Китайські, американські і сінгапурські дослідники синтезували речовину з антимікробними властивостями, яка ефективно руйнує ESKAPE-бактерії, резистентні до більшості антибіотиків. Як розповідають вчені в полімер згуанидиновими функціональними групами розкладається і не токсичний, і не викликає виникнення резистентності бактерій.
Абревіатура ESKAPE об'єднує назви патогенів, що володіють підвищеною стійкістю до більшості антибіотиків і викликають більшість госпітальних інфекцій по всьому світу. Не так давно серед бактерій почалося поширення гена, що забезпечує їх стійкістю до поліміксинів - «антибіотиками запасу», які застосовують, коли інші вже не працюють. Не дивно, що дослідники шукають інші антимікробні речовини, які могли б ефективно боротися з патогенами.
У тому числі хіміки і біологи синтезують антимікробні пептиди і полімери. Ці речовини, що володіють позитивним зарядом, зв'язуються з негативно зарядженою бактеріальною мембраною і руйнують її, що призводить до загибелі клітини. Незважаючи на ефективність і широкий спектр дії, антимікробні пептиди токсичні, до того ж їх виробництво досить дорого. Більшість описаних антимікробних полімерів не розкладаються, а отже можуть накопичуватися в організмі і з часом ставати токсичними. До того ж досі їх активність в живих організмах практично не досліджувалася.
Тому міжнародна команда дослідників під керівництвом доктора Юї Янь Яна (Yi Yan Yang) з сінгапурського Інституту біоінженерії і нанотехнологій створила біорозкладуваний полімер і перевірила його активність і можливу токсичність не тільки в клітинних культурах, а й на мишах. Вчені синтезували полікарбонатний полімер з гуанідіновими функціональними групами. Гуанідін представляє з себе сильну основу; у лабораторних дослідженнях його часто використовують для денатурації білків.
Спочатку дослідники перевірили антимікробну активність полімеру на бактеріальних культурах і з'ясували, що найефективніше працюють полімери довжиною 20 ланок. Токсичність речовини перевіряли на щурячих еритроцитах і клітинах ембріональних людських нирок. Полімер виявився нетоксичним для еритроцитів і менш токсичним для людських клітин, ніж антибіотик поліміксин В, який поряд з високою ефективністю, дуже шкідливий для нирок. Також дослідники показали, що полікарбонат повністю розкладається протягом трьох діб і продукти розпаду нетоксичні.
Автори протестували активність полімера на культурах п'яти ESKAPE-патогенів, у тому числі синегнойної палички () і метицилінрезистентного золотистого стафілокока (Виявилося, чтовещество знищує бактерії з 99-100 процентною ефективністю.
За допомогою флуоресцентної спектроскопії та міченого полімеру, трансмісійної та скануючої електронної мікроскопії дослідникам вдалося пояснити механізм дії речовини. Для цього вони використовували культуру ESKAPE-патогена які викликають пневмонію, менінгіт і цілий ряд інших інфекцій. Молекули полікарбонатів зв'язувалися з бактеріальною мембраною і, не руйнуючи її, проникали всередину клітини. Потім гуанідин денатурував білки цитоплазми і вони випадали в осад, вбиваючи клітку.
Щоб переконатися в тому, що бактерії не виробляють стійкості до полікарбонату, дослідники проводили 30 циклів обробки клітинної культури полімером. Вони вирощували культуру і обробляли її полімером в такій концентрації, яка дозволяла вижити деяким бактеріям. Потім їх знову вирощували і знову обробляли полікарбонатом. При цьому дослідники дивилися, чи не збільшується кількість речовини, необхідна для майже повного знищення патогенів. Як контроль вчені використовували антибіотик іміпенем. Після 30 циклів обробки бактерії так і не виробили стійкості до полімеру. Для порівняння, резистентність до іміпенема виробили за вісім циклів.
На закінчення вчені перевірили активність і токсичність полімеру на мишах. Їх заражали ацинетобактером, або патогенним штамом кишкової палички (), або культурою в таких концентраціях, які без лікування викликали 100-відсоткову смертність протягом 48 годин. Потім тваринам вводили або полімер, або антибіотики іміпенем або ванкоміцин. Виявилося, що доза полікарбонату, необхідна для 50- і 95-відсоткового виживання інфікованих тварин, для трьох з чотирьох патогенів була нижчою або порівнянна з кількістю антибіотиків.
Раніше дослідники запропонували лікувати госпітальні інфекції природною глиною з канадського озера Кісаміт. Вона володіє антимікробною активністю, в тому числі знищує ESKAPE-патогени. Детальніше про госпітальні інфекції і про те, чому бактерії стають невразливими для антибіотиків, можна прочитати в нашому матеріалі.