Na účinné antibiotikum premenili mangán, stopový prvok nevyhnutný pre ľudské telo, ktorý ukotvili pomocou atomárneho inžinierstva v štruktúre chemicky upraveného grafénu. Testy na zvieracích modeloch preukázali, že nový materiál má obrovský potenciál najmä v lokálnej terapii, napríklad pri hojení rán. Objav publikoval prestížny časopis Advanced Materials a na ochranu materiálu vedci podali európsky patent.
„Vyvinutý materiál dokáže likvidovať a brániť rastu všetkých typov nami študovaných baktérií vrátane vysoko odolných patogénov. Funguje v nízkych koncentráciách, pri ktorých je úplne neškodný voči ľudským bunkám. Baktérie nie sú schopné si voči nemu vyvinúť rezistenciu, ktorá predstavuje jeden z najväčších problémov súčasnej medicíny. Všetky tieto výsledky sú skvelými predpokladmi na využitie atomárneho antibiotika v praxi,“ uviedol fyzikálny chemik a autor výskumného konceptu Radek Zbořil pôsobiaci v Českom inštitúte výskumu a pokročilých technológií – CATRIN UP a Centre energetických a environmentálnych technológií na ostravskej vysokej škole.
Frontálny útok mangánu
Vedci pri vývoji antibiotika zúročili svoje skúsenosti z grafénovej chémie a atomárneho inžinierstva, ktorému sa v posledných rokoch intenzívne venujú. Tentoraz stavili na grafenový derivát obohatený atómami kyslíka a dusíka, do ktorého chemicky zabudovali mangán – prechodný kov, ktorý sa v ľudskom tele podieľa na metabolizme, tvorbe kostí, regulácii cukru v krvi či ochrane buniek pred oxidatívnym stresom.
„Rozhodli sme sa zaútočiť nie na najslabšie, ale jedno z najsilnejších miest baktérií – sacharidy v ich stene a bunkovej membráne, ktoré sú pre prežitie baktérií kľúčové. Plnia okrem iného ochrannú funkciu, sprostredkovávajú prenos látok aj komunikáciu s okolím, slúžia ako energetické rezervy baktérií. Vďaka tomu, že sme chemicky naviazali mangán na vybrané skupiny sacharidov, došlo k potlačeniu ich hlavných funkcií a následnej bunkovej smrti. Zásadná je pritom rola grafenového nosiča, ktorý zabezpečuje prenos iónov mangánu na povrch baktérií a umožní ich frontálny chemický útok na sacharidové molekuly,“ objasnil nový prístup Zbořil.
Čítajte viac Antibiotiká: dokedy ešte budú účinkovať?
Pôsobí aj na najodolnejšie baktérie
Nový materiál je účinný aj proti baktériám, na ktoré existujúce antibiotiká nestačia. „Preukázali sme vynikajúci baktericídny účinok proti všetkým baktériám z takzvanej skupiny ESCAPE, ktorá zahŕňa vysoko odolné bakteriálne patogény. Tieto baktérie sú obzvlášť nebezpečné, pretože odolávajú bežným antibiotikám, čo komplikuje liečbu a zvyšuje riziko závažných infekcií, najmä v nemocničných zariadeniach. V porovnaní s komerčnými antibiotikami bolo jadrové antibiotikum ako jediné účinné proti všetkým rezistentným baktériám,“ vysvetlil prvý autor práce David Panáček.
Vedci overovali účinok atómového antibiotika nielen v laboratórnych podmienkach, ale aj na myšacích modeloch v spolupráci s kolegami z Číny. „V in vivo testoch došlo k veľmi rýchlemu a účinnému vyliečeniu kožnej infekcie spôsobenej rezistentným kmeňom Staphylococcus aureus (zlatý stafylokok) a k dramatickému poklesu všetkých zápalových markerov. Môžeme teda už teraz uvažovať o použití nového typu antibiotika na krytie rán alebo antibakteriálnu úpravu povrchov umelých materiálov. Tu vidíme obrovský potenciál z hľadiska možnosti potlačenia tvorby bakteriálnych povlakov napríklad na umelých kĺbových náhradách, stentoch alebo kanylách. Nový materiál by vďaka svojmu mechanizmu účinku mohol zabrániť aj vzniku komplikujúcich infekcií, čo by malo zásadný vplyv na zdravotníctvo,“ uviedol mikrobiológ a dekan Lekárskej fakulty Univerzity Palackého Milan Kolář, ktorý sa na výskume významne podieľal.
Atómové antibiotikum otvára nové možnosti
Výskumný tím bude pokračovať vo výskume a testovať materiál na systémovú antibiotickú liečbu. „Existujúce antibiotiká už nedokážu liečiť niektoré závažné infekcie a bakteriálna sepsa je čoraz častejšou príčinou úmrtí. Preto chceme otestovať potenciál atómových antibiotík na liečbu najzávažnejších bakteriálnych ochorení,“ dodal Kolář.
Podľa OSN sa odhaduje, že ak sa bude odolnosť baktérií naďalej zvyšovať rovnakým tempom ako v súčasnosti, neliečiteľné infekcie spôsobené baktériami odolnými voči viacerým liekom budú do roku 2050 hlavnou príčinou úmrtí. Takzvané „superbaktérie“ tak predstavujú globálnu hrozbu pre ľudstvo, ktorej riešenie spočíva vo vývoji nových antibakteriálnych látok schopných obísť existujúce mechanizmy, ktoré si baktérie vyvíjajú na svoju ochranu. Výskum vedeckého tímu tak potvrdzuje netušený potenciál atómového inžinierstva pri riešení jednej z najväčších vedeckých a spoločenských výziev.