En illustration visar hur motoriserade nanomaskiner utlöses av lättborrning i bakterier, gör en väg för antibiotika. Experiment visade att bakterierna blev mottagliga igen för antibiotikumet meropenem, som det hade utvecklat motstånd mot. Upphovsman:Don Thushara Galbadage/Biola University
Molekylära övningar har fått förmågan att rikta och förstöra dödliga bakterier som har utvecklat resistens mot nästan alla antibiotika. I vissa fall, övningarna gör antibiotikan effektiv igen.
Forskare vid Rice University, Texas A&M University, Biola University och Durham (U.K.) University visade att motoriserade molekyler som utvecklats i Rice lab av kemisten James Tour är effektiva för att döda antibiotikaresistenta mikrober inom några minuter.
"Dessa superbugs kan döda 10 miljoner människor om året år 2050, på ett sätt som överträffar cancer, "Tour sa." Det här är mardrömbakterier; de svarar inte på någonting. "
Motorerna riktar sig mot bakterierna och en gång aktiverad med ljus, gräva genom deras yttre.
Medan bakterier kan utvecklas för att motstå antibiotika genom att låsa ut antibiotika, bakterierna har inget försvar mot molekylära övningar. Antibiotika som kan ta sig igenom öppningar som görs av borrarna är återigen dödliga för bakterierna.
Forskarna rapporterade sina resultat i American Chemical Society journal ACS Nano .
Tour och Robert Pal, en Royal Society University Research Fellow i Durham och medförfattare till den nya uppsatsen, introducerade molekylärborrningarna för borrning genom celler 2017. Borrarna är paddlliknande molekyler som kan uppmanas att snurra med 3 miljoner varv per sekund när de aktiveras med ljus.
En Klebsiella pneumoniae -bakterie exponerad för motoriserade nanomaskiner som uppfanns vid Rice University och antibiotikumet meropenem visar tecken på skador i en transmissionselektronmikroskopbild. De gula pilarna visar områden med cellväggstörningar, medan den lila pilen visar var cytoplasman har rymt från cellen. Upphovsman:Don Thushara Galbadage/Texas A&M
Tester från Texas A&M lab av ledande forskaren Jeffrey Cirillo och den tidigare risforskaren Richard Gunasekera, nu på på Biola, dödade effektivt Klebsiella pneumoniae inom några minuter. Mikroskopiska bilder av riktade bakterier visade var motorer hade borrat genom cellväggar.
"Bakterier har inte bara ett lipiddubbelskikt, "Tour sa." De har två bilager och proteiner med sockerarter som sammanlänkar dem, så saker kommer normalt inte igenom dessa mycket robusta cellväggar. Det är därför dessa bakterier är så svåra att döda. Men de har inget sätt att försvara sig mot en maskin som dessa molekylära borrar, eftersom detta är en mekanisk verkan och inte en kemisk effekt. "
Motorerna ökade också mottagligheten för K. lunginflammation för meropenem, ett antibakteriellt läkemedel mot vilket bakterierna hade utvecklat resistens. "Ibland, när bakterierna räknar ut ett läkemedel, det släpper inte in det, "Tour sa." Andra gånger, bakterier besegrar läkemedlet genom att släppa in det och inaktivera det. "
Han sa att meropenem är ett exempel på det förra. "Nu kan vi få det genom cellväggen, "Tour sa." Detta kan blåsa nytt liv i ineffektiva antibiotika genom att använda dem i kombination med de molekylära övningarna. "
Gunasekera sa att bakteriekolonier riktade med en liten koncentration av nanomaskiner enbart dödade upp till 17% av cellerna, men det ökade till 65% med tillägg av meropenem. Efter ytterligare balansering av motorer och antibiotika, forskarna kunde döda 94% av den patogen som orsakar lunginflammation.
En Klebsiella pneumoniae -bakterie exponerad för motoriserade nanomaskiner som uppfanns vid Rice University och antibiotikumet meropenem visar tecken på skador i en transmissionselektronmikroskopbild. De gula pilarna visar områden med cellväggstörningar, den lila pilen visar var cytoplasman har rymt från cellen, och den röda pilen visar cytoplasmatiskt läckage. Upphovsman:Don Thushara Galbadage/Texas A&M
Tour sa att nanomaskinerna kan se sin mest omedelbara inverkan vid behandling av hud, sår, kateter- eller implantatinfektioner orsakade av bakterier - som stafylococcus aureus MRSA, klebsiella eller pseudomonas - och tarminfektioner. "På huden, i lungorna eller i mag -tarmkanalen, varhelst vi kan införa en ljuskälla, vi kan attackera dessa bakterier, "sa han." Eller så kan man få blodflödet genom en ljusinnehållande yttre låda och sedan tillbaka in i kroppen för att döda blodburna bakterier. "
"Vi är mycket intresserade av att behandla sår- och implantatinfektioner till en början, "Cirillo sa." Men vi har sätt att leverera dessa ljusets våglängder till lunginfektioner som orsakar många dödsfall från lunginflammation, cystisk fibros och tuberkulos, så vi kommer också att utveckla luftvägsinfektionsbehandlingar. "
Gunasekera noterade blåsburen bakterier som orsakar urinvägsinfektioner kan också riktas.
Tidningen är en av två som publicerades av Tourlabb i veckan som främjar mikroskopiska nanomaskiners förmåga att behandla sjukdomar. I den andra, som visas i ACS Applied Materials Interfaces , forskare vid Rice och University of Texas MD Anderson Cancer Center riktade och attackerade laboratorieprover av cancer i bukspottskörteln med maskiner som reagerar på synligt snarare än det tidigare använda ultravioletta ljuset. "Detta är ytterligare ett stort framsteg, eftersom synligt ljus inte kommer att orsaka så mycket skada på de omgivande cellerna, "Sa Tour.
