Čeští vědci vyvinuli antibiotika nové generace. Ničí i bakterie, které si vypěstovaly rezistenci
Jsou nejen účinná vůči širokému spektru bakterií, ale dokážou spolehlivě bránit i rozvoji bakteriální rezistence. Vědci z Univerzity Palackého v Olomouci a Vysoké školy báňské v Ostravě vyvinuli ve spolupráci s čínskými kolegy antibiotika nové generace – atomární antibiotika. Objev publikoval prestižní časopis Advanced Materials a na ochranu materiálu vědci podali evropský patent.
Vědci při vývoji antibiotika zúročili své zkušenosti z grafenové chemie a atomárního inženýrství, kterému se v posledních letech intenzivně věnují. Tentokrát vsadili na grafenový derivát obohacený atomy kyslíku a dusíku, do kterého chemicky zabudovali mangan - jde o přechodný kov, jenž se v lidském těle podílí na metabolismu, tvorbě kostí, regulaci cukru v krvi či ochraně buněk před oxidativním stresem.
„Rozhodli jsme se zaútočit nikoliv na nejslabší, ale jedno z nejsilnějších míst bakterií – sacharidy v jejich stěně a buněčné membráně, které jsou pro přežití bakterií klíčové. Plní mimo jiné ochrannou funkci, zprostředkovávají přenos látek i komunikaci s okolím, slouží jako energetické rezervy bakterií. Díky tomu, že jsme chemicky navázali mangan na vybrané skupiny sacharidů, došlo k potlačení jejich hlavních funkcí a následné buněčné smrti. Zásadní je přitom role grafenového nosiče, který zabezpečuje přenos iontů manganu na povrch bakterií a umožní jejich frontální chemický útok na sacharidové molekuly,“ přiblížil nový přístup fyzikální chemik a autor výzkumného konceptu Radek Zbořil.
Vědci v účinné antibiotikum proměnili mangan, tedy stopový prvek, který je nezbytný pro lidské tělo. Ten ukotvili pomocí atomárního inženýrství ve struktuře chemicky upraveného grafenu. Testy na zvířecích modelech prokázaly, že nový materiál má obrovský potenciál zejména v lokální terapii, například při hojení ran.
„Vyvinutý materiál dokáže likvidovat a bránit růstu všech typů námi studovaných bakterií včetně vysoce odolných patogenů. Funguje v nízkých koncentracích, při kterých je zcela neškodný vůči lidským buňkám. Bakterie nejsou schopny si vůči němu vyvinout rezistenci, která představuje jeden z největších problémů současné medicíny. Všechny tyto výsledky jsou skvělými předpoklady pro využití atomárního antibiotika v praxi,“ uvedl Zbořil.
Účinné proti všem rezistentním bakteriím
Nový materiál je tedy účinný i proti bakteriím, na něž stávající antibiotika nestačí. „Vynikající baktericidní efekt jsme prokázali proti všem bakteriím z takzvané skupiny ESCAPE, která zahrnuje vysoce rezistentní bakteriální patogeny. Tyto bakterie jsou obzvláště nebezpečné, neboť odolávají běžným antibiotikům, což komplikuje léčbu a zvyšuje riziko závažných infekcí zejména v nemocničním prostředí. Atomární antibiotikum bylo v porovnání s komerčními antibiotiky jako jediné účinné proti všem rezistentním bakteriím,“ přiblížil první autor práce David Panáček z CATRIN UP a Centra energetických a environmentálních technologií Vysoké školy báňské-Technické univerzity Ostrava.
Účinek atomárního antibiotika výzkumníci ověřili nejen v laboratorních podmínkách, ale ve spolupráci s kolegy z Číny i na myších modelech.
„Při in-vivo testech došlo k velmi rychlému a efektivnímu hojení kožní infekce způsobené rezistentním kmenem Staphylococcus aureus (zlatým stafylokokem) a k dramatickému poklesu všech zánětlivých markerů. Již nyní tak můžeme uvažovat o využití nového typu antibiotika pro krytí ran nebo antibakteriální úpravy povrchů umělých materiálů. Zde vnímáme obrovský potenciál z hlediska možnosti potlačení tvorby bakteriálních povlaků například na umělých kloubních náhradách, stentech nebo kanylách. Nový materiál by i díky svému mechanismu účinku mohl bránit vzniku komplikujících infekcí, což by mělo zásadní dopad na zdravotnictví,“ řekl Milan Kolář, mikrobiolog a děkan Lékařské fakulty Univerzity Palackého, který se na výzkumu významně podílel.
Vědecký tým bude ve výzkumu pokračovat a materiál testovat i pro systémovou antibiotickou léčbu. „Stávající antibiotika již nedokážou léčit některé závažné infekce a bakteriální sepse jsou stále častější příčinou úmrtí. Proto chceme ověřit potenciál atomárních antibiotik pro léčbu nejzávažnějších bakteriálních onemocnění,“ doplnil Kolář.
Podle OSN lze odhadnout, že pokud se bude bakteriální rezistence zvyšovat stejným tempem jako doposud, budou v roce 2050 neléčitelné infekce vyvolané multirezistentními bakteriemi nejčastější příčinou úmrtí.
