Наночастицы, созданные бактериями, могут бороться с устойчивыми инфекциями вроде MRSA
Ежегодно от устойчивых к антибиотикам инфекций, включая штаммы E. coli, Staphylococcus и пневмонии, умирает около 700 000 человек в мире. По некоторым прогнозам, к 205 году ежегодная смертность может вырасти до 10 миллионов, превысив смертность от всех видов рака вместе взятых.
Решение этой надвигающейся проблемы могут предложить микроскопические частицы, производимые самими устойчивыми бактериями, которые заменят традиционные антибиотики, считает профессор химической инженерии Северо-Восточного университета Томас Вебстер.
Вебстер и его коллеги используют бактерии для производства наночастиц — металлических частиц размером от 1 до 100 нанометров (ширина одного волоса — около 80 000 нм). Исследователи обнаружили, что эти наночастицы особенно эффективны для уничтожения того типа клеток, который использовался для их создания, включая штаммы бактерий, устойчивые к традиционным антибиотикам.
«Эти частицы, созданные живыми организмами, на самом деле лучше тех, что сделаны методами синтетической химии. Они могут избирательно поражать бактерии или клетки, которые их создали», — говорит Вебстер.
Из-за своего малого размера наночастицы могут уничтожать клетки, «душа» их снаружи или нарушая клеточные функции изнутри. Сложность в том, чтобы гарантировать, что наночастицы убивают только целевые клетки.
Наночастицы обычно производятся синтетически, с помощью химических реакций. Однако, «кормя» бактерии или другие клетки нужным химическим соединением, исследователи смогли использовать внутренние механизмы клетки для синтеза наночастиц.
Исследователи не уверены, почему эти наночастицы специфически поражают своих создателей. Дэвид Медина, докторант в лаборатории Вебстера, предполагает, что бактерии могут ошибочно идентифицировать наночастицы как «своих».
Бактериальные клетки способны распознавать друг друга. Они могут атаковать то, что воспринимают как чужеродное, но мирно сосуществовать и сотрудничать с себе подобными. Когда бактерии создают наночастицы, они покрывают их тонким белковым слоем. Этот слой может заставлять другие бактерии того же вида помечать их как «дружественные» и позволять наночастицам приблизиться.
«Естественное покрытие происходит от бактерий. Они втягивают частицу внутрь, думая, что это что-то похожее на них. Но затем их ждёт сюрприз», — объясняет Медина.
Из-за этого обмана Медина называет наночастицы «нанометрическими троянскими конями». Это открытие стало счастливой случайностью.
Лаборатория Вебстера работала с наночастицами два десятилетия, но создавала их методами синтетической химии, которые иногда требуют использования довольно токсичных материалов. Когда Медина начал свою докторскую работу, он сосредоточился на более экологичных методах.
Однажды, проводя эксперимент, Медина допустил ошибку из-за усталости: вместо того чтобы смешать наночастицы с другими бактериями, он смешал их с теми же самыми, которые их создали. Наночастицы, почти не действовавшие на целевые бактерии, эффективно убили бактерии-создатели.
«Дэвид обнаружил, что если мы "запрограммируем" MRSA [устойчивый к антибиотикам стафилококк] создать наночастицу, то эта частица может избирательно убивать именно MRSA. И мы видим это по всему спектру. Если взять клетку рака груди и "запрограммировать" её создать наночастицу, эта частица будет более избирательно убивать клетки рака груди, чем здоровые клетки организма. Это было совершенно неожиданно», — говорит Вебстер.
Это открытие легло в основу диссертации Медины и может стать способом борьбы с растущим числом устойчивых инфекций. Исследователи также изучают возможность использования этого метода для создания наночастичных методов лечения рака.
«Всё, чего мы ожидали от этой работы, — это сократить количество токсичных химикатов для создания наночастиц. Но в итоге мы открыли целое семейство наночастиц, которые на самом деле более эффективны в том, для чего мы их создаём: убивать бактерии или опухолевые клетки», — резюмирует Вебстер.