email protected]
Murlenkov Nikita Vyacheslavovich, post-graduate student of the Department of zooingering and animals breeding , Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian Un iversity named after N.V Parakhin". e-mail: [email protected]
* - научный руководитель: Шендаков Андрей Игоревич,
д. с.-х., профессор ФГБОУ ВО Орловский ГАУ [email protected], тел. 8-953-816-78-84
