बैक्टीरिया, कैंसर नहीं, आतंकवादियों और आपदाओं ने बड़ी संख्या में लोगों के जीवन का दावा किया। अकेले यर्सिनिया पेस्टिस (प्लेग वैंड) के कारण 150 मिलियन लोग मारे गए। एंटीबायोटिक्स लेना बैक्टीरिया के संक्रमण से निपटने का मुख्य तरीका है। लेकिन क्या होगा अगर दवाएं काम करना बंद कर दें?

यह एक बयानबाजी नहीं है और एक परिकल्पना मॉडलिंग के लिए एक परिचयात्मक नहीं है, लेकिन जीवाणु प्रतिरोध में वृद्धि की पृष्ठभूमि के खिलाफ निकट भविष्य में एक वास्तविक स्थिति है। विश्व स्वास्थ्य संगठन (डब्ल्यूएचओ) और राष्ट्रीय सेवाओं की कार्रवाई की एक सामान्य योजना है, लेकिन किसी भी राज्य में एक जीवाणु महामारी को रोकने के लिए एक विस्तृत एल्गोरिदम नहीं है।

हम आसन्न तबाही के कारणों के बारे में बात करेंगे, साथ ही संबंधित विषयों - जीनोमिक्स, गणित और वायरोलॉजी की सहायता से चिकित्सा गतिरोध से बाहर निकलने का एक तरीका खोजने के प्रयासों के बारे में।

जीवन के विरुद्ध

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यहां तक ​​कि प्राचीन समय में, डॉक्टरों ने फफूंदी लगी रोटी की मदद से घावों का इलाज किया। प्राचीन मिस्र में मौजूद सैकड़ों औषधि में से, बासी रोटी कुछ प्रभावी उपचारों में से एक थी - मोल्ड से एक एंटीबायोटिक ने सूजन से राहत दी।

सूक्ष्मजीवों की वृद्धि और विकास के बारे में कोई विचार नहीं होने के कारण, मिस्रियों ने आंख मूंद कर काम किया। मध्य युग में, डॉक्टरों ने सफल अभ्यास के बारे में पूरी तरह से भूल गए और किसी का इलाज किया जो एक महान सौदा है, खासकर रक्तपात के शौकीन।

केवल XIX सदी के अंत में। कई शोधकर्ताओं ने स्वतंत्र रूप से पेनिसिलिन के उद्भव का मार्ग प्रशस्त करते हुए जीनस पेनिसिलियम के सांचों का अध्ययन करना शुरू किया। यह जल्द ही स्पष्ट हो गया कि कवक से प्राप्त पदार्थ कई रोगजनक सूक्ष्मजीवों के खिलाफ सक्रिय हैं।

ब्रिटिश जीवाणुविज्ञानी अलेक्जेंडर फ्लेमिंग ने 30 सितंबर, 1928 को पेनिसिलिन की खोज की घोषणा की। 1938 में, वैज्ञानिकों ने ऑक्सफोर्ड में शुद्ध पेनिसिलिन को अलग कर दिया और पहले से ही 1941 में जीवाणु संक्रमण के इलाज के लिए दवा का उपयोग किया गया था। 1945 में, फ्लेमिंग को चिकित्सा के क्षेत्र में उनकी सेवाओं के लिए नोबेल पुरस्कार मिला।

पहले एंटीबायोटिक दवाओं की कार्रवाई (ग्रीक से "एंटी" के खिलाफ - "बायोस" - जीवन) जीवाणु के बाहरी कोशिका झिल्ली के निर्माण में शामिल अणुओं के संश्लेषण के दमन पर आधारित है।


वीडियो दिखाता है कि बैक्टीरिया (स्क्रीन के बाईं ओर) शाब्दिक रूप से फट जाता है जब पेनिसिलिन को जोड़ा जाता है - एंटीबायोटिक-पतला सेल की दीवारों में इंट्रासेल्युलर दबाव नहीं हो सकता है। सौभाग्य से, मानव और पशु कोशिकाओं की झिल्ली की संरचना बैक्टीरिया से अलग है।

दक्षता जाल

प्रति हजार लोगों में एंटीबायोटिक्स की दैनिक खुराक , विभिन्न आय स्तरों वाले देशों में वितरित की जाती है।

