تسببت البكتيريا ، وليس السرطان ، والإرهابيون والكوارث في مقتل عدد كبير من الناس. Yersinia pestis وحدها (الطاعون عصا) أسفرت عن وفاة 150 مليون شخص. إن تناول المضادات الحيوية هو الطريقة الرئيسية لمكافحة الالتهابات البكتيرية. لكن ماذا لو توقفت الأدوية عن العمل؟

هذا ليس سؤالًا بلاغيًا ، وليس سؤالًا تمهيديًا لنمذجة فرضية ، ولكنه موقف حقيقي في المستقبل المنظور على خلفية زيادة المقاومة البكتيرية. لدى منظمة الصحة العالمية (WHO) والخدمات الوطنية خطة عمل مشتركة ، لكن لا توجد لدى أي ولاية خوارزمية مفصلة للوقاية من الوباء الجرثومي.

سنتحدث عن أسباب الكارثة الوشيكة ، وكذلك عن محاولات لإيجاد مخرج من المأزق الطبي بمساعدة التخصصات ذات الصلة - الجينوميات والرياضيات وعلم الفيروسات.

ضد الحياة

( ج )

حتى في العصور القديمة ، عالج الأطباء الجروح القيحية بمساعدة الخبز المتعفن. من بين مئات الجرع التي كانت موجودة في مصر القديمة ، كان الخبز الذي لا معنى له أحد العلاجات الفعالة القليلة - مضاد حيوي من العفن يخفف من الالتهابات.

لعدم وجود فكرة عن نمو وتطور الكائنات الحية الدقيقة ، تصرف المصريون بشكل أعمى. في العصور الوسطى ، نسي الأطباء تمامًا الممارسة الناجحة وعالجوا شخصًا ما كثيرًا ، وخاصة مولعا بالدماء.

فقط في نهاية القرن التاسع عشر. بدأ العديد من الباحثين بشكل مستقل في دراسة قوالب من جنس البنسلوم ، مما يمهد الطريق لظهور البنسلين. سرعان ما أصبح من الواضح أن المواد التي تم الحصول عليها من الفطريات نشطة ضد العديد من الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض.

أعلن أخصائي البكتيريا البريطاني ألكسندر فليمنج عن اكتشاف البنسلين في 30 سبتمبر 1928. في عام 1938 ، عزل العلماء البنسلين النقي في أكسفورد ، وفي عام 1941 تم استخدام الدواء لعلاج الالتهابات البكتيرية. في عام 1945 ، تلقى فليمنج جائزة نوبل عن خدماته في مجال الطب.

يستند عمل المضادات الحيوية الأولى (حرفيًا من الحياة "المضادة" - اليونانية ، "الحيوية" - الحياة) إلى قمع تخليق الجزيئات المشاركة في بناء غشاء الخلية الخارجي للبكتيريا.


يُظهر الفيديو كيف تنفجر البكتيريا (على الجانب الأيسر من الشاشة) حرفيًا عند إضافة البنسلين - لا يمكن أن تحتوي جدران الخلايا الرقيقة بالمضادات الحيوية على ضغط داخل الخلايا. لحسن الحظ ، يختلف تركيب غشاء الخلايا البشرية والحيوانية عن غشاء البكتيريا.

فخ الكفاءة

الجرعة اليومية من المضادات الحيوية لكل ألف شخص ، موزعة عبر البلدان ذات مستويات دخل مختلفة.

أشار ألكساندر فليمنج نفسه إلى الخطر المحتمل لتطوير مقاومة المضادات الحيوية ، أي المقاومة البكتيرية للمضادات الحيوية ، ولكن على مدار عقود من الزمن لم يتم التحكم في العلاج. أصبحت "الفعالية المذهلة" هي الخطأ - الأدوية الجديدة التي تعالج التهاب الشعب الهوائية ، التهاب الأذن الوسطى ، التهاب الملتحمة ، التهابات الجلد ، التهاب البلعوم ، الإسهال والطاعون.

اليوم ، الأدوية المضادة للبكتيريا تهزم التهاب المعدة ، الأمراض المنقولة جنسيا وحتى بعض الأورام . وفقًا لخبراء منظمة الصحة العالمية ، أضافت المضادات الحيوية في البلدان المتقدمة تقريبًا 20 عامًا إلى متوسط ​​العمر المتوقع للشخص. ليس من المستغرب أن يتم إنتاج حوالي 17 ألف طن من المضادات الحيوية في أمريكا وحدها اليوم.

