Исследователи утверждают, что полимеры, созданные по образцу ракообразных, могут стать новым способом создания антибиотиков

Научная литература показала, что морские желуди, которые прикрепляются к камням на морском побережье, используют естественные химические вещества для очистки поверхности камней от бактерий, готовясь к нанесению своего липкого «клея».

Поскольку лаборатория профессора биоинженерии Авраама Джоя уже разработала синтетический полимер, который хорошо прилипает к влажным поверхностям, исследователи задались вопросом, можно ли использовать этот материал для отсоединения бактерий от мест их причаливания в других условиях, включая человеческие ткани и промышленные трубы.

«Мы думали, можем ли мы использовать эту идею, чтобы практически смоделировать действия морских желудей и протестировать материалы, чтобы увидеть, выполняют ли они аналогичные действия», — говорит Джой, который в январе стал заведующим кафедрой биоинженерии Северо-Восточного университета.

«Когда мы это сделали, мы были удивлены, насколько хорошо это работает» против некоторых бактериальных биопленок , говорит он.

Биопленки представляют собой совокупность микроорганизмов, которые могут расти на различных поверхностях и могут включать бактерии и грибки.

В исследовательской статье, опубликованной в Журнале Американского химического общества и соавтором которой он выступил, показано, что полимер способен удалить практически всю биопленку, содержащую бактерии Pseudomonas aeruginosa, которые могут вызывать инфекции, устойчивые к антибиотикам.

«Это исследование показывает, что у нас потенциально есть новый способ думать о том, как разрабатывать антибиотики», — говорит Джой.

По его словам, возможно, в будущем полимеры можно будет применять в жидкой форме для биопленок в хронических или медленно заживающих ранах. Также могут быть промышленные применения для очистки труб и медицинских приборов от бактериальных загрязнений.

Очистка биопленок, в которых обитают бактерии

Джой говорит, что исследование на самом деле направлено не на уничтожение бактерий, а на нарушение взаимодействия между биопленками, в которых они обитают, и поверхностями, на которых они живут.

«Мы не ставим себе целью уничтожение бактерий», — говорит он. «Мы просто спрашиваем: «Как решить проблему удаления самих биопленок?»

«Представьте себе биопленку как дом, а бактерии — как людей внутри дома. Мы ничего не делаем с людьми в доме. Мы просто работаем с экзоскелетом, или с лесами, или со структурой жилья. Мы просто делаем это жилье слабее».

Джой говорит, что многие виды бактерий, оседая на поверхности, образуют биопленки.

Он говорит, что от 60% до 80% ран имеют биопленки, что представляет собой проблему лечения, поскольку бактерии в биопленках находятся в состоянии покоя и не реагируют эффективно на коктейль из пероральных антибиотиков, которые обычно назначают в больнице. Эти антибиотики предназначены для воздействия на метаболически активные бактерии.

«Вам нужно что-то, чтобы очистить биопленку», — говорит Джой.

Когда это происходит, бактерии подвергаются воздействию и становятся метаболически активными, говорит он. «Тогда ваши обычные лекарства могут начать работать».

Джой говорит, что следующим шагом станет нанесение полимеров, которые представляют собой разновидность полиэстера, на инфицированные раны в жидкой форме , чтобы проверить, будет ли это эффективно для живых тканей.

«Если этот метод окажется успешным, это будет новый метод борьбы с биопленками на ранах», — говорит он.

Нацеливание на биопленки Staph и E. coli

Однако, хотя полимер, использованный в его исследовании, удалил 99% биомассы биопленки Pseudomonas aeruginosa с подводных поверхностей, он оказался не столь эффективен в удалении биопленок, содержащих Staph и E. coli.

Джой говорит, что состав биопленок различен, отмечая, что первая содержит больше углеводов, а две последние — больше белков.

«То, что мы сейчас пытаемся сделать, — это понять механизм того, как именно это работает», — говорит он. «Мы пытаемся увидеть, с какими компонентами биопленки полимер на самом деле взаимодействует».

«Можем ли мы немного изменить состав полимера? Можем ли мы разработать полимеры, специфичные для биопленок Staph aureus?» — спрашивает Джой.

«Мы надеемся, что когда-нибудь в будущем мы сможем создать полимеры, специфичные для конкретных бактерий», — говорит он. «Тогда у вас будет мощный инструмент, который вы сможете использовать для решения множества сценариев бактерий в различных ситуациях».

Вязкость Златовласки

«Физические свойства материала должны быть именно такими, чтобы он мог хорошо взаимодействовать с компонентами биопленки», — говорит Джой.

Он предлагает представить биопленку как траву на газоне, а полимер — как раствор, который ее разрыхляет, чтобы лезвия можно было легче вытащить.

«Если полимер слишком гидрофобный» или вязкий, «он просто остается там», — говорит Джой, чья лаборатория тестировала полимерный раствор, нанося его под углом 10 градусов. «Если он слишком гидрофильный» или разбавленный, «он просто смывается», не влияя на биопленку.

«Мы надеемся, что это исследование положит начало обсуждению вопроса разработки антибиотиков, учитывающих физические и механические свойства биопленок», — говорит он.

«Конечно, мы собираемся провести клинические испытания, но я также думаю, что это даст новую основу для размышлений о том, как решить эту проблему».