细菌而不是癌症，恐怖分子和灾难夺走了许多人​​的生命。 仅瘟疫耶尔森氏菌（瘟疫杖）导致1.5亿人死亡。 服用抗生素是抵抗细菌感染的主要方法。 但是，如果药物停止工作怎么办？

这不是一个关于假说建模的花言巧语的问题，也不是一个介绍性的问题，而是在可预见的未来，随着细菌抗性增加的现实情况。 世界卫生组织（WHO）和国家服务部门制定了共同的行动计划，但没有哪个州制定详细的算法来预防细菌性大流行。

我们将讨论即将发生的灾难的原因，以及在基因组学，数学和病毒学等相关学科的帮助下寻求摆脱医学僵局的方法的尝试。

反对生活

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即使在古代，医生也借助发霉的面包治疗化脓性伤口。 在古埃及存在的数百种药水中，陈旧的面包是为数不多的有效药物-霉菌中的抗生素确实可以缓解炎症。

由于不了解微生物的生长和发育，埃及人盲目行事。 在中世纪，医生完全忘记了成功的实践，并以极大的方式对待某人，尤其是喜欢放血的人。

仅在十九世纪末。 一些研究人员开始独立研究青霉属的霉菌，为青霉素的出现铺平了道路。 很快就清楚了从真菌获得的物质对许多病原微生物具有活性。

英国细菌学家亚历山大·弗莱明（Alexander Fleming）于1928年9月30日宣布发现青霉素。1938年，科学家在牛津大学分离出纯青霉素，并已在1941年将该药物用于治疗细菌感染。 1945年，弗莱明因在医学领域的服务而获得诺贝尔奖。

第一种抗生素的作用（字面意思是希腊语中的“抗”-“ bios”-生命）是基于抑制参与细菌外细胞膜构建的分子的合成。


该视频显示了添加青霉素时细菌（在屏幕左侧）是如何爆炸的-抗生素稀释的细胞壁不能包含细胞内压力。 幸运的是，人和动物细胞膜的结构不同于细菌。

效率陷阱

每千人每天的抗生素剂量 ，分布在不同收入水平的国家/地区。

亚历山大·弗莱明（Alexander Fleming）本人指出了发展为抗生素耐药性的潜在危险，即细菌对抗生素的耐药性，但数十年来，这种疗法一直不受控制。 “头痛的功效”成为了错误-新药治疗了支气管炎，中耳炎，结膜炎，皮肤感染，咽炎，腹泻和鼠疫。

如今，抗菌药物可以抵抗胃炎，性传播疾病甚至某些肿瘤 。 据世卫组织专家称，在发达国家，抗生素使一个人的平均寿命增加了大约20年。 毫不奇怪，仅在美国，每年就生产约17,000吨抗生素。

人类似乎已经设定了自己的目标，那就是击败地球上所有的微生物，但是这场世界大战中的战斗对我们不利。 抗生素存在不到一个世纪，细菌已经在地球上生活了30亿年，并且每20分钟就会产生新的一代。

2014年，在英国首相戴维·卡梅伦（David Cameron）的赞助下创建的“抗菌素耐药性审查”项目发表了对30年后全球抗生素耐药性损失的估计：每年1000万例死亡比癌症还多。

美国疾病动力学中心的一份报告显示 ，在对其他药物无反应的情况下，对处方中的最后一线药物产生耐药性的结果令人震惊。 随着人们越来越无法控制地服用抗生素，医疗机构的治疗正在失去其效力。

来自世界所有地区，尤其是发展中国家的医院的报告表明，发生了无法治愈或几乎无法治愈的感染。 过去容易用负担得起的药物治疗的简单疾病会致命。

根据世界卫生组织的说法，在二十一世纪具有抗菌性。 是对人类健康，粮食安全和全球文明发展的最严重威胁之一。

传染病灶

耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（耐甲氧西林金黄色葡萄球菌）的分布-复杂疾病（如败血症和肺炎）对大多数抗生素具有耐药性的病原体（百分比）。

可持续性是进化的自然反应，它是寻求摆脱僵局的一种方法，这种僵化不仅存在于微生物的自然条件中。 杂草在农药的攻击下“学习”生存，昆虫正在寻找一种食用具有蛋白质毒素内置基因的植物的方法，一个人用自己的思想与病原体作斗争-这个强大的过程与所有生物相互适应有关。

问题是细菌的产生时间是几天或几小时，一个人可以生存数十年。 我们适应得太慢了。 即使在科学的帮助下控制了进化过程，我们也没有考虑到抗生素分配中的人为因素，因此：

• 长期服用最大可能剂量；
  
• 该药物未用于预期目的（用于治疗病毒感染）；
  
• 大量使用相同的药物而没有保留。
  

在许多国家，超过50％的抗生素使用不当。 在“罪魁祸首”中，有违反所有可能的指示的普通人，而违反卫生规定的医院工作人员，则在伤口开放和免疫力减弱的患者之间传播感染。

早在十九世纪。 在医院，他们将洋葱切碎， 杀死了空气中的一些细菌。 如今，手套，礼服和口罩尽管是强制性保护，但应赋予有条件的“零”安全级别，以达到中非医疗机构的等级。

