Стратегии снижения бактериальной колонизации

Хронические инфекции, связанные с бактериальными биоплёнками, — одни из самых опасных и трудно поддающихся лечению. Биоплёнки — это плотные сообщества микробных клеток, окружённые выделяемыми полимерами. В своей докторской диссертации химик Шогик Акопян в Университете Умео (Швеция) изучила способы снижения бактериальной колонизации.

Биоплёнки могут образовываться на любых поверхностях и представляют серьёзную проблему, особенно в здравоохранении. Согласно данным, биоплёнки ответственны примерно за 80% всех микробных инфекций и ежегодно вызывают 100 000 смертей.

Обычное лечение бактериальных инфекций — антибиотики. Однако традиционные антибиотики становятся всё менее эффективными из-за развития устойчивости. Кроме того, в биоплёнках бактерии выживают в суровых условиях и становятся в 1000 раз менее восприимчивыми к большинству антибиотиков. Поэтому самый простой способ борьбы — предотвратить адгезию бактерий и формирование биоплёнки.

Это можно сделать, либо насыщая поверхности антибактериальными соединениями, либо создавая поверхности, препятствующие адгезии. Одна из наиболее перспективных стратегий — присоединение полимерных щёток для формирования антибактериальных поверхностей. Полимерная щётка — это слой полимерных цепей, прикреплённых одним концом к поверхности и растянутых от неё, напоминающий лес ёршиков.

Часть 1: Гидразоны и комплексы галлия

В диссертации использовался класс малых органических молекул — гидразоны — в качестве антибактериальных соединений. Эти вещества способны обезвреживать бактерии, не убивая их. Поскольку бактерии остаются живыми, эволюционное давление для развития устойчивости считается ниже, чем для бактерицидных соединений. Кроме того, гидразоны связывают ионы металлов, такие как ионы галлия.

«Ионы галлия убивают как планктонные, так и биоплёночные бактерии, но для максимальной эффективности и предотвращения образования нерастворимых агрегатов они должны быть в комплексе с другими молекулами», — говорит Шогик Акопян.

Были изучены химические и биологические свойства комплексов галлия с гидразоном. Два наиболее биоактивных комплекса образуют очень прочные связи с галлием. Это указывает на их стабильность в физиологических условиях и способность доставлять ионы галлия к бактериальным клеткам. Более того, эти комплексы обладают интересными биологическими эффектами и могут подавлять патогенные действия бактерий или ингибировать образование биоплёнки.

Часть 2: Модификация поверхности полимерными щётками

Вторая часть работы связана с модификацией поверхности различными типами полимерных щёток и тестированием их антибактериальных свойств. Для долговечных антибиоплёночных поверхностей очень важно создавать поверхности, отталкивающие, например, белки, чтобы уменьшить осаждение клеточного дебриса и последующую потерю биоактивности.

«Мои результаты показывают, что щётки, содержащие равные количества положительно и отрицательно заряженных звеньев, сильно подавляют образование биоплёнки, а также уменьшают прикрепление белков и бактерий. Кроме того, я разработала и оптимизировала стратегию закрепления биоактивных молекул гидразона на этих щётках для создания биологически активных поверхностей», — говорит Шогик Акопян.