Исследователи из Университета Райса, Техасского университета A&M, Университета Биола и Дарема (U.K.Университет показал, что моторизованные молекулы, разработанные в рисовой лаборатории химика Джеймса Тура, эффективны при уничтожении устойчивых к антибиотикам микробов за считанные минуты.
«Эти супербактерии могут убить 10 миллионов человек в год к 2050 году, что значительно превзойдет рак», – сказал Тур. "Это кошмарные бактерии; они ни на что не реагируют."
Двигатели нацелены на бактерии и, будучи активированы светом, проникают сквозь их внешние поверхности.
В то время как бактерии могут развиваться, чтобы противостоять антибиотикам, блокируя антибиотики, у бактерий нет защиты от молекулярных тренировок.
Антибиотики, проникающие через отверстия сверл, снова становятся смертельными для бактерий.
Исследователи сообщили о своих результатах в журнале Американского химического общества ACS Nano.
Тур и Роберт Пал, научный сотрудник Университета Королевского общества в Дареме и соавтор новой статьи, представили молекулярные сверла для просверливания клеток в 2017 году. Тренировки представляют собой лопаточные молекулы, которые могут вращаться со скоростью 3 миллиона оборотов в секунду при активации светом.
Тесты техасской лаборатории A&M, проведенные ведущим ученым Джеффри Чирилло и бывшим исследователем риса Ричардом Гунасекера, который сейчас работает в Биоле, эффективно уничтожили Klebsiella pneumoniae за считанные минуты. Микроскопические изображения целевых бактерий показали, где двигатели просверлили стенки клеток.
«Бактерии имеют не только липидный бислой», – сказал Тур. "У них есть два бислоя и белки с сахарами, которые связывают их, поэтому вещи обычно не проходят через эти очень прочные клеточные стенки. Вот почему эти бактерии так сложно убить. Но у них нет возможности защитить себя от машины, подобной этим молекулярным сверлам, поскольку это механическое воздействие, а не химическое воздействие."
Двигатели также увеличили восприимчивость к K. пневмония к меропенему, антибактериальному препарату, к которому у бактерий выработалась устойчивость. «Иногда, когда бактерии обнаруживают лекарство, они не пропускают его», – сказал Тур. "В других случаях бактерии побеждают лекарство, пропуская его и дезактивируя."
Он сказал, что меропенем является примером первого. "Теперь мы можем пройти через клеточную стенку", – сказал Тур. "Это может вдохнуть новую жизнь в неэффективные антибиотики, если использовать их в сочетании с молекулярными упражнениями."
Гунасекера сказал, что бактериальные колонии, нацеленные только на небольшую концентрацию наномашин, убили до 17% клеток, но это увеличилось до 65% с добавлением меропенема. После дальнейшего уравновешивания моторов и антибиотика исследователи смогли убить 94% возбудителей пневмонии.
Тур сказал, что наномашины могут оказать самое непосредственное влияние на лечение инфекций кожи, ран, катетеров или имплантатов, вызванных бактериями, такими как золотистый стафилококк MRSA, клебсиеллой или псевдомонадой, и кишечными инфекциями. «На коже, в легких или в желудочно-кишечном тракте, везде, где мы можем ввести источник света, мы можем атаковать эти бактерии», – сказал он. "Или можно заставить кровь течь через светосодержащую внешнюю коробку, а затем обратно в тело, чтобы убить переносимые с кровью бактерии."
«На начальном этапе мы очень заинтересованы в лечении инфекций ран и имплантатов», – сказал Чирилло. «Но у нас есть способы доставлять эти длины волн света к легочным инфекциям, которые вызывают многочисленные смертельные случаи от пневмонии, муковисцидоза и туберкулеза, поэтому мы также будем разрабатывать методы лечения респираторных инфекций."
Гунасекера отметил, что бактерии, передающиеся через мочевой пузырь, вызывающие инфекции мочевыводящих путей, также могут быть мишенью.
Эта статья – одна из двух, опубликованных лабораторией Tour на этой неделе, которые продвигают способность микроскопических наномашин лечить болезни.
В другом, который появляется в ACS Applied Materials Interfaces, исследователи из Райса и онкологического центра Андерсона Университета Техаса нацелились и атаковали лабораторные образцы раковых клеток поджелудочной железы с помощью машин, которые реагируют на видимый, а не на ранее используемый ультрафиолетовый свет. «Это еще один большой шаг вперед, поскольку видимый свет не причинит такого большого ущерба окружающим клеткам», – сказал Тур.