Dødelige superbugs ødelagt af molekylære øvelser

Molekylærøvelser har opnået evnen til at målrette og ødelægge dødelige bakterier, der har udviklet resistens over for næsten alle antibiotika. I nogle tilfælde, øvelserne gør antibiotikaen effektiv igen.

Forskere ved Rice University, Texas A&M University, Biola University og Durham (U.K.) University viste, at motoriserede molekyler udviklet i Rice lab af kemiker James Tour er effektive til at dræbe antibiotika-resistente mikrober inden for få minutter.

"Disse superbugs kan dræbe 10 millioner mennesker om året i 2050, måde at overhale kræft, " sagde Tour. "Dette er mareridtsbakterier; de reagerer ikke på noget."

Motorerne retter sig mod bakterierne og, en gang aktiveret med lys, grave gennem deres ydre.

Mens bakterier kan udvikle sig til at modstå antibiotika ved at låse antibiotikaene ude, bakterierne har intet forsvar mod molekylære øvelser. Antibiotika, der kan trænge gennem åbninger lavet af borene, er igen dødelige for bakterierne.

Forskerne rapporterede deres resultater i tidsskriftet American Chemical Society ACS Nano .

Tour og Robert Pal, en Royal Society University Research Fellow i Durham og medforfatter til det nye papir, introducerede de molekylære bor til boring gennem celler i 2017. Borene er paddle-lignende molekyler, der kan fås til at dreje med 3 millioner omdrejninger i sekundet, når de aktiveres med lys.

Test udført af Texas A&M lab af ledende videnskabsmand Jeffrey Cirillo og tidligere risforsker Richard Gunasekera, nu hos Biola, effektivt dræbte Klebsiella pneumoniae inden for få minutter. Mikroskopiske billeder af målrettede bakterier viste, hvor motorer havde boret gennem cellevægge.

"Bakterier har ikke kun et lipid-dobbeltlag, Tour sagde. "De har to dobbeltlag og proteiner med sukker, der forbinder dem, så ting kommer normalt ikke igennem disse meget robuste cellevægge. Det er derfor, disse bakterier er så svære at dræbe. Men de har ingen måde at forsvare sig mod en maskine som disse molekylære øvelser, da dette er en mekanisk virkning og ikke en kemisk effekt."

Motorerne øgede også modtageligheden af ​​K. pneumoni over for meropenem, et antibakterielt lægemiddel, som bakterierne havde udviklet resistens over for. "Sommetider, når bakterierne finder ud af et lægemiddel, det slipper det ikke ind, " sagde Tour. "Andre gange, bakterier besejrer stoffet ved at lukke det ind og deaktivere det."

Han sagde, at meropenem er et eksempel på førstnævnte. "Nu kan vi få det gennem cellevæggen, Tour sagde. "Dette kan puste nyt liv i ineffektive antibiotika ved at bruge dem i kombination med de molekylære øvelser."

Gunasekera sagde, at bakteriekolonier målrettet med en lille koncentration af nanomaskiner alene dræbte op til 17 % af cellerne, men det steg til 65 % ved tilsætning af meropenem. Efter yderligere afbalancering af motorer og antibiotika, forskerne var i stand til at dræbe 94 % af det lungebetændelsesfremkaldende patogen.

Tour sagde, at nanomaskinerne kan se deres mest umiddelbare virkning i behandling af hud, sår, kateter- eller implantatinfektioner forårsaget af bakterier-som Staphylococcus aureus MRSA, klebsiella eller pseudomonas - og tarminfektioner. "På huden, i lungerne eller i mave-tarmkanalen, hvor vi kan introducere en lyskilde, vi kan angribe disse bakterier, " sagde han. "Eller man kunne få blodet til at strømme gennem en lysholdig ekstern boks og derefter tilbage i kroppen for at dræbe blodbårne bakterier."

"Vi er meget interesserede i at behandle sår- og implantatinfektioner i starten, " sagde Cirillo. "Men vi har måder at levere disse bølgelængder af lys til lungeinfektioner, der forårsager adskillige dødeligheder fra lungebetændelse, cystisk fibrose og tuberkulose, så vi vil også udvikle behandlinger for luftvejsinfektioner."

Gunasekera bemærkede, at blærebårne bakterier, der forårsager urinvejsinfektioner, også kan være målrettet.

Artiklen er en af ​​to udgivet af Tour-laboratoriet i denne uge, som fremmer mikroskopiske nanomaskiners evne til at behandle sygdom. I den anden, som optræder i ACS Applied Materials Interfaces , forskere ved Rice og University of Texas MD Anderson Cancer Center målrettede og angreb laboratorieprøver af bugspytkirtelkræftceller med maskiner, der reagerer på synligt snarere end det tidligere brugte ultraviolette lys. "Dette er endnu et stort fremskridt, da synligt lys ikke vil forårsage så meget skade på de omgivende celler, " sagde Tour.