V Olomouci přišli na to, jak posílit účinek ATB: stříbrem

Vědci dvou fakult z Univerzity Palackého v Olomouci (UP) přidali další díl k řešení problému odolnosti bakterií vůči antibiotikům: odhalili unikátní obranný mechanismus bakterií vůči nanočásticím stříbra, které se již používají v antibakteriální léčbě. Prokázali, že účinnost ATB zvyšují přidané malé částice stříbra.

Zmíněný mechanismus není podmíněn genetickými změnami bakterií, čímž se výrazně liší od běžných mechanismů rezistence vůči antibiotikům. Olomoučtí výzkumníci současně našli způsob, jak odolnosti bakterií vůči nanostříbru zabránit, což může být zásadní při řešení globální antibiotické krize.

Stoupající rezistence ATB

Dlouhodobé nadužívání antibiotik provázelo lékařství zejména na konci minulého století. Důsledkem byla stoupající odolnost bakterií vůči antibiotikům a hrozící ztráta schopnosti léčit bakteriální infekce. Pozornost chemiků, mikrobiologů i lékařů se tak začala přiklánět k nanočásticím stříbra. Ty se postupně staly součástí desítek komerčních produktů a úspěšnou alternativou zejména při prevenci vzniku bakteriální infekce a lokální antibakteriální léčbě.

„Některé bakteriální kmeny se staly odolnými vůči antibiotické léčbě. Z toho důvodu jsou k potlačení bakteriálních infekcí často třeba podstatně vyšší dávky antibiotik a jejich kombinace. To přináší řadu nežádoucích účinků, včetně lékové interakce,“ uvedl děkan lékařské fakulty a mikrobiolog prof. MUDr. Milan Kolář, Ph. D., který se také na výzkumu podílel.

Pětiletý výzkum

Olomoucký vynález je vlastně přípravkem, který obsahuje směs antibiotika a stříbra ve formě nanočástic nebo vhodné sloučeniny. Přínos je především v tom, že antibiotika s příměsí stříbra opětovně vykazují antibakteriální účinek i vůči takovým bakteriím, na něž antibiotikum bez této příměsi nezabíralo nebo bylo účinné jen zčásti. Účinek lze prokázat i při podstatně nižších koncentracích antibiotika.

Vědci z Palackého univerzity už v roce 2006 detailně popsali účinnost nanočástic stříbra vůči široké škále bakterií, včetně vysoce rezistentních kmenů. Práce publikovaná v časopise Americké chemické společnosti Journal of Physical Chemistry B získala obrovský citační ohlas ve vědecké komunitě (přes 1200 citací) a odstartovala doslova boom ve studiu a aplikacích nanostříbra. Vědci ani lékaři však neznali odpověď na otázku, zda si bakterie dokáží vytvořit rezistenci vůči opakovanému používání nanostříbra podobně, jako je tomu u antibiotik. Po zhruba pětiletém výzkumu ji přinesli až výzkumníci z Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů (RCPTM), Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum a Lékařské fakulty UP.

Řešení v granátovém jablku

„Je dobře známo, že nanočástice stříbra ztrácejí svůj antimikrobiální efekt, pokud se začnou shlukovat ve větší částice – agregáty. Zjistili jsme, že právě na tuto Achillovu patu nanočástic dokáží bičíkaté bakterie úspěšně zaútočit. Při opakovaném podání nanostříbra začnou produkovat ze svých bičíků protein flagelin, který nejprve sníží odpudivé síly mezi částicemi a poté jako lepidlo způsobí shlukování nanočástic a následně ztrátu antibakteriálních vlastností, “ popsal ojedinělý mechanismus rezistence první autor práce doc. RNDr. Aleš Panáček, Ph. D., z RCPTM.

Na rozdíl od antibiotik si ovšem s tímto typem rezistence dokáží vědci poradit. „Rezistenci lze poměrně snadno překonat přidáním látek, které potlačují tvorbu a uvolňování flagelinu. Ty jsou obsaženy například v extraktu z granátového jablka. Pokud se takový extrakt aplikuje společně s nanočásticemi stříbra, bakterie netvoří flagelin, čímž ztratí odolnost vůči účinkům nanočástic stříbra,“ vysvětlili doc. RNDr. Libor Kvítek, CSc., z RCPTM, který je průkopníkem výzkumu nanostříbra v Olomouci.

Další budoucnost

Nanočástice stříbra podle olomouckých badatelů určitě neřekly v boji s bakteriálními infekcemi poslední slovo. Vědci vyvinuli technologii chráněnou evropským i americkým patentem, která dovoluje ukotvit nanočástice stříbra silnou chemickou vazbou na různých materiálech včetně plastů, kovů či textilií.

„Taková antimikrobiální úprava povrchů brání tvorbě bakteriálních filmů a o její využití už projevila zájem řada firem v Evropě. Tímto směrem se obecně chceme ubírat, neboť pevné navázání nanostříbra zabrání agregaci nanočástic, a tudíž vzniku bakteriální rezistence na bázi flagelinu a současně nedovolí, aby se nanočástice uvolnily do organismu nebo životního prostředí,“ doplnil další vývoj ředitel RCPTM prof. RNDr. Radek Zbořil, Ph. D., jeden z korespondujících autorů práce v Nature Nanotechnology, kde byl převratný objev zveřejněn v lednu na titulní straně. Byla to vůbec první práce výhradně českých autorů v nejprestižnějším světovém periodiku v oboru nanotechnologií.

Známé účinky

Antibakteriální účinky stříbra jsou lidem známé již po staletí. Staří Římané používali nádoby ze stříbra nebo házeli stříbrné mince do mléka, aby vydrželo déle čerstvé. „Vzhledem k současné popularitě nanočástic jsme se začali věnovat využití nanočástic stříbra v biologických aplikacích. Začali jsme studiem jejich antibakteriální aktivity ve spolupráci s lékařskou fakultou,“ doplnil počátky výzkumu Aleš Panáček z katedry fyzikální chemie Přírodovědecké fakulty UP a Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů v Olomouci.

Obr. 1: (a) Kultivační destička obsahující citlivý kmen bakterie E. coli a stabilní částice stříbra a (b) destička obsahující rezistentní kmen E. coli a nestabilní agregované částice stříbra (černá sraženina)
Obr 2.: Srovnání shlukování nestabilních nanočástic stříbra a tvorby sraženiny stříbra působením flagelinu (Ependorfka vlevo na obr. (a) a (b)] se stabilními nanočásticemi stříbra v disperzi (Ependorfka vpravo na obr. (a) a (b)].
Obr. 3: Snímek z elektronového mikroskopu zobrazující stabilní nanočástice stříbra.
Obr. 4: Snímek z elektronového mikroskopu znázorňující tvorbu shluků nanočástic stříbra a rezistentní bakterii E. coli včetně chemického mapování některých prvků(Ag, N, C, O, S).
Obr. 5: Růst rezistetní bakterie E. coli a tvorba shlukování nanočástic stříbra v kultivační agarové půdě.

Ohodnoťte tento článek!