Сальмонела під електронним мікроскопом
Penn State / flickr
Біологи з Колорадського університету в Боулдері навчилися підвищувати ефективність антибіотиків за рахунок наночастинок, які ослаблюють бактеріальні клітини. Наночастки, що активуються за допомогою світла, ініціювали в клітинах синтез активних форм кисню і запускали реакцію клітинної захисту. Після такої обробки резистентні до антибіотиків бактерії починали реагувати на них набагато сильніше, причому в деяких випадках ефект дії ліків підвищувався в тисячу разів. дослідження опубліковано в Science Advances.
Антибіотики - ефективний засіб боротьби з бактеріальними збудниками захворювань, однак бактерії еволюціонують з величезною швидкістю, адаптуючись до самих різних речовин, і вченим доводиться винаходити все нові і нові ліки або навіть класи ліків. Постійно виникають, в тому числі, штами бактерій, резистентних до широкого спектру речовин (MDR, multiple drug resistant), що представляють собою особливу небезпеку для хазяйських організмів.
Відомо, що АФК (активні форми кисню) грають роль в процесі взаємодії бактерій та антибіотиків, проте до цих пір деталі цієї ролі були не цілком ясні. АФК присутні в клітці завжди, однак при надмірній їх концентрації включається антиоксидантні механізми клітинної захисту, оскільки АФК можуть впливати на структуру ДНК, а також на порушувати роботу металлсодержащих ферментів. Відомо, що при делеції генів, відповідальних за придушення синтезу пероксидів і супероксидів, сприйнятливість до антибіотиків у бактерій підвищується. Дослідники вирішили докладніше вивчити це явище, штучним чином підвищуючи концентрацію АФК в бактеріальних клітинах.
В рамках даного проекту вчені працювали з резистентними штамами трьох видів бактерій - Escherichia coli, Salmonella enterica і Klebsiella pneumoniae. В клітини вводили наночастинки, зроблені з телуриду кадмію - напівпровідникового матеріалу, які можна було контролювати, активуючи в потрібний момент за допомогою світла з певною довжиною хвилі і генеруючи при цьому строго заданий потенціал. В результаті наночастинки випускали електрони, які, в свою чергу, створювали в клітці з кисню необхідні АФК - супероксиди (радикали * O2-). Супероксиди мають порівняно тривалим часом життя і великий творчий потенціал дії. Руйнуючи сульфідні містки в металлсодержащих білках, супероксиди здатні створювати потік іонів заліза в клітці. Іони заліза локалізуються в ДНК, білках і ліпідах і ініціюють реакцію Фентона .
Це виявилося ефективним способом ослаблення бактеріальних клітин перед обробкою антибіотиками. У 75 відсотках різних протестованих комбінацій «АФК + антибіотик» ослаблені дією АФК бактерії значно сильніше реагували навіть на «старі і знайомі» антибіотики, причому як на бактерицидні речовини (цефтриаксон, ципрофлоксацин і стрептоміцин), так і на бактеріостатіни (кліндаміцин і хлорамфенікол). При певних концентраціях ефективність ліків при цьому підвищувалася до 1000 раз.
Крім культур клітин, методика була також протестована на живих організмах - нематодах Caenorhabditis elegans. З'ясувалося, що комбінована терапія дозволяє вижити приблизно на 20 відсотків більшій кількості нематод, кишкова мікрофлора яких вражена MDR бактеріями, в порівнянні з нематодами, які отримали тільки антибіотик.
Вчені розрахували глибину шкіри людини, з якою можна працювати, користуючись цією методикою, і визначили її як 1-2 сантиметри. Саме на таку глибину світло від зелених світлодіодів, необхідний для активації наночастинок, буде проникати з достатньою ефективністю. Таким чином, вважають вони, на даний момент подібна методика може бути застосована для лікування шкірних інфекцій і опіків. Вчені особливо підкреслюють важливість подібних розробок для боротьби з внутрішньоклітинними паразитами, такими, як різні види Salmonella, оскільки наночастинки досить малі і рухливі, щоб проникати спочатку всередину хазяйських, а потім всередину бактеріальних клітин.
А подивитися на 3D-структуру машин, за допомогою яких бактерії обороняються від антибіотиків, можна тут .
Анна Казнадзей
