Іспанським фізикам вдалося прорвати клітинну стінку кишкової палички за допомогою голки атомно-силового мікроскопа. Для розриву знадобилася сила понад 20 наноньютонів, що перевищує попередні оцінки. Крім того, виявилося, що для припинення клітинного ділення палички достатньо і слабких надавливаний. У статті, опублікованій в журналі, для досягнення такого механо-бактерицидного ефекту вчені пропонують використовувати витягнуті колоїдні наночастинки в розчині.
В останні роки бактерії з дедалі більшою швидкістю пристосовуються до традиційних хімічних антибіотиків, після чого останні перестають працювати (докладно про проблеми сучасних антибіотиків і мультирезистентних бактерій ми вже писали в матеріалі «Кінець прекрасної епохи»). Єдине, проти чого бактерії точно не можуть захиститися - це механічний розрив клітинної оболонки. Вчені виявили такий ефект у природі (наприклад, на крилі стрекози) і вже почали створювати механо-бактерицидні наноструктури у вигляді колоїдних наночастинок або поверхонь зі стрижнями з титанових або вуглецевих матеріалів.
Механізм такого руйнування клітинної стінки до кінця не вивчений, хоча вчені вже спостерігали за ним через атомний силовий мікроскоп і намагалися моделювати. Так, фізики вже проколювали голкою атомно-силового мікроскопа клітинну стінку грамотрицької бактерії - для розриву знадобилася сила в один-два наноньютони. Однак вчені помітили, що клітина все ще була жива після декількох проколів завдяки перебудові фосфоліпідів у клітинній мембрані. Також голкою атомно-силового мікроскопа моделювали взаємодію бактерії і одностінкової вуглецевої нанотрубки. Для висушених клітин і сила для розриву клітинної стінки перевищила десять наноньютонів, чого не може забезпечити один контакт нанотрубки з бактерією, але його, наприклад, можливо досягти в процесі фільтрації через нанотрубкову мембрану.
Щоб встановити необхідну силу для проколювання кишкової палички, іспанські фізики з Автономного Університету Мадрида під керівництвом Христини Флорс (Cristina Flors), надавали на знедолені клітини голкою атомно-силового мікроскопа. За життєздатністю клітини спостерігали за допомогою флуоресценції йодиду пропидіуму, який після зв'язування з молекулами ДНК і РНК збільшує свою світність.
Вчені надавали на клітинну стінку з різною силою і в місці розриву спостерігали різку зміну механічних властивостей (після клітинної стінки голка не зустрічала достатнього опору від цитоплазми клітини). Розрив стався при силі в 20 наноньютон на глибині в 373 нанометри, що приблизно дорівнює половині діаметра кишкової палички.
На відміну від експериментів з вірусами, біля кишкової палички вчені виявили затримку в пару секунд між проколом клітинної стінки і збільшенням флуоресценції йодиду пропидіуму. Щоб перевірити, чи не заважає сама голка проникненню в клітку, фізики залишили голку в кишковій паличці на п'ять-десять секунд - проникнення речовини почалося тільки після витягування голки. Така поведінка може бути пов'язана не тільки з блокуванням отвору голкою, але і з більш складною дифузією йодиду пропидіуму по пошкодженій бактерії.
Далі вчені простежили за фізіологічним станом клітини під час насування з різною силою по періоду коливань білкової системи Min, яка визначає положення клітинної стінки при поділі, що безпосередньо пов'язано з її загальним станом. До натискання період коливань склав 63 секунди, при слабкому насуванні з силою в п'ять наноньютонів період незначно підвищився, а при силі в 45 наноньютонів коливання припинилися повністю. Примітно, що при послідовних насуваннях з силою в два наноньютони коливання білкової системи також припиняються, хоча руйнування клітинної оболонки не відбувається.
Автори зробили висновок, що для руйнування клітинної оболонки кишкової палички необов'язково її протикати: можна просто на неї багато разів натиснути - і бактерія все одно перестане функціонувати. Саме тому для подібного механо-бактерицидного ефекту підійдуть, наприклад, і колоїдні продовгуваті наночастинки, які можуть переміщатися по всьому обсягу розчину і багаторазово надавати на стінки бактерій.
Сфера традиційних хімічних антибіотиків теж розвивається: місяць тому американські вчені представили новий препарат, що не викликає резистентність. Бактерії не змогли виробити стійкість через подвійний механізм впливу речовини SCH-79797 - він впливає відразу на клітинну мембрану і метаболізм фолатів.