Er sølv nanopartikler en sølvkugle mod mikrober?

Antimikrobielle stoffer bruges til at dræbe eller bremse væksten af ​​bakterier, vira og andre mikroorganismer. De kan være i form af antibiotika, bruges til behandling af kropsinfektioner, eller som et tilsætningsstof eller belægning på kommercielle produkter, der bruges til at holde bakterier på afstand. Disse livreddende værktøjer er afgørende for at forebygge og behandle infektioner hos mennesker, dyr og planter, men de udgør også en global trussel mod folkesundheden, når mikroorganismer udvikler resistens over for dem, et begreb kendt som antimikrobiel resistens.

En af hoveddriverne bag antimikrobiel resistens er misbrug og overforbrug af antimikrobielle midler, som inkluderer sølv nanopartikler, et avanceret materiale med veldokumenterede antimikrobielle egenskaber. Det bruges i stigende grad i kommercielle produkter, der kan prale af forbedret bakteriedræbende ydeevne - det er blevet vævet ind i tekstiler, belagt på tandbørster, og endda blandet i kosmetik som konserveringsmiddel.

Gilbertson-gruppen ved University of Pittsburgh Swanson School of Engineering brugte laboratoriestammer af E coli for bedre at forstå bakteriel resistens over for sølvnanopartikler og forsøge at komme foran det potentielle misbrug af dette materiale. Holdet har for nylig offentliggjort deres resultater i Natur nanoteknologi.

"Bakteriel resistens over for sølvnanopartikler er undersøgt, så vores gruppe så på mekanismerne bag denne begivenhed, " sagde Lisa Stabryla, hovedforfatter på papiret og en nylig civil- og miljø-ph.d. uddannet hos Pitt. "Dette er en lovende innovation at tilføje til vores arsenal af antimikrobielle stoffer, men vi er nødt til bevidst at studere det og måske regulere dets brug for at undgå nedsat effekt, som vi har set med nogle almindelige antibiotika."

Stabryla udsat E coli til 20 på hinanden følgende dage med sølv nanopartikler og overvåget bakterievækst over tid. Nanopartikler er omkring 50 gange mindre end en bakterie.

"I begyndelsen, bakterier kunne kun overleve ved lave koncentrationer af sølvnanopartikler, men som eksperimentet fortsatte, vi fandt ud af, at de kunne overleve ved højere doser, " bemærkede Stabryla. "Interessant nok, Vi fandt ud af, at bakterier udviklede resistens over for sølvnanopartiklerne, men ikke deres frigivne sølvioner alene."

Gruppen sekventerede genomet af E coli der var blevet udsat for sølvnanopartikler og fundet en mutation i et gen, der svarer til en effluxpumpe, der skubber tungmetalioner ud af cellen.

"Det er muligt, at en form for sølv kommer ind i cellen, og når den kommer, cellen muterer for hurtigt at pumpe den ud, " tilføjede hun. "Mere arbejde er nødvendigt for at afgøre, om forskere måske kan overvinde denne modstandsmekanisme gennem partikeldesign."

Gruppen studerede derefter to forskellige typer af E coli :en hypermotil stamme, der svømmer hurtigere gennem sit miljø end normalt bevægelige bakterier og en ikke-motil stamme, der ikke har fysiske midler til at bevæge sig rundt. De fandt ud af, at kun den hypermotile stamme udviklede resistens.

"Dette fund kunne tyde på, at sølvnanopartikler kan være en god mulighed for at målrette mod visse typer bakterier, især ikke-bevægelige stammer, " sagde Stabryla.

Til sidst, bakterier vil stadig finde en måde at udvikle sig og unddrage sig antimikrobielle stoffer. Håbet er, at en forståelse af de mekanismer, der fører til denne udvikling, og en opmærksom brug af nye antimikrobielle stoffer vil mindske virkningen af ​​antimikrobiel resistens.

"Vi er de første til at se på bakterielle motilitetseffekter på evnen til at udvikle resistens over for sølvnanopartikler, " sagde Leanne Gilbertson, assisterende professor i civil- og miljøteknik ved Pitt. "Den observerede forskel er virkelig interessant og fortjener yderligere undersøgelse for at forstå den, og hvordan man forbinder den genetiske respons - effluxpumpereguleringen - til bakteriernes evne til at bevæge sig i systemet.

"Resultaterne er lovende for at være i stand til at tune partikelegenskaber til en ønsket reaktion, såsom høj effektivitet, samtidig med at man undgår resistens."