एंटीबायोटिक प्रतिरोध को विकसित करने के संभावित खतरे, यानी एंटीबायोटिक दवाओं के लिए बैक्टीरिया प्रतिरोध, खुद अलेक्जेंडर फ्लेमिंग द्वारा इंगित किया गया था, लेकिन दशकों से चिकित्सा अनियंत्रित है। "मादक प्रभावकारिता" गलती हो गई - नई दवाओं ने ब्रोंकाइटिस, ओटिटिस मीडिया, नेत्रश्लेष्मलाशोथ, त्वचा संक्रमण, ग्रसनीशोथ, दस्त और प्लेग का इलाज किया।

आज, जीवाणुरोधी दवाएं गैस्ट्रिटिस, यौन संचारित रोगों और यहां तक ​​कि कुछ ट्यूमर को भी हरा देती हैं । डब्ल्यूएचओ विशेषज्ञों के अनुसार, विकसित देशों में, एंटीबायोटिक्स ने किसी व्यक्ति की औसत जीवन प्रत्याशा में लगभग 20 साल जोड़ दिए हैं। यह आश्चर्य की बात नहीं है कि अकेले अमेरिका में आज लगभग 17 हजार टन एंटीबायोटिक का सालाना उत्पादन किया जाता है।

ऐसा लगता है कि मानवता ने खुद को पृथ्वी पर सभी रोगाणुओं को हराने का लक्ष्य निर्धारित किया है, लेकिन इस विश्व युद्ध में लड़ाई हमारे पक्ष में नहीं है। एंटीबायोटिक्स एक सदी से भी कम समय के लिए रहे हैं, और बैक्टीरिया ग्रह पर 3 अरब वर्षों से रह रहे हैं, और हर 20 मिनट में नई पीढ़ी का निर्माण करते हैं।

2014 में, ब्रिटिश प्रधान मंत्री डेविड कैमरन के संरक्षण में बनाई गई परियोजना "एंटीमाइक्रोबियल प्रतिरोध की समीक्षा" 30 वर्षों के बाद एंटीबायोटिक प्रतिरोध से वैश्विक नुकसान के अनुमानित अनुमान प्रकाशित किए गए : सालाना 10 मिलियन मौतें कैंसर से अधिक हैं।

संयुक्त राज्य अमेरिका में सेंटर फॉर डिसीज डायनेमिक्स की एक रिपोर्ट ने अन्य दवाओं के प्रति प्रतिक्रिया के अभाव में निर्धारित अंतिम-पंक्ति दवाओं के प्रतिरोध के विकास में खतरनाक परिणाम दिखाए । जैसा कि लोग तेजी से एंटीबायोटिक दवाओं को अनियंत्रित रूप से लेते हैं, चिकित्सा सुविधाओं में उपचार उनकी प्रभावशीलता खो रहा है।

दुनिया के सभी क्षेत्रों के अस्पतालों से रिपोर्ट, विशेष रूप से विकासशील देशों में, जो लाइलाज या लगभग असाध्य संक्रमण की घटना को इंगित करते हैं, बहुत चिंताजनक हैं। अतीत में सस्ती दवाओं के साथ आसानी से इलाज किए जाने वाले सरल रोग घातक हो जाते हैं।

डब्ल्यूएचओ के अनुसार, XXI सदी में जीवाणुरोधी प्रतिरोध। मानव स्वास्थ्य, खाद्य सुरक्षा और सभ्यता के वैश्विक विकास के लिए सबसे गंभीर खतरों में से एक है।

संक्रामक foci

मेथिसिलिन प्रतिरोधी स्टैफिलोकोकस ऑरियस (मेथिसिलिन प्रतिरोधी स्टैफिलोकोक्यूरस, एमआरएसए) का वितरण - सेप्सिस और निमोनिया जैसे जटिल रोगों का प्रेरक एजेंट, अधिकांश एंटीबायोटिक दवाओं (प्रतिशत में) के लिए प्रतिरोधी है।

स्थिरता विकास की एक स्वाभाविक प्रतिक्रिया है, जो न केवल सूक्ष्मजीवों के लिए प्राकृतिक परिस्थितियों में निहित, गतिरोध से बाहर निकलने का एक तरीका है। कीटनाशकों के हमले के तहत जीवित रहने के लिए मातम "सीखते हैं", कीड़े प्रोटीन विषाक्त पदार्थों के एक अंतर्निहित जीन के साथ पौधों को खाने के लिए रास्ता तलाश रहे हैं, और एक व्यक्ति अपने दिमाग से रोगजनकों से लड़ता है - यह शक्तिशाली प्रक्रिया एक दूसरे के लिए सभी जीवित चीजों के अनुकूलन के साथ जुड़ी हुई है।