يبدو أن الإنسانية قد حددت لنفسها هدف هزيمة جميع الميكروبات على الأرض ، ولكن المعركة في هذه الحرب العالمية ليست في صالحنا. كانت المضادات الحيوية موجودة منذ أقل من قرن من الزمان ، وكانت البكتيريا تعيش على هذا الكوكب منذ 3 مليارات سنة ، وتنتج أجيالًا جديدة كل 20 دقيقة.

في عام 2014 ، نشر مشروع "مراجعة مقاومة مضادات الميكروبات" ، الذي تم إنشاؤه تحت رعاية رئيس الوزراء البريطاني ديفيد كاميرون ، تقديرات الخسائر العالمية الناجمة عن مقاومة المضادات الحيوية بعد 30 عامًا: 10 ملايين حالة وفاة سنويًا أكثر من السرطان.

أظهر تقرير صادر عن مركز ديناميات الأمراض في الولايات المتحدة نتائج مقلقة في تطور مقاومة أدوية الخط الأخير الموصوفة في غياب رد فعل على أدوية أخرى. مع تزايد تعاطي الناس للمضادات الحيوية بشكل لا يمكن السيطرة عليه ، يفقد العلاج في المنشآت الطبية فعاليتهم.

إن التقارير الواردة من المستشفيات في جميع مناطق العالم ، وخاصة في البلدان النامية ، والتي تشير إلى حدوث إصابات غير قابلة للشفاء أو شبه قابلة للشفاء ، تثير القلق الشديد. أصبحت الأمراض البسيطة التي عولجت بسهولة بأدوية ميسورة التكلفة في الماضي قاتلة.

وفقا لمنظمة الصحة العالمية ، مقاومة للجراثيم في القرن الحادي والعشرين. هو واحد من أخطر التهديدات لصحة الإنسان والأمن الغذائي والتنمية العالمية للحضارة.

بؤر معدية

توزيع المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين - MRSA) - العامل المسبب للأمراض المعقدة ، مثل التسمم والالتهاب الرئوي ، ومقاومة لمعظم المضادات الحيوية (في المئة).

الاستدامة هي استجابة طبيعية للتطور ، وهي محاولة لإيجاد مخرج من المأزق ، متأصلة في الظروف الطبيعية ليس فقط للكائنات الحية المجهرية. الأعشاب "تتعلم" من أجل البقاء على قيد الحياة تحت هجوم المبيدات الحشرية ، تبحث الحشرات عن طريقة لأكل النباتات التي تحتوي على جين مدمن من السموم البروتينية ، ويحارب الشخص مسببات الأمراض مع عقله - ترتبط هذه العملية القوية بتكييف جميع الكائنات الحية مع بعضها البعض.

المشكلة هي أن طول جيل البكتيريا يستغرق عدة أيام أو ساعات ، ويعيش الشخص على مدى عقود. نحن نتكيف ببطء شديد. حتى مع السيطرة على مجرى التطور بمساعدة العلم ، لم نأخذ في الاعتبار العامل البشري في توزيع المضادات الحيوية ، وبالتالي:

• يتم أخذ الجرعة القصوى الممكنة في دورة طويلة ؛
  
• لا يستخدم الدواء للغرض المقصود منه (لعلاج الالتهابات الفيروسية) ؛
  
• ويتم الاستخدام المكثف لنفس الأدوية دون عمل احتياطي.
  

أكثر من 50 ٪ من المضادات الحيوية في العديد من البلدان تستخدم بشكل غير صحيح. من بين "المذنبين" الأشخاص العاديون الذين ينتهكون جميع التعليمات التي يمكن تصورها ، ويساهم موظفو المستشفى ، على عكس القواعد الصحية ، في انتشار العدوى بين المرضى الذين يعانون من جروح مفتوحة وضعف الجهاز المناعي.

مرة أخرى في القرن التاسع عشر. في المستشفيات ، قطعوا البصل ناعما ، وقتلوا بعض البكتيريا في الهواء الملوث. اليوم ، يجب أن تُمنح القفازات والأردية والأقنعة ، على الرغم من الحماية الإلزامية ، مستوى "صفر" من الأمن الشرطي يتوافق مع فئة المؤسسة الطبية في وسط إفريقيا.

يمكن تجهيز مستشفى حديث بفلاتر HEPA (نظام عزل الجسيمات عالي الكفاءة) لتنقية الهواء ، وأنظمة توزيع الهواء أحادي الاتجاه ، ومصابيح التطهير بالأشعة فوق البنفسجية ، ومرشحات التحفيز الضوئي باستخدام عوامل مؤكسدة طبيعية.

