Учёные создали более безопасные и экологичные антимикробные средства для защиты вымени коров
Молочная промышленность десятилетиями сталкивается с глобальной проблемой — бактериальными инфекциями вымени коров, которые значительно снижают надои.
Заболевание, известное как бовинальный мастит, по оценкам, ежегодно наносит мировой экономике ущерб в размере 22 млрд долларов США. Хотя для лечения инфекции у молочного скота используются антибиотики, существуют проблемы роста антибиотикорезистентности и риска загрязнения молока остатками антибиотиков.
Международная группа исследователей разработала альтернативу антибиотикам, предотвращающую инфекцию с помощью нового открытого ими механизма.
Учёных возглавил Наньянский технологический университет, Сингапур (NTU Singapore), в сотрудничестве с Междисциплинарной исследовательской группой по устойчивости к противомикробным препаратам (AMR) в Сингапурско-Массачусетском альянсе по исследованиям и технологиям (SMART). Результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.
В предварительном испытании на ферме новые антимикробные соединения наносили на соски коров и показали, что они предотвращают инфекцию вымени после контакта животных с бактериями.
«Наше исследование выявило альтернативный класс мощных антимикробных соединений, которые можно использовать в сельском хозяйстве для борьбы с мультирезистентными бактериями, вызывающими бовинальный мастит», — сказала профессор Мэри Чан, один из руководителей исследования.
Новые соединения уже вызвали интерес у нескольких сельскохозяйственных компаний в Австралии, Бельгии, Малайзии и Новой Зеландии, которые ищут более безопасные и экологичные заменители существующих средств.
Проблемы существующих методов
Для профилактики инфекции фермеры обычно обрабатывают вымя антисептическими растворами, содержащими йод или хлоргексидин. Однако их длительное использование может раздражать кожу вымени, а сами вещества, попадая в окружающую среду, могут нарушать баланс питательных веществ и вредить водной жизни. Кроме того, при контакте с молоком их эффективность снижается.
Новый механизм действия
Учёные NTU предложили решить эти проблемы с помощью новых соединений — олигоимидазолиевых карбоновых кислот (OIMs).
Они обнаружили, что OIMs убивают бактерии новым способом. Части молекул OIMs превращаются в структуры, называемые карбенами, что позволяет им быстро проникать через защитные мембраны бактерий и повреждать их ДНК. Этот метод более эффективен, чем у обычных катионных антимикробных средств, что позволяет использовать меньшие дозы и снижает риск побочных эффектов.
Результаты испытаний и преимущества
В испытании на ферме коровы, чьи соски обрабатывали OIMs, не заболели маститом после контакта с бактериями. Соединения не вызывали раздражения вымени, легко смывались и не обнаруживались в молоке после очистки.
«OIMs биоразлагаемы и распадаются на естественные молекулы, которые не токсичны и не загрязняют окружающую среду, что делает их более экологичными, чем йод или хлоргексидин», — пояснил доктор Кайси Чжан, соавтор исследования.
Кроме того, в отличие от йода и хлоргексидина, способность OIMs убивать бактерии не снижается при контакте с молоком, и они не влияют на его качество.
Коммерциализация
Учёные коммерциализируют OIMs через стартап-компанию. Крупное фермерское испытание уже начато в Малакке, Малайзия, для оптимизации соединений. Интерес сельскохозяйственных компаний подогревается активным поиском отрасли менее токсичных, более эффективных и устойчивых соединений для замены продуктов на основе йода и хлоргексидина, используемых десятилетиями.