Брешь в защите
Исследователи из Университета Райса (США), Техасского университета A&M (США), Университета Байола (США) и Даремского университета (Великобритания) показали, что молекулярные моторы, разработанные ранее, эффективны для быстрого уничтожения устойчивых к антибиотикам бактерий. Наномоторы нацелены на бактерии и, будучи активированными светом, проникают через наружную оболочку.
Наномоторы делают стенку бактерии доступной для антибиотика, восстанавливая восприимчивость к меропенему, к которому ранее развилась устойчивость.
Бактерии могут мутировать, чтобы противостоять антибиотикам, но они не имеют защиты от молекулярных моторов, которые пробуравливают отверстия в их оболочке. Антибиотики, способные проникать через эти отверстия, снова становятся смертельными для бактерий.
Группа продемонстрировала молекулярные моторы для просверливания клеток в 2017 году. Они представляют собой молекулы с ответвлениями в виде лопастей, которые при активации светом могут вращаться со скоростью три миллиона оборотов в секунду.
В испытаниях, проведенных в лаборатории Техасского университета A&M, молекулярные моторы эффективно уничтожили бактерии Klebsiella pneumoniae в течение нескольких минут. Микроскопические исследования бактерий-мишеней показали, что моторы пробурили отверстия в клеточной стенке, которая представляет собой два липидных бислоя с включениями белков и углеводов. Такое строение делает наружную оболочку непроницаемой для антибиотиков, но проникнув через отверстия, которые сделали наномоторы, антибиотики вновь стали способны убивать бактерии. Примечательно, что у них нет способа защититься от молекулярных моторов, так как они оказывают механическое, а не химическое воздействие.
Авторы пишут, что сочетание антибиотиков с молекулярными моторами поможет победить антибиотикорезистентные инфекции и решить глобальную проблему множественной лекарственной устойчивости патогенных бактерий.
В бактериальных колониях, пораженных небольшой концентрацией наномоторов, погибло до 17% клеток, но при добавлении антибиотика меропенема этот показатель увеличился до 65%. После подбора оптимального соотношения молекулярных моторов и антибиотика исследователи добились гибели 94% возбудителя пневмонии.
Авторы пишут о перспективах применения молекулярных моторов для лечения кожных, раневых, катетерных или имплантационных инфекций, вызванных такими бактериями как метициллин-резистентный золотистый стафилококк (MRSA), клебсиелла или псевдомонады, а также кишечных инфекций. Применение ограничивается только возможностью ввести источник света, который активирует молекулярные моторы. Еще один вариант – воздействие света на внешнем устройстве, через которое можно провести кровь человека и вернуть в организм уже с активированными молекулярными моторами, чтобы уничтожить бактерии, циркулирующие в крови. Бактерии, накапливающиеся в мочевом пузыре и вызывающие инфекции мочевыводящих путей, также могут быть мишенью молекулярных моторов.
В настоящее время исследователи заняты усовершенствованием технологии активации молекулярных моторов, заключающемся в замене ультрафиолетового света на инфракрасный. Меньшая длина волны безопаснее для органов и тканей. Успех в этом направлении сделает возможным не только расширение спектра применения молекулярных моторов против бактерий, но и поможет использовать их для борьбы с раковыми клетками.
Статья T.Galbadage et al. Molecular Nanomachines Disrupt Bacterial Cell Wall, Increasing Sensitivity of Extensively Drug-Resistant Klebsiella pneumoniae to Meropenem опубликована в журнале ACS Nano.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Rice University: Deadly ‘superbugs’ destroyed by molecular drills.