Наноматериал впервые использован как антимикробный агент широкого спектра действия

В прорывном исследовании по борьбе с устойчивостью к антибиотикам команда из Индийского института науки (IISc) синтезировала наноматериал, имитирующий фермент, который может разрушать клеточные мембраны ряда болезнетворных бактерий. Исследование, опубликованное в журнале ACS Applied Bio Materials, — результат сотрудничества учёных из Департамента неорганической и физической химии (IPC) и Департамента микробиологии и клеточной биологии (MCB).

Основная проблема последних десятилетий — эволюция устойчивости патогенных бактерий к антибиотикам, которые обычно действуют, вмешиваясь в клеточные процессы. Бактерии вырабатывают собственные ферменты, нацеленные на лекарства.

Клеточные мембраны всех организмов, включая бактерии, состоят из двойного липидного слоя, содержащего фосфатные молекулы. «Фосфолипид — важнейший компонент клеточной мембраны», — объясняет Капудип Кармакар, бывший аспирант MCB и соавтор статьи. Исследователи решили атаковать эти фосфолипиды с помощью наноматериалов, разрывающих связи, удерживающие мембранный бислой. Эти наноматериалы называются нанозимами. Поскольку нанозимы напрямую разрушают химическую целостность фосфолипидов, у бактерий меньше шансов развить устойчивость к ним.

Синтез и действие нанозима

Команда синтезировала нанозим на основе оксида церия методом химического соосаждения. Затем провели реакцию между оксидом церия и полиакрилатом натрия в щелочном растворе, чтобы покрыть наночастицы полимерами. Это полимерное покрытие позволяет нанозиму диспергироваться на любой поверхности и усиливает его активность.

Наноматериал протестировали в лаборатории на нескольких потенциально патогенных бактериях: Salmonella Typhi, Shigella flexneri, Escherichia coli, Vibrio cholerae и Klebsiella pneumoniae, вызывающих соответственно тиф, гастроэнтерит, дизентерию, холеру и пневмонию. Нанозим остановил их рост и подавил образование биоплёнки — плотного сообщества бактерий.

«Большинство антибиотиков не могут проникнуть через биоплёнки. Наши наноматериалы благодаря малому размеру смогли проникнуть даже в 10-дневную, хорошо развитую биоплёнку и проявили антибактериальную активность внутри неё», — говорит соавтор Критика Хулбе.

Тестирование на медицинских устройствах

Исследователи также протестировали нанозим на мочевых катетерах, поверхность которых уязвима для образования патогенной биоплёнки. В лабораторных условиях обработка нанозимом значительно снизила прикрепление бактерий к поверхности катетера. Поскольку нанозим не различает клетки человека и микробов, учёные стратегически покрыли только внутреннюю поверхность катетера, чтобы убить микробы. Для применения наноматериала в других медицинских устройствах потребуются дополнительные исследования, гарантирующие отсутствие контакта между клетками человека и нанозимами.