现代化的医院可以配备用于空气净化的HEPA过滤器（高效微粒捕集器），单向空气分配系统，紫外线消毒灯，带有自然氧化剂的光催化过滤器。

俄罗斯对医院，妇产医院和其他医疗医院的设计，设备和操作的卫生要求相当低，但有时仍被违反：工作人员没有时间或忘记对场所进行消毒，尽管使用紫外线灯和漂白剂就足够了。

数以百万计的人正在医院中感染新疾病，或正在服用抗生​​素来治疗流感和普通感冒。 此外，在畜牧业和农业中抗菌药物的使用正在增长。


牲畜的全球抗生素消费量 （每10 km 2毫克）。

在2018年，Roskontrol在所有测试的鸡样本中发现了抗生素和抗菌剂。

在美国，农民使用大约80％的抗生素。 毫不奇怪，抗生素与鸡，猪和其他食用动物的肠道菌群中高频率的耐药菌有关。

抗生素以片剂形式与一块牛排一起从医院的滴管进入血液，甚至从一块新鲜的黑麦面包中也从一块牛排中进入，这是因为抗生素被用来抵抗某些植物疾病，动物食用的药物随粪便进入土壤和植物。尿液。

威胁影响到每个人-全球化使世界容易受到流行病的侵袭。 人们死于对所有可用抗生素都有抗药性的超级感染。

根据美国疾病控制与预防中心的一份报告，美国每年有数百万人与抗生素抗药性细菌接触，至少有23,000人死于感染。

在全球范围内，这一数字令人震惊- 每年有 70万受害者。

流行病的数学模型

1990年至2016年。 创建了146个模型，用于分析由最常见的病原体类型引起的感染：HIV，流感，疟疾，MRSA，结核病（饼图的大小与研究数量成正比）。

数学家和数据科学专家使用特殊的预测模型来开发新算法，以应对高度致命的快速传播的传染病。

几年前，英国莱斯特大学的一个物理学家学生小组提出了其中一种模型来计算僵尸流行的规模。

显然，要在世界末日生存将是一个问题：疫情爆发后100天，每天有90％概率至少有一个人变成不死生物的僵尸将无法在全世界捕获300个人。

这项研究的基础是自1927年以来用于描述疾病在人群中的传播的SIR的实际流行病学模型。 S→I→R，其中S（t）是易感的，在t时刻易感的健康（尚未生病）的数量，I（t）被感染，在t的患者数量，R（t）被恢复，免疫的数量在时间t患病（例如生病）。

另外，有时会使用参数N-人数，该模型覆盖的人数总数：S（t）+ I（t）+ R（t）。


急剧爆发会很快耗尽易受感染的种群。 天在X轴上显示，人口百分比在Y轴上，其中1.0 = 100％。

该模型将人群分为感染，感染和死亡/恢复。 当人口中的个体相互接触时，SIR还考虑了传播和灭绝的频率。


SEIR 模型具有8天的潜伏期。

研究人员多次修改了SIR。 例如，SEIR模型接收受感染但尚未感染的患者（暴露人群）的孵育参数。 SEIR有助于模拟结核分枝杆菌引起的结核病暴发。


在此模型中，人口的17％被不断感染。

SIS显示，幸存者没有获得免疫力，而是返回到易感人群。 由于人们在感染后仍然易感，因此该疾病在人群中达到了稳定状态。

幸运的是，大多数抗药性细菌的分布时间表无法直接与僵尸流行模型进行比较。 在仿真模型中，大多数情况下通常不考虑人类行为，其与环境的相互作用以及细菌生物学。

为了制定出切实可行的抗菌素耐药性扩散时间表，有必要考虑数百万种不同的情况-远程过程类似于现代气象学，并且就复杂性而言，许多已知的数学问题都不成立。


加利福尼亚州奥兰治县的耐药菌传播模拟：正方形-没有具体的控制措施； 黑线-达到阈值时控制措施不一致； 灰线-协调控制阈值。

上图是一个很好的模型示例，该模型可以计算出感染扩散到典型市区的28家医院和74家疗养院的可能性。 在该模型中，所有感染者都在医疗保健生态系统中移动：他们与医生，护士，床，椅子和门互动数亿次。

该模型显示，如果没有加强的控制措施，包括定期检查患者的感染免疫力和对所有携带者进行隔离，感染将持续在生态系统中传播-几乎在每家医院都有十年之久。

在收集耐药性流行病学模型的数据时，考虑使用抗病毒药并不是多余的。 在英国医生爱德华詹纳（Edward Jenner）发明了第一种天花疫苗之后不久，疫苗接种运动就开始了。 在研究人员去世62年后的1885年，大约有10万示威者游行，他们抬着反疫苗横幅，婴儿棺材和詹纳的毛绒动物。

近一个半世纪过去了，事情仍然存在-最近从纽约到莫斯科的麻疹暴发与反疫苗接种运动的加剧有关。 麻疹是一种具有高度传染性的病毒性疾病，但是针对细菌感染却制造了许多疫苗。


生物模拟器中的感染图。

甚至游戏开发人员也加入了对抗人类愚蠢的斗争。 在模拟器Plague Inc. 玩家必须感染该病毒并在大流行中摧毁地球上的人口。 在2019年，游戏中增加了抗疫苗接种剂。 其结果是建立了视觉模型：抗疫苗接种运动加速了流行病在世界范围内的传播。

数学没有回答如何抵抗隔离所逃脱的感染的问题。 在流行病学威胁的条件下，开发对抗细菌的新方法成为“最后希望”的一步-在下一部分中，我们将讨论寻找摆脱细菌学死路的尝试。