Ультракороткие лазерные импульсы убивают бактериальные супербактерии и споры
Устойчивость опасных для жизни бактерий к антибиотикам растёт, что делает поиск альтернатив всё более актуальным. Для некоторых применений такой альтернативой может стать особый тип лазера.
Исследователи из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе обнаружили, что лазеры, испускающие ультракороткие импульсы света, могут убивать мультирезистентные бактерии и устойчивые бактериальные споры. Результаты, опубликованные в Journal of Biophotonics, открывают возможность использования таких лазеров для уничтожения бактерий, устойчивых к другим методам. Ранее учёные показали, что эти лазеры не повреждают клетки человека, что позволяет рассматривать их для стерилизации ран или обеззараживания продуктов крови.
"Технология лазеров с ультракороткими импульсами уникальным образом инактивирует патогены, сохраняя человеческие белки и клетки", — говорит первый автор Шоу-Вей (Дэвид) Цзен.
Он и старший автор Сэмюэл Ачилефу годами изучали антимикробные свойства таких лазеров. Ранее они показали, что лазеры могут инактивировать вирусы и обычные бактерии, не вредя клеткам человека. В новом исследовании они расширили работу на антибиотикорезистентные бактерии и бактериальные споры.
Цели и результаты исследования
Учёные направили лазеры на:
- Метициллин-резистентный Staphylococcus aureus (MRSA), вызывающий инфекции кожи, лёгких и других органов.
- Продуцирующую бета-лактамазы расширенного спектра Escherichia coli (E. coli), вызывающую инфекции мочевыводящих путей, диарею и раневые инфекции.
- Споры бактерии Bacillus cereus, вызывающей пищевые отравления и порчу продуктов. Споры Bacillus могут выдерживать кипячение.
Во всех случаях лазеры убили более 99,9% целевых организмов, сократив их количество более чем в 1000 раз.
Механизм действия
Вирусы и бактерии содержат плотно упакованные белковые структуры, которые могут возбуждаться лазерным импульсом. Лазер убивает, заставляя эти структуры вибрировать до разрыва некоторых молекулярных связей. Образовавшиеся свободные концы быстро присоединяются к чему угодно, часто не к прежним партнёрам. Результат — хаос неправильных связей внутри и между белками, что останавливает нормальное функционирование микроорганизмов.
"Существует терапевтическое окно, где мы можем настроить параметры лазера так, чтобы убивать патогены, не затрагивая человеческие клетки", — пояснил Цзен.
Перспективы применения
Тепло, радиация и химикаты эффективны для стерилизации объектов, но большинство из них слишком агрессивны для использования на людях или биопродуктах. Ультракороткие лазерные импульсы, инактивируя все виды бактерий и вирусов без повреждения клеток, могут обеспечить новый подход к повышению безопасности продуктов крови и других биологических продуктов.
"Ультракороткие лазерные импульсы могут стать способом гарантировать, что наши запасы крови очищены от патогенов, как известных, так и неизвестных", — отметил Цзен.