Резистентних бактерій перемогли старими антибіотиками за допомогою світла

Біологи з Колорадського університету в Боулдері навчилися підвищувати ефективність антибіотиків за рахунок наночастинок, що послаблюють бактеріальні клітини. Наночастинки, активовані за допомогою світла, ініціювали в клітинах синтез активних форм кисню і запускали відповідну реакцію клітинного 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.

Антибіотики - ефективний засіб боротьби з бактеріальними збудниками захворювань, проте 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 господарських організмів.

Відомо, що АФК (активні форми кисню) відіграють роль у процесі взаємодії бактерій і антибіотиків, проте досі деталі цієї ролі були не цілком ясні. АФК присутні в клітці завжди, проте при надлишковій їх концентрації включається антиоксидантні механізми клітинного захисту, оскільки АФК можуть впливати на структуру ДНК, а також на порушувати роботу металовмісних 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 штаммами трьох видів бактерій -, і. У клітини вводили наночастинки, зроблені з телуріду кадмію - напівпровідникового матеріалу, які можна було контролювати, активуючи в потрібний момент за допомогою світла з певною довжиною хвилі і генеруючи при цьому суворо заданий потенціал. В результаті наночастинки випускали електрони, які, в свою чергу, створювали в клітці з кисню необхідні АФК - супероксиди (радикали * O2 ^-). Супероксиди мають порівняно тривалий час життя і значний потенціал дії. Руйнуючи сульфідні містки в металовмісних 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 (цефтріаксон, ципрофлоксацин і стрептоміцин), так і на бактеріостатини (кліндаміцин і хлорамфенікол). При певних концентраціях ефективність ліків при цьому підвищувалася до 1000 разів.

Крім культур клітин, методика була також протестована на живих організмах - нематодах. З'ясувалося, що комбінована терапія дозволяє вижити приблизно на 20 відсотків більшій кількості нематод, кишкова мікрофлора яких уражена MDR бактеріями, порівняно з нематодами, які отримали тільки антибіотик.

Вчені розрахували глибину шкіри людини, з якою можна працювати, користуючись даною методикою, і визначили її як 1-2 сантиметри. Саме на таку глибину світло від зелених світлодіодів, необхідне для активації наночастинок, буде проникати з достатньою ефективністю. Таким чином, вважають вони, на даний момент подібна методика може бути застосована для лікування шкірних інфекцій та опіків. Вчені особливо підкреслюють важливість подібних розробок для боротьби з внутрішньоклітинними паразитами, такими, як різні види, оскільки наночастинки досить малі і рухливі, щоб проникати спочатку всередину господарських, а потім всередину бактеріальних клітин.

А подивитися на 3D-структуру машин, за допомогою яких бактерії обороняються від антибіотиків, можна тут.