In een belangrijke doorbraak in de strijd tegen antibioticaresistentie, een onderzoeksteam van het Indian Institute of Science (IISc) heeft een nanomateriaal gesynthetiseerd dat een enzym nabootst en de celmembranen van een reeks ziekteverwekkende bacteriën kan desintegreren. De studie, gepubliceerd in het tijdschrift ACS toegepaste biomaterialen, is een samenwerking tussen onderzoekers van de afdeling Anorganische en Fysische Chemie (IPC) en de afdeling Microbiologie en Celbiologie (MCB).

De ontdekking van antibiotica zorgde voor een revolutie op het gebied van geneeskunde. Tegen de jaren zestig, veel gezondheidsexperts waren zelfs van mening dat de strijd tegen infectieziekten zich in de eindfase bevond. Echter, de afgelopen decennia hebben we een nieuwe uitdaging gezien:de evolutie van resistentie tegen antibiotica bij pathogene bacteriën.

Antibiotica werken meestal door de cellulaire activiteiten van de bacteriën te verstoren. Gedurende vele generaties, grotendeels te danken aan misbruik en overmatig gebruik van antibiotica, verschillende bacteriën hebben resistentie ontwikkeld tegen antibiotica door hun eigen enzymen te produceren die zich op de medicijnen richten.

De celmembranen van alle organismen, inclusief bacteriën, hebben twee lagen lipiden die fosfaatmoleculen bevatten. "Fosfolipide is een essentieel onderdeel van het celmembraan, " legt Kapudeep Karmakar uit, een voormalig Ph.D. student aan MCB en de gezamenlijke eerste auteur van dit artikel samen met Kritika Khulbe, voormalig Ph.D. Student aan IPC. Daarom, de onderzoekers besloten zich op deze fosfolipiden te richten met behulp van nanomaterialen die de bindingen zouden verbreken die de membraandubbellaag bij elkaar houden. Deze nanomaterialen staan ​​bekend als nanozymen. Volgens de auteurs is omdat de nanozymen zich direct richten op de chemische integriteit van de fosfolipiden om het celmembraan te vernietigen, bacteriën kunnen er minder snel resistentie tegen ontwikkelen.

Om deze nieuwe verbinding te ontwikkelen, het team synthetiseerde een op ceriumoxide gebaseerd nanozym met behulp van wat bekend staat als een chemische co-precipitatiemethode. In de volgende stap, ze voerden een reactie uit tussen ceriumoxide en natriumpolyacrylaat in een basische oplossing om de nanodeeltjes te coaten met polymeren. De polymeercoating zorgt ervoor dat het nanozyme zich op elk oppervlak of materiaal kan verspreiden en verhoogt de activiteit ervan.

Het nanomateriaal werd vervolgens in het laboratorium getest op verschillende potentieel pathogene bacteriën zoals: Salmonella typhi, Shigella flexneri , Escherichia coli , Vibrio cholerae en Klebsiella pneumoniae , die tyfus veroorzaken, gastro-enteritis, dysenterie, respectievelijk cholera en longontsteking. Wat het team ontdekte, was dat het nanozym hun groei stopte en vervolgens de vorming van biofilm remde - een dicht opeengepakte gemeenschap van bacteriën.

"De meeste antibiotica kunnen niet door biofilms doordringen. Onze nanomaterialen konden zelfs een 10-daagse oude, goed ontwikkelde biofilm en vertoonde antibacteriële activiteit in de biofilm vanwege hun kleine formaat, ' zegt Khulbe.

De onderzoekers testten het nanozyme ook op urinekatheters. Deze medische hulpmiddelen zijn kwetsbaar voor de vorming van pathogene biofilm op hun oppervlak, leiden tot infecties bij patiënten. In een laboratoriumomgeving, het team ontdekte dat de bacteriële hechting aan het katheteroppervlak aanzienlijk vermindert bij behandeling met het nanozyme. Omdat het nanozyme geen onderscheid maakt tussen menselijke en microbiële cellen, de onderzoekers bedekten strategisch alleen het binnenoppervlak van de katheter om de microben te doden. Om hun nanomateriaal in andere medische hulpmiddelen te gebruiken, meer onderzoek zou nodig zijn om ervoor te zorgen dat er geen contact is tussen menselijke cellen en de nanozymen.