Antimikrobiella medel används för att döda eller bromsa tillväxten av bakterier, virus och andra mikroorganismer. De kan vara i form av antibiotika, används för att behandla kroppsinfektioner, eller som tillsats eller beläggning på kommersiella produkter som används för att hålla bakterier borta. Dessa livräddande verktyg är viktiga för att förebygga och behandla infektioner hos människor, djur och växter, men de utgör också ett globalt hot mot folkhälsan när mikroorganismer utvecklar resistens mot dem, ett koncept som kallas antimikrobiell resistens.

En av de främsta drivkrafterna bakom antimikrobiell resistens är missbruk och överanvändning av antimikrobiella medel, som inkluderar silver nanopartiklar, ett avancerat material med väldokumenterade antimikrobiella egenskaper. Det används alltmer i kommersiella produkter som har förbättrad bakteriedödande prestanda – det har vävts in i textilier, belagd på tandborstar, och även blandat i kosmetika som konserveringsmedel.

Gilbertson-gruppen vid University of Pittsburgh Swanson School of Engineering använde laboratoriestammar av E coli för att bättre förstå bakteriell resistens mot silvernanopartiklar och försöka komma före det potentiella missbruket av detta material. Teamet publicerade nyligen sina resultat i Naturens nanoteknik.

"Bakteriell resistens mot silvernanopartiklar är understuderad, så vår grupp tittade på mekanismerna bakom denna händelse, sa Lisa Stabryla, huvudförfattare på tidningen och en nyligen genomförd civil- och miljödoktor. examen vid Pitt. "Detta är en lovande innovation att lägga till vår arsenal av antimikrobiella medel, men vi måste medvetet studera det och kanske reglera dess användning för att undvika minskad effekt som vi har sett med några vanliga antibiotika."

Stabryla utsatt E coli till 20 dagar i följd av silvernanopartiklar och övervakad bakterietillväxt över tid. Nanopartiklar är ungefär 50 gånger mindre än en bakterie.

"I början, bakterier kunde bara överleva vid låga koncentrationer av silvernanopartiklar, men medan experimentet fortsatte, vi fann att de kunde överleva vid högre doser, " noterade Stabryla. "Intressant nog, Vi fann att bakterier utvecklade resistens mot silvernanopartiklarna men inte bara deras frigjorda silverjoner."

Gruppen sekvenserade genomet av E coli som hade exponerats för silvernanopartiklar och hittat en mutation i en gen som motsvarar en utflödespump som trycker ut tungmetalljoner ur cellen.

"Det är möjligt att någon form av silver kommer in i cellen, och när den kommer, cellen muterar för att snabbt pumpa ut den, ", tillade hon. "Mer arbete behövs för att avgöra om forskare kanske kan övervinna denna resistensmekanism genom partikeldesign."

Gruppen studerade sedan två olika typer av E coli :en hyperrörlig stam som simmar genom sin omgivning snabbare än normalt rörliga bakterier och en icke-rörlig stam som inte har fysiska möjligheter att röra sig. De fann att endast den hypermotila stammen utvecklade resistens.

"Detta fynd kan tyda på att silvernanopartiklar kan vara ett bra alternativ för att rikta in sig på vissa typer av bakterier, särskilt icke-rörliga stammar, sa Stabryla.

I slutet, bakterier kommer fortfarande att hitta ett sätt att utvecklas och undvika antimikrobiella medel. Förhoppningen är att en förståelse för de mekanismer som leder till denna utveckling och en medveten användning av nya antimikrobiella medel kommer att minska effekten av antimikrobiell resistens.

"Vi är de första som tittar på bakteriers motilitetseffekter på förmågan att utveckla resistens mot silvernanopartiklar, sa Leanne Gilbertson, biträdande professor i civil- och miljöteknik vid Pitt. "Den observerade skillnaden är verkligen intressant och förtjänar ytterligare undersökning för att förstå den och hur man kopplar det genetiska svaret - utflödespumpens reglering - till bakteriernas förmåga att röra sig i systemet.

"Resultaten är lovande för att kunna ställa in partikelegenskaper för ett önskat svar, som hög effekt samtidigt som man undviker resistens."