Крылья насекомых вдохновляют на борьбу с супербактериями

Ученые раскрыли, как наноматериалы, вдохновленные крыльями насекомых, способны уничтожать бактерии при контакте.

Крылья цикад и стрекоз являются естественными убийцами бактерий. Это явление подтолкнуло исследователей к поиску способов борьбы с устойчивыми к лекарствам супербактериями.

Разрабатываются новые антибактериальные поверхности с различными наноузорами, имитирующими смертоносное действие крыльев насекомых. Однако ученые только начинают раскрывать тайны того, как это работает.

В обзоре, опубликованном в Nature Reviews Microbiology, исследователи подробно описали, как именно эти узоры уничтожают бактерии — растягивая, разрезая или разрывая их.

Ведущий автор, заслуженный профессор Университета RMIT Елена Иванова, заявила, что поиск нехимических способов уничтожения бактерий критически важен, поскольку более 700 000 человек ежегодно умирают от лекарственно-устойчивых бактериальных инфекций.

"Бактериальная устойчивость к антибиотикам — одна из величайших угроз глобальному здоровью, и рутинное лечение инфекций становится все более сложным", — сказала Иванова.

"Когда мы ищем идеи в природе, мы обнаруживаем, что насекомые эволюционировали высокоэффективные антибактериальные системы.

Если мы поймем, как именно наноузоры, вдохновленные насекомыми, убивают бактерии, мы сможем более точно проектировать эти формы, чтобы повысить их эффективность против инфекций.

Наша конечная цель — разработать недорогие и масштабируемые антибактериальные поверхности для использования в имплантатах и больницах, чтобы получить мощное новое оружие в борьбе со смертоносными супербактериями".

Бактерицидные поверхности

Крылья цикад и стрекоз покрыты крошечными наностолбиками (нанопилярами). Именно эти узоры ученые первыми попытались воспроизвести, чтобы имитировать их бактерицидный эффект.

С тех пор они также точно сконструировали другие наноформы, такие как листы и проволоки, — все они предназначены для физического повреждения бактериальных клеток.

Бактерии, попадающие на эти наноструктуры, подвергаются растяжению или разрезанию, что приводит к разрыву их клеточной мембраны и гибели.

Новый обзор впервые классифицирует различные способы, которыми эти поверхностные наноузоры создают необходимые механические силы для разрыва клеточной мембраны.

"Наши синтетические биомиметические наноструктуры существенно различаются по своей антибактериальной эффективности, и не всегда понятно, почему", — отметила Иванова.

"Нам также было сложно определить оптимальную форму и размеры конкретного наноузора, чтобы максимизировать его летальную силу.

Хотя синтетические поверхности, которые мы разрабатываем, выводят природу на новый уровень, даже у стрекоз, например, мы видим, что крылья разных видов лучше убивают одни бактерии, чем другие.

Когда мы исследуем крылья в наномасштабе, мы видим различия в плотности, высоте и диаметре наностолбиков, покрывающих их поверхность. Поэтому мы знаем, что правильная наноструктура — это ключ".

Иванова отметила, что создание наноструктурированных поверхностей в больших объемах и по доступной цене для медицинского или промышленного применения остается сложной задачей.

Однако последние достижения в технологиях нанопроизводства показали потенциал для открытия новой эры биомедицинской антимикробной нанотехнологии.