Молекулярные дрели против супербактерий

Международной группе исследователей разработали новый способ противостояния бактериям с множественной лекарственной устойчивостью (супербактериям) — молекулярные дрели, вскрывающие клеточную стенку и позволяющие ранее неэффективным антибиотикам уничтожить микроорганизмы.

«Бактерии имеют не только липидный бислой, — объясняет доктор Джеймс Тур, руководитель лаборатории Университета Райса, принявшей участие в исследовании, — они имеют два бислоя и белки с сахарами, которые связывают их, поэтому ничто, как правило, не проходит через эти прочные клеточные стенки. Вот почему бактерию так трудно убить. Но у них нет способа защитить себя от таких машин, как молекулярные дрели, так как это механическое, а не химическое воздействие». Молекулярные дрели — это синтетические органические наномолекулы. Их структура включает неподвижный статор и ротор, который при активации ультрафиолетовым светом может вращаться со скоростью 2–3 млн. об/сек. Причем молекулы за счет химических свойств статора сами обнаруживают клетки-мишени и специфически закрепляются на их поверхности.

Молекулярные дрели пробуриваются сквозь мембраны клеток и оставляют отверстия, из-за которых бактерии уже могут погибнуть. Однако дальнейшие эксперименты показали, что совместное применение наномашин и антибиотиков более эффективно. Так, исследователи с помощью молекулярных дрелей и меропенема успешно ликвидировали клетки Klebsiella pneumoniae в течение нескольких минут.

Сначала авторы показали, что воздействие молекулярных дрелей не зависит от степени чувствительности бактерий к антибиотикам. Добавление к бактериальным колониям небольшого количества наномашин убивало от 14% до 17% клеток как чувствительного, так и резистентного штамма. С помощью трансмиссионной электронной микроскопии исследователи нашли места, где наномашины пробурили клеточную стенку. Они также измерили изменение проницаемости мембран в присутствии молекулярных дрелей и выяснили, что дрели воздействуют как на внутреннюю, так и на внешнюю мембраны бактерий. Затем ученые добавили меропенем, и процент убитых клеток возрос до 65%. То есть ранее неэффективный против этого вида бактерий антибиотик смог проникнуть внутрь клетки. Далее исследователи варьировали концентрацию наномашин и меропенема и подобрали комбинацию, которая уничтожает до 98% клеток Klebsiella pneumoniae. При этом активированные светом наномашины не оказывали цитотоксическое воздействие на макрофаги, взятые в качестве контроля.

Исследователи предполагают, что наномашины могут найти применение при лечении кожных, респираторных, желудочно-кишечных заболеваний, а также при устранении бактериальных инфекций биопленок на катетерах и имплантах.

Предложенная технология может применяться не только против бактерий. Кроме описанных выше исследований, группа под руководством доктора Тура создала молекулярные наномашины, активируемые не ультрафиолетовым, а видимым светом, и успешно применила их против клеток рака поджелудочной железы человека.