Ученые из Оломоуца разработали новое поколение антибиотиков против целого спектра бактерий
3 октября 2024
22:00
1922
Ученые из Оломоуца разработали новое поколение антибиотиков, которые эффективны против широкого спектра бактерий и способны надежно предотвратить развитие бактериальной резистентности. Они превратили марганец, микроэлемент, необходимый для человеческого организма, в эффективный антибиотик, закрепив его в структуре химически модифицированного графена. Испытания на животных показали, что новый материал обладает огромным потенциалом, особенно в области местной терапии, например, для заживления ран. Специалисты из Университета Палацкого и Горно-металлургического университета в Остраве (VŠB-TUO) работали над исследованием в сотрудничестве с коллегами из Китая.
Ученые подали заявку на европейский патент для защиты материала. «Разработанный материал способен уничтожать и подавлять рост всех изученных нами типов бактерий, включая высокоустойчивые патогены. Он работает при низких концентрациях, при которых он абсолютно безвреден для клеток человека. Бактерии не могут выработать к нему устойчивость, что является одной из самых больших проблем в медицине на сегодняшний день», — говорит Радек Зборжил, химик-физик и автор концепции исследования. Он добавил, что все эти результаты являются отличной предпосылкой для использования антибиотика на практике.
При разработке антибиотика ученые использовали свой опыт в области химии графена и атомной инженерии, над которыми они интенсивно работали в последние годы. На этот раз они использовали производную графена, обогащенную атомами кислорода и азота, химически включив в нее марганец — переходный металл, который участвует в человеческом организме в обмене веществ, формировании костей, регулировании уровня сахара в крови и защите клеток от окислительного стресса.
По словам Розборжила, в своем исследовании ученые решили атаковать не самое слабое, а одно из самых сильных мест бактерий — углеводы в их клеточной стенке и клеточной мембране, которые имеют решающее значение для выживания бактерий. «Они выполняют защитную функцию, отвечают за перенос веществ и связь с окружающей средой, а также служат запасом энергии для бактерий. При химическом связывании марганца с определенными группами углеводов их основные функции подавлялись, и наступала гибель клеток. Роль графенового носителя является решающей, поскольку он обеспечивает перенос ионов марганца на поверхность бактерий и позволяет им осуществлять лобовую химическую атаку на молекулы углеводов», — описывает новый подход химик-физик, работающий, в частности, в оломоуцком университетском институте CATRIN.
Новый материал также эффективен против бактерий, для которых недостаточно существующих антибиотиков. «Мы продемонстрировали отличный бактерицидный эффект против всех бактерий из так называемой группы ESCAPE, в которую входят высокоустойчивые бактериальные патогены. Эти бактерии особенно опасны, так как устойчивы к обычным антибиотикам, что усложняет лечение и повышает риск серьезных инфекций, особенно в больничных условиях. По сравнению с коммерческими антибиотиками, этот антибиотик оказался единственным эффективным против всех устойчивых бактерий», — пояснил первый автор статьи Давид Паначек из CATRIN UP и Центра энергетических и экологических технологий Университета науки и технологий Брно-ТЮО.
Исследователи проверили действие антибиотика в лабораторных условиях и, в сотрудничестве с коллегами из Китая, на мышах. «В тестах in-vivo наблюдалось очень быстрое и эффективное заживление кожной инфекции, вызванной устойчивым штаммом золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus), и резкое снижение всех маркеров воспаления. Таким образом, мы уже можем рассматривать возможность использования нового типа антибиотика для покрытия ран или антибактериальной обработки поверхностей искусственных материалов», — говорит Милан Коларж, микробиолог и декан медицинского факультета UP, который внес значительный вклад в исследование. По его словам, новое поколение антибиотиков обладает огромным потенциалом с точки зрения возможности подавления образования бактериальных покрытий, например, на искусственных заменителях суставов, стентах или канюлях.
Научная группа продолжит исследования, в которых также участвовали коллеги с факультета естественных наук университета Палацкого и двух китайских институтов, и протестирует материал для системной антибиотикотерапии. Между тем декан медицинского факультета отметил, что существующие антибиотики уже не могут лечить некоторые серьезные инфекции, а бактериальный сепсис становится все более распространенной причиной смерти. «Именно поэтому мы хотим проверить потенциал этих антибиотиков для лечения самых серьезных бактериальных заболеваний», — добавил Коларж.
При разработке антибиотика ученые использовали свой опыт в области химии графена и атомной инженерии, над которыми они интенсивно работали в последние годы. На этот раз они использовали производную графена, обогащенную атомами кислорода и азота, химически включив в нее марганец — переходный металл, который участвует в человеческом организме в обмене веществ, формировании костей, регулировании уровня сахара в крови и защите клеток от окислительного стресса.
По словам Розборжила, в своем исследовании ученые решили атаковать не самое слабое, а одно из самых сильных мест бактерий — углеводы в их клеточной стенке и клеточной мембране, которые имеют решающее значение для выживания бактерий. «Они выполняют защитную функцию, отвечают за перенос веществ и связь с окружающей средой, а также служат запасом энергии для бактерий. При химическом связывании марганца с определенными группами углеводов их основные функции подавлялись, и наступала гибель клеток. Роль графенового носителя является решающей, поскольку он обеспечивает перенос ионов марганца на поверхность бактерий и позволяет им осуществлять лобовую химическую атаку на молекулы углеводов», — описывает новый подход химик-физик, работающий, в частности, в оломоуцком университетском институте CATRIN.
Новый материал также эффективен против бактерий, для которых недостаточно существующих антибиотиков. «Мы продемонстрировали отличный бактерицидный эффект против всех бактерий из так называемой группы ESCAPE, в которую входят высокоустойчивые бактериальные патогены. Эти бактерии особенно опасны, так как устойчивы к обычным антибиотикам, что усложняет лечение и повышает риск серьезных инфекций, особенно в больничных условиях. По сравнению с коммерческими антибиотиками, этот антибиотик оказался единственным эффективным против всех устойчивых бактерий», — пояснил первый автор статьи Давид Паначек из CATRIN UP и Центра энергетических и экологических технологий Университета науки и технологий Брно-ТЮО.
Исследователи проверили действие антибиотика в лабораторных условиях и, в сотрудничестве с коллегами из Китая, на мышах. «В тестах in-vivo наблюдалось очень быстрое и эффективное заживление кожной инфекции, вызванной устойчивым штаммом золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus), и резкое снижение всех маркеров воспаления. Таким образом, мы уже можем рассматривать возможность использования нового типа антибиотика для покрытия ран или антибактериальной обработки поверхностей искусственных материалов», — говорит Милан Коларж, микробиолог и декан медицинского факультета UP, который внес значительный вклад в исследование. По его словам, новое поколение антибиотиков обладает огромным потенциалом с точки зрения возможности подавления образования бактериальных покрытий, например, на искусственных заменителях суставов, стентах или канюлях.
Научная группа продолжит исследования, в которых также участвовали коллеги с факультета естественных наук университета Палацкого и двух китайских институтов, и протестирует материал для системной антибиотикотерапии. Между тем декан медицинского факультета отметил, что существующие антибиотики уже не могут лечить некоторые серьезные инфекции, а бактериальный сепсис становится все более распространенной причиной смерти. «Именно поэтому мы хотим проверить потенциал этих антибиотиков для лечения самых серьезных бактериальных заболеваний», — добавил Коларж.
ЧИТАЙТЕ ПО ТЕМЕ :