المتطلبات الصحية لتصميم وتجهيز وتشغيل المستشفيات ، ومستشفيات الولادة والمستشفيات الطبية الأخرى في روسيا متواضعة إلى حد ما ، لكنها لا تزال تنتهك في بعض الأحيان: لا يتوفر للموظفين الوقت أو ينسون تعقيم المبنى ، على الرغم من أنه يكفي استخدام مصباح فوق البنفسجي والتبييض.

يصاب ملايين الأشخاص بعدوى جديدة في المستشفيات أو يتعاطون المضادات الحيوية لعلاج الأنفلونزا ونزلات البرد. بالإضافة إلى ذلك ، يتزايد استخدام الأدوية المضادة للبكتيريا في الماشية والزراعة.


الاستهلاك العالمي للمضادات الحيوية في الماشية (بالمليغرام لكل 10 كيلومتر مربع).

في عام 2018 ، اكتشف Roskontrol المضادات الحيوية والعوامل المضادة للميكروبات في جميع عينات الدجاج المختبرة.

في الولايات المتحدة ، يستخدم المزارعون حوالي 80 ٪ من المضادات الحيوية. ليس من المستغرب أن ترتبط المضادات الحيوية بتردد عالٍ من البكتيريا المقاومة في النباتات المعوية للدجاج والخنازير وغيرها من الحيوانات الغذائية.

تدخل المضادات الحيوية إلى مجرى الدم عبر قطارة في المستشفى ، على شكل قرص ، إلى جانب قطعة من اللحم ، حتى من رغيف خبز طازج ، حيث تستخدم المضادات الحيوية لمكافحة بعض الأمراض النباتية ، والأدوية التي تستهلكها الحيوانات تدخل التربة والنباتات مع البراز و البول.

يؤثر التهديد على الجميع - العولمة جعلت العالم عرضة للأوبئة. يموت الناس من الالتهابات الفائقة المقاومة لجميع المضادات الحيوية المتاحة.

وفقًا لتقرير صادر عن المراكز الأمريكية لمكافحة الأمراض والوقاية منها ، فإن ملايين الأشخاص في أمريكا يتعاملون مع البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية كل عام ، ويموت ما لا يقل عن 23000 شخص بسبب العدوى.

على المستوى العالمي ، الرقم مذهل - 700 ألف ضحية سنويًا .

النماذج الرياضية للأوبئة

عن 1990 - 2016. تم إنشاء 146 نموذجًا لتحليل الالتهابات التي تسببها أكثر أنواع مسببات الأمراض شيوعًا: فيروس نقص المناعة البشرية ، والإنفلونزا ، والملاريا ، MRSA ، والسل (حجم المخطط الدائري يتناسب مع عدد الدراسات).

يستخدم علماء الرياضيات وخبراء علوم البيانات نماذج تنبؤية خاصة لتطوير خوارزميات جديدة للتعامل مع الأمراض المعدية سريعة الانتشار الفتاكة.

قبل بضع سنوات ، اقترح فريق طلابي من علماء الفيزياء بجامعة ليستر (إنجلترا) أحد هذه النماذج لحساب حجم وباء الزومبي.

على ما يبدو ، سيكون من الصعوبة بمكان البقاء على قيد الحياة في نهاية العالم: بعد 100 يوم من تفشي الوباء ، لن تتمكن الزومبي الذين يتحولون إلى زحمة يومية مع احتمال بنسبة 90٪ لشخص واحد على الأقل من القبض على 300 شخص فقط في جميع أنحاء العالم.

كان أساس هذه الدراسة هو النموذج الوبائي الحقيقي لسير ، منذ عام 1927 يستخدم لوصف انتشار الأمراض بين السكان. S → I → R ، حيث S (t) يكون عرضة ، عدد الأشخاص الأصحاء (غير المصابين بعد) في الوقت t ، I (t) مصاب ، عدد المرضى في الوقت t ، R (t) يتعافى ، عدد المناعة لهذا المرض (على سبيل المثال ، سوء) في وقت ر.

أيضًا ، يتم استخدام المعلمة N أحيانًا - عدد الأشخاص ، إجمالي عدد الأشخاص الذين يغطيهم النموذج: S (t) + I (t) + R (t).


اندلاع حاد بسرعة تستنزف بركة حساسة. تظهر الأيام على المحور X ، والنسبة المئوية للسكان على المحور ص ، حيث 1.0 = 100 ٪.

