Борьба с биоплёнками началась
Биоплёнки — это слизистые, клейкие мембраны, которые производят микробы (например, бактерии и грибы) для колонизации поверхностей. Они могут расти на тканях животных и растений, а также внутри человеческого тела на медицинских устройствах, таких как катетеры, сердечные клапаны или искусственные суставы. Биоплёнки защищают микробы от иммунной системы организма и повышают их устойчивость к антибиотикам, представляя одну из самых больших угроз для пациентов в больницах.
Исследовательская группа из Научно-исследовательского института Центра здоровья Университета Макгилла (RI-MUHC) и Детской больницы Торонто (SickKids) разработала новую ферментную технологию, которая предотвращает образование биоплёнок, а также может их разрушать. Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Проблема и новый подход
Инфекции, связанные с биоплёнками, вызывают тысячи смертей в Северной Америке каждый год. Их трудно уничтожить, потому что они выделяют матрицу из молекул сахара, которая действует как физический и химический барьер, не позволяя антибиотикам достичь микробов.
«Мы смогли использовать собственные инструменты микроба против него, чтобы атаковать и разрушить молекулы сахара, которые удерживают биоплёнку вместе», — говорит со-руководитель исследования доктор Дон Шеппард. Это совершенно новая стратегия: вместо создания «пуль» против отдельных микробов учёные атакуют защитную биоплёнку, «разрушая стены» и обнажая микробы.
Механизм действия
Учёные сосредоточились на двух распространённых возбудителях лёгочных инфекций: бактерии Pseudomonas aeruginosa и грибе Aspergillus fumigatus. Изучая механизмы, которые эти организмы используют для создания биоплёнок, они обнаружили ферменты, разрезающие молекулы сахара, склеивающие биоплёнку.
«Микробы используют эти ферменты, чтобы перемещать молекулы сахара и разрезать их на части для построения и ремоделирования матрицы биоплёнки», — объясняет доктор Шеппард. Исследователи нашли способ использовать эти ферменты для разрушения сахарной «брони», обнажая микроб для действия антибиотиков и защиты организма.
«Мы превратили эти ферменты в машину для уничтожения биоплёнок, которую можно использовать вне микроба, где находятся молекулы сахара. Эти ферменты "разжёвывают" все молекулы сахара на своём пути и не останавливаются, пока матрица не будет разрушена», — поясняет со-автор Брендан Снарр.
Значение открытия
«Предыдущие попытки борьбы с биоплёнками имели ограниченный успех, в основном в предотвращении их образования. Эти ферменты — первая стратегия, которая оказалась эффективной для уничтожения зрелых биоплёнок и которая работает на моделях инфекции у мышей», — добавляет доктор Шеппард.
Ключевое открытие: ферменты, взятые у бактерий, одинаково эффективно разрушали биоплёнки грибов. «Этот подход может быть универсальным способом использования собственных систем микробов для разрушения биоплёнок. Это имеет большие последствия для многих микробов, болезней и инфекций», — говорит со-руководитель исследования доктор П. Линн Хауэлл.
Потенциал
«Более 70% внутрибольничных инфекций связаны с биоплёнками, и у нас просто нет инструментов для их лечения!» — заявляет доктор Шеппард. Потенциал этой новой терапии огромен, и учёные надеются коммерциализировать её в ближайшие годы.