Когда определенная бактерия начинает вырабатывать устойчивость к антибиотику, помимо спонтанных мутаций, могут происходить и другие события, что в конечном итоге приводит к развитию устойчивости к разным препаратам. При хроническом воздействии гены устойчивости к антибиотикам, которые присутствовали у бактерий во внешней среде, упаковываются в плазмиды, которые могут быть переданы человеческим патогенам. Подобно самореплицирующимся белкам-прионам (см. главу 19), плазмиды являются самыми вездесущими загрязнителями, связанными с устойчивыми к антибиотикам бактериями[14]. Плазмиды способны к саморепликации (через встраивание в бактериальную клетку) и перемещениям на большие расстояния и с трудом исчезают из популяции бактерий, даже если в среде не остается никаких антибактериальных агентов.

Так же как и у насекомых, у бактерий происхождение генов устойчивости к антибиотикам не связано напрямую с их воздействием. Единственная коллекция бактерий, которая сохранилась с доантибиотической (до 1954 г.) эры, – это коллекция энтеробактерий Мюррея. Устойчивость к антибиотикам у этих образцов минимальна, что подтверждает тот факт, что она существовала до начала широкого применения антибиотиков, но также и то, что случаи их воздействия были крайне редкими. Устойчивость к антибиотикам была также обнаружена у бактерий, собранных в удаленных уголках планеты, где присутствие антибиотиков маловероятно. Например, в образцах, собранных из осадочных пород в двух разных местах на глубине 170 м и 259 м под поверхностью земли, было обнаружено более 150 различных штаммов бактерий, 90 % которых обладали устойчивостью хотя бы к одному антибиотику.

Преобладание устойчивых к антибиотикам генов, прямо связанных с человеком, раскрывает несколько иную историю, чем сохранение устойчивости в образцах из внешней среды. Этот вывод был сделан на основании оценки наличия устойчивости к антибиотикам у бактерий из человеческих популяций, проживающих в достаточно изолированной среде, например в горных деревнях Непала и Боливии. Несмотря на то что добраться до этих деревень можно только пешком за много часов, кишечные бактерии-комменсалы у местного населения проявляют устойчивость к наиболее старым из известных антибиотиков, в частности тетрациклину, пенициллину и ампициллину. Еще более важно то, что, несмотря на удаленность деревень, местные бактерии по устойчивости ближе всего к бактериям самых близких к деревням городских районов вне зависимости от расстояния до них. Самое простое объяснение этому – случающиеся время от времени контакты между жителями деревень и наиболее близких к ним городов, благодаря которым происходит распространение генов устойчивости и несущих их бактерий.

В свете распространения устойчивости к антибиотикам наибольшую тревогу вызывает судьба и транспорт плазмид, содержащих соответствующие гены. Антропогенные химические вещества (антибиотики) привели к широкому распространению биологических агентов (плазмид), которые способны перемещаться в окружающей среде (с бактериальными клетками или самостоятельно) на большие расстояния, попадая таким образом в самые отдаленные уголки, где могут причинять ущерб. Естественно, ученые опасаются, что эти гены могут попадать в клетки подходящих патогенных микроорганизмов и создавать у них устойчивость к антибиотикам даже там, где они ранее не применялись. Переносящие гены устойчивости плазмиды – это не химические вещества, но и не инфекционные агенты, подобные прионам. Так что плазмиды являются еще одним примером того, насколько расширились границы и предмет токсикологии со времен Парацельса и его простой зависимости реакции от дозы.

Обозревая огромное поле дисциплин, связанных с токсикологией, я часто ловлю себя на мысли: почему никто не рассказал мне о некоторых важных моментах раньше? Например, для меня не было сразу очевидно, что транспортные белки и металлотионеины не всегда могут отличить одни металлы от других из той же группы периодической системы. Я понял это лишь через некоторое время. Точно так же я долго мучился с идеями липофильности и биотрансформации и только потом понял их фундаментальную роль в токсикологии. В этой книге я стремился вывести эти понятия на первый план, чтобы они сразу стали доступны не только ученым и студентам, но и интересующимся людям из других сфер деятельности.

Я надеюсь, что, прочитав эту книгу, вы разобрались в основах токсикологии и в самых насущных проблемах, связанных сегодня с химическими веществами. Однако я осознаю, что токсикология – сложная наука, все более расширяющая свои границы с появлением новых веществ и открытием токсических реакций, незаметных сразу. И, как и в любом приличном научном исследовании, многие из вопросов, которые я пытался осветить, распадались на целый ряд подвопросов.

Возьмем, к примеру, главу о частицах. Самые мелкие из упомянутых мной – фракция PM2,5, то есть частицы размером 2,5 мкм и меньше. Естественно, это упрощение, так как этот класс частиц можно делить и дальше на большее количество фракций, среди которых будут, в частности, наночастицы – размером от 1 до 100 нм. В последнее время наночастицам, которые входят, например, в состав некоторых солнцезащитных средств, уделяется много внимания, но необходимо понимать, что существуют и природные частицы такого размера, в том числе ультратонкие частицы в атмосфере или коллоиды в воде. Они в каком-то смысле находятся между мирами, разделяя общие свойства как с атомами и простейшими химическими веществами, так и с более крупными частицами микронного размера. Последние достижения в области синтеза наночастиц в форме фуллеренов или нанотрубок могут произвести революцию в способах введения лекарственных препаратов, но весьма вероятно, что и с этим окажутся связаны новые токсикологические проблемы.

Вот еще пример: возьмем главу 16, посвященную лекарствам и средствам личной гигиены. Хотя я и упоминал о том, что в окружающей среде в настоящее время повсеместно обнаруживаются смеси антропогенных химических веществ, эта книга, как и большинство других книг по токсикологии, в первую очередь рассматривает отдельные вещества и их влияние на людей и другие живые организмы. Но даже при поверхностном знакомстве с токсикологией становится понятно, что смеси имеют важное значение, и зачастую их воздействие может оказаться совершенно неожиданным. Существует большой объем литературы, показывающей, что сочетание алкоголизма с хроническим табакокурением вредит человеку гораздо больше, чем курение или алкоголизм по отдельности. Точно так же сочетание алкоголя с некоторыми лекарствами – например, ацетаминофеном, – влияет на метаболические пути биотрансформации, приводя к накоплению токсичных промежуточных продуктов метаболизма. Хотя смеси химических веществ в природе могут находиться в очень малых, относительно безвредных концентрациях, было бы наивно предполагать, что низкая концентрация и природная биотрансформация смогут избавить нас от всех потенциальных проблем, связанных с этими смесями.