समस्या यह है कि बैक्टीरिया की पीढ़ी की लंबाई कई दिनों या घंटों तक होती है, और एक व्यक्ति दशकों तक रहता है। हम बहुत धीरे-धीरे अनुकूलित करते हैं। यहां तक ​​कि विज्ञान की मदद से विकास के पाठ्यक्रम पर नियंत्रण रखना, हमने एंटीबायोटिक के वितरण में मानव कारक को ध्यान में नहीं रखा, इसलिए:

• एक लंबे पाठ्यक्रम में अधिकतम संभव खुराक ली जाती है;
  
• दवा का उपयोग इसके इच्छित उद्देश्य (वायरल संक्रमण के उपचार के लिए) के लिए नहीं किया जाता है;
  
• एक रिजर्व बनाने के बिना एक ही दवाओं का बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है।
  

कई देशों में 50% से अधिक एंटीबायोटिक दवाओं का अनुचित उपयोग किया जाता है । "दोषियों" में वे सामान्य लोग हैं जो सभी बोधगम्य निर्देशों का उल्लंघन करते हैं, और अस्पताल के कर्मचारी, सैनिटरी नियमों के विपरीत, खुले घावों और कमजोर प्रतिरक्षा प्रणाली वाले रोगियों के बीच संक्रमण के प्रसार में योगदान करते हैं।

वापस XIX सदी में। अस्पतालों में, उन्होंने प्याज को बारीक काट लिया, जिससे प्रदूषित हवा में कुछ बैक्टीरिया मारे गए । आज, दस्ताने, गाउन और मास्क, हालांकि अनिवार्य सुरक्षा, को मध्य अफ्रीका में एक चिकित्सा संस्थान के वर्ग के अनुरूप एक सशर्त "शून्य" स्तर दिया जाना चाहिए।

एक आधुनिक अस्पताल में वायु शोधन, यूनिडायरेक्शनल एयर डिस्ट्रीब्यूशन सिस्टम, पराबैंगनी कीटाणुशोधन लैंप, प्राकृतिक ऑक्सीकरण एजेंटों के साथ फोटोकैटलिटिक फिल्टर के लिए HEPA फिल्टर (उच्च दक्षता पार्टिकुलेट एरेस्टेंस) से लैस किया जा सकता है।

रूस में अस्पतालों, प्रसूति अस्पतालों और अन्य चिकित्सा अस्पतालों के डिजाइन, उपकरण और संचालन के लिए स्वच्छ आवश्यकताएं बल्कि मामूली हैं , लेकिन अभी भी कभी-कभी उल्लंघन किया जाता है: कर्मचारियों के पास समय नहीं है या परिसर को पवित्र करना भूल जाता है, हालांकि यह एक पराबैंगनी दीपक और ब्लीच का उपयोग करने के लिए पर्याप्त है।

लाखों लोग अस्पतालों में या फ्लू और आम सर्दी के इलाज के लिए नए संक्रमणों को पकड़ रहे हैं। इसके अलावा, पशुधन और कृषि में जीवाणुरोधी दवाओं का उपयोग बढ़ रहा है।


पशुधन में एंटीबायोटिक दवाओं की वैश्विक खपत (मिलीग्राम में प्रति 10 किमी ibi)।

2018 में, Roskontrol ने सभी परीक्षण किए गए चिकन नमूनों में एंटीबायोटिक और रोगाणुरोधी एजेंटों की खोज की ।

संयुक्त राज्य में, किसानों द्वारा लगभग 80% एंटीबायोटिक दवाओं का उपयोग किया जाता है। यह आश्चर्य की बात नहीं है कि मुर्गियों, सूअरों और अन्य खाद्य जानवरों के आंतों के वनस्पतियों में एंटीबायोटिक्स प्रतिरोधी बैक्टीरिया की उच्च आवृत्ति से जुड़े होते हैं।

एंटीबायोटिक्स एक अस्पताल ड्रॉपर के माध्यम से, रक्त के रूप में, स्टीक के एक टुकड़े के साथ, राई की रोटी के एक ताजा पाव से भी दर्ज करते हैं, क्योंकि एंटीबायोटिक्स का उपयोग कुछ पौधों की बीमारियों का मुकाबला करने के लिए किया जाता है, और जानवरों द्वारा खाई जाने वाली दवाएं मल और पौधों के साथ मिट्टी और पौधों में प्रवेश करती हैं। मूत्र।

यह खतरा सभी को प्रभावित करता है - वैश्वीकरण ने दुनिया को महामारियों की चपेट में ले लिया है। लोग सुपर संक्रमणों से मर जाते हैं जो सभी उपलब्ध एंटीबायोटिक दवाओं के प्रतिरोधी हैं।

