Молекулярные дрели получили возможность нацеливаться и уничтожать смертельные бактерии, выработавшие устойчивость почти ко всем антибиотикам. В некоторых случаях тренировки делают антибиотики снова эффективными.
Исследователи из Университета Райса, Техасского университета A&M, Университета Биола и Университета Дарема (Великобритания) показали, что моторизованные молекулы, разработанные в лаборатории Райса химика Джеймса Тура, эффективно убивают устойчивые к антибиотикам микробы за считанные минуты.
«Эти супербактерии могут убивать 10 миллионов человек в год к 2050 году, намного обгоняя рак», - сказал Тур. «Это кошмарные бактерии, они ни на что не реагируют».
Двигатели нацеливаются на бактерии и, будучи активированы светом, прорываются наружу.
В то время как бактерии могут эволюционировать, чтобы противостоять антибиотикам, блокируя антибиотики, у бактерий нет защиты от молекулярных буров. Антибиотики, способные проникать через отверстия, сделанные сверлами, снова смертельны для бактерий.
Исследователи сообщили о своих результатах в журнале Американского химического общества ACS Nano.
Тур и Роберт Пал, научный сотрудник Университета Королевского общества в Дареме и соавтор новой статьи, в 2017 году представили молекулярные сверла для сверления клеток. 3 миллиона оборотов в секунду при активации светом.
Испытания, проведенные Техасской лабораторией A&M под руководством ведущего ученого Джеффри Чирилло и бывшего исследователя риса Ричарда Гунасекера, которые сейчас работают в Биоле, эффективно убили Klebsiella pneumoniae за считанные минуты. Микроскопические изображения бактерий-мишеней показали, где моторы пробили клеточные стенки.
«Бактерии имеют не только двойной липидный слой», - сказал Тур. «У них есть два двойных слоя и белки с сахарами, которые их связывают, поэтому вещества обычно не проходят через эти очень крепкие клеточные стенки. Вот почему эти бактерии так трудно убить. Но у них нет способа защититься от такой машины, как эти молекулярные сверла, так как это механическое действие, а не химическое воздействие."
Двигатели также повышали восприимчивость K. pneumonia к меропенему, антибактериальному препарату, к которому бактерии выработали устойчивость. «Иногда, когда бактерии обнаруживают лекарство, они не пропускают его», - сказал Тур. «В других случаях бактерии побеждают лекарство, пропуская его и дезактивируя».
Он сказал, что меропенем является примером первого. «Теперь мы можем пройти через стенку камеры», - сказал Тур. «Это может вдохнуть новую жизнь в неэффективные антибиотики, используя их в сочетании с молекулярными бурами».
Гунасекера сказал, что бактериальные колонии, на которые нацелена только небольшая концентрация наномашин, убивают до 17% клеток, но с добавлением меропенема эта цифра увеличилась до 65%. После дальнейшей балансировки двигателей и антибиотика исследователи смогли убить 94% патогена, вызывающего пневмонию.
Тур сказал, что наномашины могут оказать непосредственное влияние на лечение инфекций кожи, ран, катетеров или имплантатов, вызванных бактериями, такими как золотистый стафилококк, MRSA, клебсиелла или псевдомонада, а также кишечными инфекциями. «На коже, в легких или в желудочно-кишечном тракте, куда бы мы ни поместили источник света, мы можем атаковать эти бактерии», - сказал он. «Или можно было бы направить кровь через светосодержащую внешнюю коробку, а затем обратно в тело, чтобы убить переносимые кровью бактерии».
«На начальном этапе мы очень заинтересованы в лечении инфекций ран и имплантатов», - сказал Чирилло. «Но у нас есть способы доставить эти длины волн света к инфекциям легких, которые вызывают многочисленные смерти от пневмонии, муковисцидоза и туберкулеза, поэтому мы также будем разрабатывать методы лечения респираторных инфекций."
Гунасекера отметил, что переносимые мочевым пузырем бактерии, вызывающие инфекции мочевыводящих путей, также могут быть мишенью.
Эта статья является одной из двух статей, опубликованных лабораторией Тура на этой неделе, которые расширяют возможности микроскопических наномашин для лечения болезней. В другом, который появляется в ACS Applied Materials Interfaces, исследователи из Райс и Онкологического центра имени доктора медицины Андерсона Техасского университета нацелились и атаковали лабораторные образцы клеток рака поджелудочной железы с помощью машин, которые реагируют на видимый, а не на ранее использовавшийся ультрафиолетовый свет. «Это еще один большой шаг вперед, поскольку видимый свет не наносит такого большого вреда окружающим клеткам», - сказал Тур.