Молекулярные "дрели" уничтожают смертельные супербактерии

Молекулярные "дрели" научились нацеливаться и уничтожать смертельные бактерии, выработавшие устойчивость почти ко всем антибиотикам. В некоторых случаях дрели снова делают антибиотики эффективными.

Исследователи из Университета Райса, Техасского университета A&M, Университета Бойла и Даремского университета (Великобритания) показали, что молекулярные моторы, разработанные в лаборатории химика Джеймса Тура в Райсе, эффективно убивают устойчивые к антибиотикам микробы за считанные минуты.

"Эти супербактерии могут убивать 10 миллионов человек в год к 2050 году, что намного превысит смертность от рака. Это бактерии-кошмар; они не реагируют ни на что", — заявил Тур.

Двигатели нацеливаются на бактерии и, будучи активированы светом, "просверливают" их внешние оболочки.

В то время как бактерии могут эволюционировать, чтобы противостоять антибиотикам, блокируя их проникновение, у них нет защиты от молекулярных дрелей. Антибиотики, способные проникнуть через отверстия, сделанные дрелями, снова становятся смертельными для бактерий.

Результаты опубликованы в журнале Американского химического общества ACS Nano.

Как работают "дрели"

Молекулярные дрели для "сверления" клеток были представлены Туром и Робертом Палом в 2017 году. Это лопастеподобные молекулы, которые при активации светом могут вращаться со скоростью 3 миллиона оборотов в секунду.

Тесты в лаборатории Техасского университета A&M под руководством Джеффри Чирилло и бывшего исследователя из Райса Ричарда Гунасекеры (ныне в Бойле) эффективно убивали Klebsiella pneumoniae за минуты. Микроскопические изображения показали места, где моторы просверлили клеточные стенки.

"У бактерий не просто липидный бислой. У них два бислоя и белки с сахарами, которые связывают их, поэтому обычно ничто не проникает сквозь эти очень прочные клеточные стенки. Вот почему эти бактерии так трудно убить. Но у них нет защиты от машины, подобной этим молекулярным дрелям, поскольку это механическое действие, а не химический эффект", — пояснил Тур.

Восстановление силы антибиотиков

Двигатели также повысили восприимчивость K. pneumoniae к меропенему — антибактериальному препарату, к которому у бактерий развилась устойчивость.

"Иногда, когда бактерия "понимает" препарат, она не впускает его. В других случаях бактерии побеждают препарат, впуская его и деактивируя", — сказал Тур.

По его словам, меропенем — пример первого случая. Теперь его можно доставить через клеточную стенку. Это может вдохнуть новую жизнь в неэффективные антибиотики, используя их в комбинации с молекулярными дрелями.

Гунасекера сообщил, что колонии бактерий, обработанные только малыми концентрациями наномашин, погибали на 17%, но при добавлении меропенема этот показатель возрастал до 65%. После дальнейшей оптимизации соотношения моторов и антибитика исследователям удалось уничтожить 94% патогена, вызывающего пневмонию.

Потенциальное применение

Наномашины могут найти наиболее быстрое применение в лечении инфекций:

• Кожи, ран, катетеров или имплантатов, вызванных такими бактериями, как Staphylococcus aureus (MRSA), Klebsiella или Pseudomonas.
• Кишечных инфекций.
• Инфекций мочевыводящих путей (цистит).

"На коже, в легких или в ЖКТ, куда мы можем доставить источник света, мы можем атаковать эти бактерии. Или можно пропускать кровь через внешнюю камеру со светом и затем возвращать ее в тело, чтобы убивать бактерии в крови", — отметил Тур.

Чирилло добавил, что команда заинтересована в лечении инфекций ран и имплантатов, но также разрабатывает методы лечения респираторных инфекций (пневмония, муковисцидоз, туберкулез), поскольку есть способы доставлять свет нужной длины волны в легкие.

Параллельное достижение

В той же неделе лаборатория Тура опубликовала еще одну статью в ACS Applied Materials Interfaces, где исследователи из Райса и Онкологического центра им. Андерсона нацелились на образцы клеток рака поджелудочной железы с помощью машин, активируемых видимым светом, а не ультрафиолетом, как ранее.

"Это еще один большой шаг вперед, поскольку видимый свет наносит меньше повреждений окружающим клеткам", — заключил Тур.