Voortbouwend op een enzym dat in de natuur voorkomt, onderzoekers van Rensselaer Polytechnic Institute hebben een coating op nanoschaal gemaakt voor chirurgische apparatuur, ziekenhuis muren, en andere oppervlakken die methicilline-resistent veilig uitroeien Staphylococcus aureus (MRSA), de bacteriën die verantwoordelijk zijn voor antibioticaresistente infecties.

"We bouwen voort op de natuur, " zei Jonathan S. Dordick, de Howard P. Isermann hoogleraar chemische en biologische technologie, en directeur van Rensselaer's Centre for Biotechnology &Interdisciplinary Studies. "Hier hebben we een systeem waarbij het oppervlak een enzym bevat dat veilig te hanteren is, lijkt niet tot weerstand te leiden, lekt niet uit in het milieu, en verstopt niet met celresten. De MRSA-bacteriën komen in contact met het oppervlak, en ze worden vermoord."

Bij testen, 100 procent van de MRSA in oplossing werd gedood binnen 20 minuten na contact met een oppervlak dat was geverfd met latexverf die was doorspekt met de coating.

De nieuwe coating combineert koolstofnanobuisjes met lysostafine, een natuurlijk voorkomend enzym dat door niet-pathogene stammen van stafylokokbacteriën wordt gebruikt om zich te verdedigen tegen Staphylococcus aureus, inclusief MRSA. Het resulterende nanobuis-enzym "conjugaat" kan worden gemengd met een willekeurig aantal oppervlakteafwerkingen - in tests, het werd gemengd met gewone latex huisverf.

In tegenstelling tot andere antimicrobiële coatings, het is alleen giftig voor MRSA, vertrouwt niet op antibiotica, en lekt geen chemicaliën in het milieu of raakt na verloop van tijd verstopt. Het kan herhaaldelijk worden gewassen zonder aan effectiviteit in te boeten en heeft een droge houdbaarheid van maximaal zes maanden.

Het onderzoek, geleid door Dordick en Ravi Kane, een professor aan de afdeling Chemische en Biologische Engineering van Rensselaer, samen met de medewerking van Dennis W. Metzger van het Albany Medical College, en Ravi Pangule, een afgestudeerde student chemische technologie op het project, is gepubliceerd in de juli-editie van het tijdschrift ACS Nano , gepubliceerd door de American Chemical Society.

Dordick zei dat de nanobuis-enzymcoating voortbouwt op een aantal jaren eerder werk om enzymen in polymeren in te bedden. In eerdere onderzoeken is Dordick en Kane ontdekten dat enzymen die aan koolstofnanobuisjes vastzitten, stabieler en dichter opeengepakt waren als ze in polymeren waren ingebed dan alleen enzymen.

"Als we een enzym direct in een coating (zoals verf) stoppen, komt het er langzaam uit, " zei Kane. "We wilden een stabiliserende omgeving creëren, en de nanobuisjes stellen ons in staat om dat te doen."

Nadat de basisprincipes van het inbedden van enzymen in polymeren zijn vastgesteld, ze richtten hun aandacht op praktische toepassingen.

"We vroegen ons af:waren er voorbeelden in de natuur waar enzymen kunnen worden geëxploiteerd die werkzaam zijn tegen bacteriën?" zei Dordic. Het antwoord was ja en het team richtte zich snel op lysostafine, een enzym dat wordt uitgescheiden door niet-pathogene Staph-stammen, onschadelijk voor mensen en andere organismen, in staat om te doden Staphylococcus aureus , inclusief MRSA, en in de handel verkrijgbaar.

"Het is zeer effectief. Als je een kleine hoeveelheid lysostafine in een oplossing doet met... Staphylococcus aureus , je zult zien dat de bacteriën bijna onmiddellijk sterven, ' zei Kane.

Lysostafine werkt door zich eerst aan de bacteriële celwand te hechten en vervolgens de celwand open te snijden (de naam van het enzym is afgeleid van het Griekse "lysis" wat "losmaken of loslaten" betekent).

"Lysostafine is uitzonderlijk selectief, "Zei Dordick. "Het werkt niet tegen andere bacteriën en het is niet giftig voor menselijke cellen."

Het enzym is met een korte flexibele polymeerverbinding aan de koolstofnanobuis bevestigd, die het vermogen om de MRSA-bacteriën te bereiken verbetert, zei Kane.

"Hoe meer de lysostafine kan bewegen, hoe meer het kan functioneren." zei Dordick.

Ze hebben het resulterende nanobuis-enzymconjugaat met succes getest aan het Albany Medical College, waar Metzger stammen van MRSA onderhoudt.

"Uiteindelijk hebben we een zeer selectief middel dat in een breed scala van omgevingen kan worden gebruikt — verven, coating, medische instrumenten, deur knoppen, chirurgische maskers - en het is actief en het is stabiel, "Zei Kane. "Het is klaar voor gebruik als je klaar bent om het te gebruiken."

De nanobuis-enzymbenadering zal waarschijnlijk superieur blijken te zijn aan eerdere pogingen tot antimicrobiële middelen, die in twee categorieën vallen:coatings die biociden afgeven, of coatings die bacteriën "speren".

Coatings die biociden afgeven - die op een manier werken die vergelijkbaar is met aangroeiwerende verf voor zeewater - hebben schadelijke bijwerkingen en verliezen na verloop van tijd hun effectiviteit omdat hun actieve ingrediënt in het milieu terechtkomt.

Coatings die bacteriën spuwen - met behulp van amfipatische polykationen en antimicrobiële peptiden - hebben de neiging om te verstoppen, verliest ook aan effectiviteit.

De nanobuis-lysostafine-coating doet geen van beide, zei Dordic.

"We hebben behoorlijk wat tijd besteed aan het aantonen dat het enzym niet uit de verf kwam tijdens de antibacteriële experimenten. Inderdaad, het was verrassend dat het enzym net zo goed werkte als het deed, terwijl het in de buurt van het oppervlak van de verf bleef zitten, ' zei Dordic.

De snijdende of "lytische" werking van het enzym betekent ook dat de bacteriële celinhoud zich verspreidt, of kan worden verwijderd door het oppervlak af te spoelen of te wassen.

Kane zei ook dat het onwaarschijnlijk is dat MRSA resistentie ontwikkelt tegen een natuurlijk voorkomend enzym.

"Lysostafine is in de loop van honderden miljoenen jaren geëvolueerd en is zeer moeilijk te weerstaan ​​voor Staphylococcus aureus, " Zei Kane. "Het is een interessant mechanisme dat deze enzymen gebruiken waarvan we profiteren."