Olomouc (28. listopadu 2024) – Vědci z Univerzity Palackého v Olomouci (UP) popsali mechanismus, pomocí kterého si bakterie vytváří odolnost k nanočásticím stříbra, jež mohou vrátit antibiotikům jejich ztracenou sílu. Odborníci zjistili, že bakterie vystavené nanočásticím stříbra nadměrně produkují látky, pomocí kterých přinutí nanočástice stříbra ke shlukování – ty poté ztratí svoji antibakteriální účinnost. Zároveň našli způsob, jak bakteriím zabránit, aby si vůči nanočásticím stříbra vybudovaly rezistenci. Tyto nové poznatky mohou výrazně pomoci v boji s rostoucí odolností mikroorganismů vůči antibiotikům, která značně komplikuje léčbu bakteriálních infekcí. Výsledky práce olomouckých vědců zveřejnil časopis Communications Biology.
Dlouhodobé nadužívání antibiotik, které bylo typické zejména pro konec minulého století, mělo za následek stoupající odolnost bakterií vůči antibiotikům. Chemici, mikrobiologové i lékaři se proto v posledních letech stále více zajímají o antibakteriální účinky nanočástic stříbra, které se postupně staly součástí celé řady komerčních produktů s antibakteriálním efektem. Vědci z katedry fyzikální chemie Přírodovědecké fakulty UP a Ústavu mikrobiologie Lékařské fakulty UP jako jedni z prvních prokázali nejen vysoký antimikrobiální efekt samotných nanočástic stříbra, ale i jejich schopnost obnovit účinnost neaktivních konvenčních antibiotik vůči rezistentním bakteriím.
Bakterie versus nanostříbro
Bakteriální rezistence ale nemusí být problémem pouze pro antibiotika, ale také pro samotné nanočástice stříbra. Touto otázkou se vědci z přírodovědecké a lékařské fakulty zabývají v posledních deseti letech. V roce 2018 jako první na světě popsali způsob tvorby a mechanismus rezistence Gram-negativní bakterie E. coli vůči nanočásticím stříbra. Při opakovaném podání nanostříbra dokáže tato bakterie produkovat protein flagelin v takové míře, která způsobí shlukování nanočástic a následně ztrátu jejich antibakteriálních vlastností.
Protein flagelin totiž vykazuje adhezivní vlastnosti a zjednodušeně řečeno působí jako lepidlo, které pevně poutá částice stříbra. Vytváří se tak rozměrné shluky nanočástic, které pak nevykazují antibakteriální aktivitu. Tento převratný objev olomoučtí vědci publikovali v roce 2018 v časopise Nature Nanotechnology. Jejich práce se díky takřka 700 citací těší obrovskému vědeckému ohlasu.
Výzkum však tímto neskončil – následně se vědci z Přírodovědecké fakulty UP ve spolupráci s kolegy z Lékařské fakulty UP a Českého institutu výzkumu a pokročilých technologií (CATRIN) UP zaměřili na studium mechanismu odolnosti Gram-pozitivní bakterie S. aureus k nanočásticím stříbra, který rovněž spočíval ve shlukování nanočástic.
„V tomto případě nemohlo být shlukování nanočástic stříbra způsobeno proteinem flagelin, jelikož bakterie S. aureus jim nedisponuje. Po rozsáhlém a náročném bádání jsme odhalili a popsali mechanismus, jakým se i tato bakterie brání účinkům nanostříbra. Tentokrát spočíval v nadměrné produkci bakteriálního biofilmu, který působí vůči nanočásticím stříbra podobně jako flagelin,“ uvedla Lucie Hochvaldová z katedry fyzikální chemie přírodovědecké fakulty.
Síla granátového jablka
Výzkumný tým z UP v Olomouci se zaměřil i na hledání způsobu, jak tuto odolnost bakterií překonat. Jelikož vědci podrobně popsali mechanismus rezistence, tak poté dokázali nalézt způsob, jak shlukování nanočástic v okolí bakterií zabránit. „Docílili jsme toho přidáním takových látek k nanostříbru, které současně blokují jak produkci flagelinu u E. coli, tak i bakteriálního biofilmu v případě S. aureus. Takovou schopnost mají látky obsažené např. v extraktu z kůry granátového jablka,“ řekl Aleš Panáček z katedry fyzikální chemie přírodovědecké fakulty.
V okamžiku aplikace tohoto extraktu společně s nanočásticemi stříbra bakterie netvoří flagelin ani biofilm v dostatečné míře, čímž ztratí schopnost shlukovat nanostříbro a vybudovat si tak odolnost vůči jejich účinkům. Navíc mají vědci v záloze další způsob, jak překonat rezistenci bakterií k nanočásticím stříbra, a to zvýšením jejich stability navázáním na grafen. Pevná vazba poutající částice stříbra na povrch grafenu je natolik stabilizuje, že bakteriemi produkovaný flagelin či biofilm nedokáže částice shlukovat a ty si tak zachovávají svou vysokou antibakteriální aktivitu.
„Náš výzkum zcela určitě přispěje k pochopení mechanismů rezistence bakterií vůči nanostrukturním materiálům, které se liší od mechanismů rezistence vůči běžným antibiotikům. Rovněž poskytuje možnost, jak bojovat proti bakteriím vyvolávající závažná infekční onemocnění, čelit stoupající bakteriální rezistenci komplikující léčbu a vyvíjet účinnější antimikrobiální léčebné postupy. Věříme, že tato práce podnítí řadu dalších podrobných experimentálních výzkumů zahrnujících jak studium tvorby bakteriální rezistence vůči antibakteriálním nanostrukturním materiálům, tak hledání způsobů, jak jí čelit,“ dodal Milan Kolář z Ústavu mikrobiologie Lékařské fakulty UP.
Odkaz na článek v Communications Biology:
https://www.nature.com/articles/s42003-024-07266-3
Kontaktní osoba:
doc. RNDr. Aleš Panáček, Ph.D. | katedra fyzikální chemie
Přírodovědecká fakulta Univerzity Palackého
E: ales.panacek@upol.cz | M: 725 834 723