यूएस सेंटर फॉर डिसीज कंट्रोल एंड प्रिवेंशन की एक रिपोर्ट के अनुसार, अमेरिका में हर साल लाखों लोग एंटीबायोटिक-प्रतिरोधी बैक्टीरिया के संपर्क में आते हैं और कम से कम 23,000 संक्रमणों से मर जाते हैं।

वैश्विक स्तर पर, यह आंकड़ा आश्चर्यजनक है - सालाना 700 हजार पीड़ित।

महामारी के गणितीय मॉडल

1990-2016 के लिए। 146 मॉडल सबसे सामान्य प्रकार के रोगजनकों के कारण संक्रमण के विश्लेषण के लिए बनाए गए थे: एचआईवी, इन्फ्लूएंजा, मलेरिया, एमआरएसए, तपेदिक (पाई चार्ट का आकार अध्ययन की संख्या के लिए आनुपातिक है)।

गणितज्ञ और डेटा विज्ञान विशेषज्ञ अत्यधिक घातक तेजी से फैलने वाले संक्रामक रोगों से निपटने के लिए नए एल्गोरिदम को विकसित करने के लिए विशेष पूर्वानुमान मॉडल का उपयोग करते हैं।

कुछ साल पहले, लीसेस्टर यूनिवर्सिटी (इंग्लैंड) में भौतिकविदों की एक छात्र टीम ने ज़ोंबी महामारी के पैमाने की गणना करने के लिए इनमें से एक मॉडल का प्रस्ताव रखा था ।

जाहिरा तौर पर, सर्वनाश में जीवित रहने के लिए यह समस्याग्रस्त होगा: महामारी के फैलने के 100 दिनों के बाद, कम से कम एक व्यक्ति की 90% संभावना के साथ प्रतिदिन मरे में बदल जाने वाले लाश दुनिया भर में 200 लोगों को नहीं पकड़ पाएंगे।

इस अध्ययन का आधार एसआईआर का वास्तविक महामारी विज्ञान मॉडल था, क्योंकि 1927 में आबादी के बीच बीमारियों के प्रसार का वर्णन किया गया था। S → I → R, जहां S (t) अतिसंवेदनशील है, समय पर t, अतिसंवेदनशील स्वस्थ (अभी तक बीमार नहीं) की संख्या, I (t) संक्रमित है, समय पर रोगियों की संख्या t, R (t) बरामद हुई है, प्रतिरक्षा की संख्या समय पर बीमारी (उदाहरण के लिए, बीमार)।

इसके अलावा, पैरामीटर एन का उपयोग कभी-कभी किया जाता है - लोगों की संख्या, मॉडल द्वारा कवर किए गए लोगों की कुल संख्या: एस (टी) + आई (टी) + आर (टी)।


एक तेज प्रकोप अतिसंवेदनशील पूल को जल्दी से गिरा देता है। दिन एक्स अक्ष पर दिखाए जाते हैं, और वाई अक्ष पर जनसंख्या का प्रतिशत, जहां 1.0 = 100% है।

मॉडल आबादी को संक्रमित, संक्रमित और मृत / बरामद में विभाजित करता है। एसआईआर प्रसार और विलुप्त होने की आवृत्ति को भी ध्यान में रखता है जब एक आबादी में व्यक्ति एक दूसरे के संपर्क में आते हैं।


8-दिन ऊष्मायन अवधि के साथ SEIR मॉडल ।

शोधकर्ताओं ने SIR को कई बार संशोधित किया। उदाहरण के लिए, एसईआईआर मॉडल ने संक्रमित लेकिन अभी तक संक्रामक रोगियों (उजागर आबादी) के ऊष्मायन पैरामीटर प्राप्त नहीं किया। एसईआईआर तपेदिक के प्रकोप को मॉडल करने में मदद करता है, जो कि जीवाणु माइकोबैक्टीरियमब्यूटेरुलोसिस के कारण होता है।


इस मॉडल में, आबादी का 17% लगातार संक्रमित है।

एसआईएस से पता चलता है कि बचे लोग प्रतिरक्षा हासिल नहीं करते हैं, लेकिन अतिसंवेदनशील समूह में वापस आ जाते हैं। क्योंकि संक्रमण के बाद लोग अतिसंवेदनशील रहते हैं, यह बीमारी आबादी में स्थिर अवस्था में पहुंच जाती है।