يقسم النموذج السكان إلى المصابين ، المصابين ، والأموات / الشفاء. يأخذ SIR أيضًا في الاعتبار تواتر الانتشار والانقراض عندما يتواصل الأفراد من السكان مع بعضهم البعض.


نموذج SEIR مع فترة حضانة لمدة 8 أيام.

قام الباحثون بتعديل SIR عدة مرات. على سبيل المثال ، تلقى نموذج SEIR معلمة حضانة المرضى المصابين ولكن ليس بعد المعدية (السكان المعرضين). يساعد SEIR في نمذجة تفشي مرض السل الناجم عن بكتريا Mycobacteriumtuberculosis.


في هذا النموذج ، يصاب 17٪ من السكان باستمرار.

يظهر SIS أن الناجين لا يكتسبون المناعة ، لكنهم يعودون إلى المجموعة الحساسة. لأن الناس ما زالوا عرضة للإصابة بعد الإصابة ، فإن المرض يصل إلى حالة مستقرة بين السكان.

لحسن الحظ ، لا يمكن مقارنة جدول التوزيع لمعظم البكتيريا المقاومة مباشرة بنموذج وباء الزومبي. في نماذج المحاكاة ، غالبًا لا تأخذ في الاعتبار السلوك البشري وتفاعله مع البيئة والبيولوجيا البكتيرية.

لإنشاء جداول واقعية لانتشار البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية ، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار الملايين من السيناريوهات المختلفة - عن بعد تشبه هذه العملية الأرصاد الجوية الحديثة ومن ناحية التعقيد ستعطي احتمالات لكثير من المشكلات الرياضية المعروفة.


محاكاة انتشار البكتيريا المقاومة عبر مقاطعة أورانج ، كاليفورنيا: المربعات - لا توجد تدابير تحكم محددة ؛ خطوط سوداء - تدابير التحكم غير المتسقة عند الوصول إلى قيم العتبة ؛ خطوط رمادية - تحكم منسق بقيم العتبة.

الرسم التوضيحي أعلاه هو مثال لنموذج جيد يحسب احتمال انتشار العدوى إلى 28 مستشفى و 74 دار رعاية في منطقة حضرية نموذجية. في النموذج ، ينتقل جميع الأشخاص المصابين عبر نظام الرعاية الصحية: يتفاعلون مع الأطباء والممرضات والأسرة والكراسي والأبواب مئات الملايين من المرات.

يوضح النموذج أنه بدون تدابير التحكم المعززة ، بما في ذلك الاختبارات المنتظمة للمرضى للحصانة من العدوى ، والحجر الصحي لجميع الناقلين ، ستنتشر العدوى في النظام البيئي بشكل مستمر - في كل مستشفى تقريبًا لمدة عشر سنوات.

عند جمع البيانات لنماذج في وبائيات المقاومة ، لن يكون من الضروري التفكير في الأدوية المضادة للفيروسات. نشأت حركة التطعيم بعد وقت قصير من إنشاء أول لقاح ضد الجدري من قبل الطبيب البريطاني إدوارد جينر . في عام 1885 ، أي بعد مرور 62 عامًا على وفاة الباحث ، تظاهر حوالي 100 ألف متظاهر حاملين لافتات مضادة للتطعيم وتوابيت الأطفال وحيوانات جينر المحشوة.

لقد مر ما يقرب من قرن ونصف ، وما زالت الأمور قائمة - ترتبط حالات تفشي مرض الحصبة التي اندلعت مؤخرًا من نيويورك إلى موسكو بتفاقم حملة مكافحة التطعيم. الحصبة مرض فيروسي شديد العدوى ، ولكن يتم إنشاء العديد من اللقاحات ضد الالتهابات البكتيرية.


خريطة العدوى في جهاز محاكاة بيولوجية.

انضم مطورو اللعبة حتى في الحرب ضد الغباء البشري. في محاكاة الطاعون شركة يتعين على اللاعب إصابة الفيروس وتدمير سكان الأرض في جائحة. في عام 2019 ، تم إضافة مضادات التطعيم إلى اللعبة. وكانت النتيجة نموذجًا بصريًا: حركة مكافحة التلقيح تسرع انتشار الأوبئة في جميع أنحاء العالم.

لا تجيب الرياضيات على سؤال حول كيفية مقاومة العدوى التي تهرب من الحجر الصحي. في ظل ظروف التهديد الوبائي ، يصبح تطوير طرق جديدة لمواجهة البكتيريا خطوة "الأمل الأخير" - في الجزء التالي سنتحدث عن محاولات لإيجاد مخرج من المأزق الجرثومي.