Bygger på ett enzym som finns i naturen, forskare vid Rensselaer Polytechnic Institute har skapat en beläggning i nanoskala för kirurgisk utrustning, sjukhusets väggar, och andra ytor som säkert utrotar meticillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA), bakterierna som är ansvariga för antibiotikaresistenta infektioner.

"Vi bygger på naturen, sade Jonathan S. Dordick, Howard P. Isermann professor i kemi- och biologisk teknik, och chef för Rensselaers Center for Biotechnology &Interdisciplinary Studies. "Här har vi ett system där ytan innehåller ett enzym som är säkert att hantera, verkar inte leda till motstånd, läcker inte ut i miljön, och täpps inte till med cellskräp. MRSA-bakterierna kommer i kontakt med ytan, och de dödas."

I tester, 100 procent av MRSA i lösning dödades inom 20 minuter efter kontakt med en yta målad med latexfärg spetsad med beläggningen.

Den nya beläggningen förenar kolnanorör med lysostafin, ett naturligt förekommande enzym som används av icke-patogena stammar av Staph-bakterier för att försvara sig mot Staphylococcus aureus, inklusive MRSA. Det resulterande "konjugatet" av nanorörsenzymet kan blandas med valfritt antal ytfinishar - i tester, den blandades med vanlig latexhusfärg.

Till skillnad från andra antimikrobiella beläggningar, det är endast giftigt för MRSA, är inte beroende av antibiotika, och läcker inte ut kemikalier i miljön eller blir igensatt med tiden. Den kan tvättas upprepade gånger utan att förlora effektivitet och har en torr lagringstid på upp till sex månader.

Forskningen, ledd av Dordick och Ravi Kane, professor vid Institutionen för kemi- och biologisk teknik vid Rensselaer, tillsammans med samarbete från Dennis W. Metzger vid Albany Medical College, och Ravi Pangule, en doktorand i kemiteknik på projektet, har publicerats i juliupplagan av tidskriften ACS Nano , publicerad av American Chemical Society.

Dordick sa att nanorörsenzymbeläggningen bygger på flera år av tidigare arbete med att bädda in enzymer i polymerer. I tidigare studier, Dordick och Kane upptäckte att enzymer fästa vid kolnanorör var mer stabila och tätare packade när de bäddades in i polymerer än enzymer ensamma.

"Om vi ​​lägger ett enzym direkt i en beläggning (som färg) kommer det sakta att sprätta ut, " Sa Kane. "Vi ville skapa en stabiliserande miljö, och nanorören tillåter oss att göra det."

Efter att ha etablerat grunderna för att bädda in enzymer i polymerer, de riktade sin uppmärksamhet mot praktiska tillämpningar.

"Vi frågade oss själva - fanns det exempel i naturen där enzymer kan utnyttjas som har aktivitet mot bakterier?" sa Dordick. Svaret var ja och teamet fokuserade snabbt på lysostafin, ett enzym som utsöndras av icke-patogena Staph-stammar, ofarliga för människor och andra organismer, kapabel att döda Staphylococcus aureus , inklusive MRSA, och kommersiellt tillgänglig.

"Det är väldigt effektivt. Om du lägger en liten mängd lysostafin i en lösning med Staphylococcus aureus , du kommer att se bakterierna dö nästan omedelbart, " sa Kane.

Lysostafin fungerar genom att först fästa sig på bakteriens cellvägg och sedan skära upp cellväggen (enzymets namn kommer från grekiskan "lysis" som betyder "att lossa eller frigöra").

"Lysostafin är exceptionellt selektivt, "Dordick sa. "Det fungerar inte mot andra bakterier och det är inte giftigt för mänskliga celler."

Enzymet är fäst till kolnanoröret med en kort flexibel polymerlänk, vilket förbättrar dess förmåga att nå MRSA-bakterierna, sa Kane.

"Ju mer lysostafinet kan röra sig, ju mer den kan fungera." sa Dordick.

De testade framgångsrikt det resulterande nanorör-enzymkonjugatet vid Albany Medical College, där Metzger upprätthåller stammar av MRSA.

"I slutet av dagen har vi ett mycket selektivt medel som kan användas i en mängd olika miljöer - färger, beläggning, medicinska verktyg, dörrhandtag, kirurgiska masker — och den är aktiv och stabil, " Sa Kane. "Den är redo att använda när du är redo att använda den."

Nanorörsenzymmetod kommer sannolikt att visa sig vara överlägsen tidigare försök med antimikrobiella medel, som delas in i två kategorier:beläggningar som frigör biocider, eller beläggningar som "spjutar" bakterier.

Beläggningar som släpper ut biocider - som fungerar på ett sätt som liknar marin antifouling-färg - orsakar skadliga biverkningar och förlorar effektivitet med tiden eftersom deras aktiva ingrediens läcker ut i miljön.

Beläggningar som sprider bakterier - med amfipatiska polykatjoner och antimikrobiella peptider - tenderar att täppas till, förlorar också effektivitet.

Nanorör-lysostafinbeläggningen gör varken, sa Dordick.

"Vi spenderade ganska mycket tid på att visa att enzymet inte kom ut ur färgen under de antibakteriella experimenten. det var förvånande att enzymet fungerade så bra som det gjorde medan det förblev inbäddat nära färgens yta, sa Dordick.

Enzymets skivning eller "lytiska" verkan innebär också att bakteriecellinnehållet sprids, eller kan tas bort genom att skölja eller tvätta ytan.

Kane sa också att MRSA sannolikt inte kommer att utveckla resistens mot ett naturligt förekommande enzym.

"Lysostafin har utvecklats under hundratals miljoner år för att vara mycket svårt för Staphylococcus aureus att motstå, " Sa Kane. "Det är en intressant mekanism som dessa enzymer använder som vi drar nytta av."