सौभाग्य से, अधिकांश प्रतिरोधी बैक्टीरिया के लिए वितरण अनुसूची सीधे ज़ोंबी महामारी मॉडल की तुलना में नहीं हो सकती है। सिमुलेशन मॉडल में, अक्सर मानव व्यवहार, पर्यावरण और जीवाणु जीव विज्ञान के साथ इसकी बातचीत को ध्यान में नहीं रखते हैं।

यथार्थवादी एंटीबायोटिक-प्रतिरोधी बैक्टीरिया वितरण कार्यक्रम बनाने के लिए, लाखों अलग-अलग परिदृश्यों को ध्यान में रखा जाना चाहिए - दूरस्थ रूप से प्रक्रिया आधुनिक मौसम विज्ञान के समान है और जटिलता के संदर्भ में कई प्रसिद्ध गणितीय समस्याओं के लिए बाधाओं को देगा ।


ऑरेंज काउंटी, कैलिफ़ोर्निया में प्रतिरोधी बैक्टीरिया के प्रसार का अनुकरण: वर्गों - कोई विशिष्ट नियंत्रण उपाय नहीं; काली रेखाएं - थ्रेशोल्ड मूल्यों तक पहुंचने पर असंगत नियंत्रण के उपाय; ग्रे लाइनों - थ्रेशोल्ड मूल्यों पर समन्वित नियंत्रण।

ऊपर दिया गया चित्रण एक अच्छे मॉडल का एक उदाहरण है जो एक विशिष्ट शहरी जिले में 28 अस्पतालों और 74 नर्सिंग होम में फैलने वाले संक्रमण की संभावना की गणना करता है। मॉडल में, सभी संक्रमित लोग स्वास्थ्य सेवा पारिस्थितिकी तंत्र के माध्यम से आगे बढ़ते हैं: वे सैकड़ों लाखों बार डॉक्टरों, नर्सों, बिस्तरों, कुर्सियों और दरवाजों के साथ बातचीत करते हैं।

मॉडल से पता चलता है कि बिना संक्रमण नियंत्रण के रोगियों के नियमित परीक्षण, और सभी वाहकों के लिए संगरोध सहित उन्नत नियंत्रण उपायों के बिना, संक्रमण एक दशक के लिए लगभग हर अस्पताल में - एक निरंतर आधार पर पारिस्थितिकी तंत्र में प्रसारित होगा।

प्रतिरोध की महामारी विज्ञान में मॉडल के लिए डेटा एकत्र करते समय, एंटीवायरल पर विचार करना अतिरेक नहीं होगा। ब्रिटिश चिकित्सक एडवर्ड जेनर द्वारा पहला चेचक का टीका लगाने के कुछ ही समय बाद टीकाकरण आंदोलन उत्पन्न हुआ। 1885 में, शोधकर्ता की मृत्यु के 62 साल बाद, लगभग 100 हजार प्रदर्शनकारियों ने टीकाकरण विरोधी बैनर, बेबी कॉफिन और जेनर के भरवां जानवरों को ले जाने के लिए मार्च किया।

लगभग एक सदी और एक सदी बीत चुकी है, और चीजें अभी भी हैं - न्यूयॉर्क से मास्को तक खसरा का हालिया प्रकोप विरोधी टीकाकरण अभियान के विस्तार के साथ जुड़ा हुआ है। खसरा एक अत्यधिक संक्रामक वायरल बीमारी है, लेकिन बैक्टीरिया के संक्रमण के खिलाफ कई टीके बनाए जाते हैं।


एक जैविक सिम्युलेटर में संक्रमण का नक्शा।

यहां तक ​​कि खेल डेवलपर्स मानव मूर्खता के खिलाफ लड़ाई में शामिल हो गए हैं। सिम्युलेटर प्लेग इंक। खिलाड़ी को वायरस को संक्रमित करना चाहिए और एक महामारी में पृथ्वी की आबादी को नष्ट करना चाहिए। 2019 में, खेल के लिए एंटी-वैक्सीनेटर जोड़े गए। परिणाम एक दृश्य मॉडल था: विरोधी टीकाकरण आंदोलन दुनिया भर में महामारी के प्रसार को तेज करता है।

गणित इस सवाल का जवाब नहीं देता कि कैसे संगरोध से बचने वाले संक्रमण का विरोध किया जाए। एक महामारी संबंधी खतरे की स्थितियों के तहत, बैक्टीरिया का मुकाबला करने के नए तरीकों का विकास "आखिरी उम्मीद" का एक कदम बन जाता है - अगले भाग में हम बैक्टीरियल इंफेक्शन से बाहर निकलने का रास्ता खोजने के प्रयासों के बारे में बात करेंगे।