Polimery, które zabijają bakterie
Chemicy z Texas A&M University stworzyli polimery, które są w stanie uszkodzić błonę komórkową bakterii. To obiecująca odpowiedź na rosnący problem antybiotykoodporności wielu rodzajów bakterii. Zanim jednak wprowadzi się takie polimery do leczenia, badacze muszą się upewnić, czy nie są one szkodliwe dla człowieka.
Bakterie oporne na antybiotyki stają się poważnym wyzwaniem dla ochrony zdrowia. Każdego roku tylko w Stanach Zjednoczonych około 2,8 miliona infekcji bakteryjnych okazuje się niewrażliwych na leczenie za pomocą antybiotyków (dane z CDC – Centers for Disease Control and Prevention). Bez opracowania nowych metod leczenia – nowych rodzajów antybiotyków lub innej kuracji – może się okazać, że łatwe dotąd do uleczenia urazy i infekcje staną się poważnym zagrożeniem dla zdrowia i życia.
Odpowiedzią na to niebezpieczeństwo jest najnowszy wynalazek naukowców z Texas A&M University – nowa grupa polimerów, której wspólną właściwością jest to, że bez udziału antybiotyków są w stanie uszkadzać błonę komórkową bakterii i tak doprowadzać do ich śmierci.
– Nowe, zsyntetyzowane przez nas polimery mogą w przyszłości pomóc w walce z opornością na antybiotyki, dostarczając cząsteczek antybakteryjnych działających poprzez mechanizm, na który bakterie nie rozwijają oporności – opowiada dr Quentin Michaudel, kierownik zespołu badawczego prowadzącego badania opublikowane 11 grudnia (2023) w czasopiśmie „Proceedings of the National Academy of Sciences” (PNAS).
W laboratorium dr. Michaudela praca odbywa się na styku chemii organicznej i nauki o polimerach. Przy użyciu katalizatora zwanego AquaMet badaczom udało się zsyntetyzować nowy polimer poprzez staranne zaprojektowanie dodatnio naładowanej cząsteczki, którą można wielokrotnie łączyć w dużą cząsteczkę zbudowaną z tego samego powtarzającego się schematu. Naukowcy podkreślają istotną rolę tego właśnie katalizatora, który musi jednocześnie tolerować wysokie stężenie ładunków i być rozpuszczalny w wodzie, co nie jest częstą właściwością.
Po tym, jak udało się zaprojektować i stworzyć odpowiednie polimery, badacze poddali je testom. W jednej grupie testów badano ich oddziaływanie na dwa typy bakterii często oporne na antybiotyki – E. coli i Staphylococcus aureus (MRSA). Jednocześnie sprawdzano, czy polimery nie są toksyczne wobec ludzkich czerwonych krwinek.
– Częstym problemem związanym z antybakteryjnymi polimerami jest to, że kiedy celują w błonę komórkową, nie odróżniają bakterii od ludzkich komórek – wyjaśnia dr Michaudel. – Kluczem jest znalezienie równowagi między skutecznym hamowaniem wzrostu bakterii a masowym zabijaniem konkretnych typów komórek.
Aby przejść do kolejnego etapu badań, naukowcy muszą skupić się teraz właśnie na tym wyzwaniu. Dopóki nie będzie pewności, że stworzone polimery nie są szkodliwe dla ludzkich komórek i że precyzyjnie celują w komórki konkretnych bakterii, nie ma mowy o dalszych badaniach na żywych istotach (najpierw na zwierzętach, potem na ludziach).
Jak podkreśla dr Michaudel, badania nie powiodłyby się, gdyby nie sprawna i oddana współpraca przedstawicieli kilku różnych dyscyplin naukowych, a także współpraca międzyinstytucjonalna. Niektóre próbki musiałyby być przekazywane do laboratorium oddalonego o ponad 1500 kilometrów, w stanie Wirginia, gdzie znajduje się Letteri Polymer (Bio)materials Lab (University of Virginia), jedno z najlepiej wyposażonych laboratoriów zajmujących się polimerami.
Badania: Sarah N. Hancock et al, Ring-opening metathesis polymerization of N -methylpyridinium-fused norbornenes to access antibacterial main-chain cationic polymers, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2311396120
Strona internetowa laboratorium: https://www.michaudellab.org/
Opracowano na podstawie artykułu Texas A&M Team Develops Polymers That Can Kill Bacteria opublikowanego na stronie internetowej Texas A&M University.
