Одним из основных факторов устойчивости к противомикробным препаратам является неправильное и чрезмерное использование противомикробных средств, в том числе наночастиц серебра, передового материала с хорошо задокументированными антимикробными свойствами. Он все чаще используется в коммерческих продуктах, которые могут похвастаться улучшенными характеристиками уничтожения микробов – его вплетали в ткани, наносили на зубные щетки и даже добавляли в косметику в качестве консерванта.
Группа Gilbertson в инженерной школе Университета Питтсбурга Swanson использовала лабораторные штаммы E.coli, чтобы лучше понять устойчивость бактерий к наночастицам серебра и попытаться опередить возможное неправильное использование этого материала. Команда недавно опубликовала свои результаты в Nature Nanotechnology.
«Устойчивость бактерий к наночастицам серебра недостаточно изучена, поэтому наша группа изучила механизмы, стоящие за этим событием», – сказала Лиза Стабрила, ведущий автор статьи и недавний аспирант по гражданским и экологическим вопросам в Pitt. «Это многообещающее нововведение, которое можно добавить в наш арсенал противомикробных препаратов, но мы должны сознательно изучить его и, возможно, регулировать его использование, чтобы избежать снижения эффективности, как мы видели с некоторыми распространенными антибиотиками."
Стабрыла выставила E.coli на 20 дней подряд наночастиц серебра и отслеживание роста бактерий с течением времени.
Наночастицы примерно в 50 раз меньше бактерии.
«Вначале бактерии могли выжить только при низких концентрациях наночастиц серебра, но по мере продолжения эксперимента мы обнаружили, что они могут выжить при более высоких дозах», – отмечает Стабрила. «Интересно, что мы обнаружили, что бактерии развивают устойчивость к наночастицам серебра, но не только к высвобожденным ими ионам серебра."
Группа секвенировала геном E.coli, которые подверглись воздействию наночастиц серебра и обнаружили мутацию в гене, который соответствует оттоку, выталкивающему ионы тяжелых металлов из клетки.
«Возможно, что какая-то форма серебра попадает в клетку, и когда оно попадает, клетка мутирует, чтобы быстро выкачать его», – добавила она. "Необходима дополнительная работа, чтобы определить, смогут ли исследователи преодолеть этот механизм сопротивления с помощью дизайна частиц."
Затем группа изучила два разных типа E.coli: гипермобильный штамм, который плавает в окружающей среде быстрее, чем обычно подвижные бактерии, и неподвижный штамм, у которого нет физических средств для передвижения. Они обнаружили, что только гипермобильный штамм развивал сопротивление.
«Это открытие может свидетельствовать о том, что наночастицы серебра могут быть хорошим вариантом для борьбы с определенными типами бактерий, особенно с неподвижными штаммами», – сказал Стабрила.
В конце концов, бактерии все равно найдут способ развиваться и уклоняться от антимикробных препаратов. Есть надежда, что понимание механизмов, которые приводят к этой эволюции, и осознанное использование новых противомикробных препаратов уменьшат влияние устойчивости к противомикробным препаратам.
«Мы первые, кто изучил влияние подвижности бактерий на способность развивать устойчивость к наночастицам серебра», – сказала Линн Гилбертсон, доцент кафедры гражданской и экологической инженерии в Питтском университете. «Наблюдаемая разница действительно интересна и заслуживает дальнейшего изучения, чтобы понять ее и то, как связать генетический ответ – регулирование оттоком насоса – со способностью бактерий перемещаться в системе.
"Результаты являются многообещающими, поскольку позволяют настраивать свойства частиц для получения желаемого отклика, такого как высокая эффективность при одновременном устранении сопротивления."