Aktual.: 3.10.2024 07:59
Olomouc – Olomoučtí vědci vyvinuli antibiotika nové generace, jsou účinná vůči širokému spektru bakterií a dokážou spolehlivě bránit i rozvoji bakteriální rezistence. V účinné antibiotikum proměnili mangan, stopový prvek nezbytný pro lidské tělo, který ukotvili ve struktuře chemicky upraveného grafenu. Testy na zvířecích modelech prokázaly, že nový materiál má obrovský potenciál zejména v lokální terapii, například při hojení ran. Na výzkumu pracovali odborníci z Univerzity Palackého a Vysoké školy báňské-Technické univerzity Ostrava (VŠB-TUO) ve spolupráci s kolegy z Číny.
Na ochranu materiálu vědci podali evropský patent. „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,“ uvedl fyzikální chemik a autor výzkumného konceptu Radek Zbořil. Doplnil, že všechny tyto výsledky jsou skvělými předpoklady pro využití atomárního antibiotika v praxi.
Vědci při vývoji antibiotika zúročili své zkušenosti z grafenové chemie a atomárního inženýrství, jemuž 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.
Při výzkumu se podle Rozbořila rozhodli vědci 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,“ popsal nový přístup fyzikální chemik působící mimo jiné v olomouckém vysokoškolském institutu CATRIN.
Nový materiál je 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,“ objasnil první autor práce David Panáček z CATRIN UP a Centra energetických a environmentálních technologií VŠB-TUO.
Účinek atomárního antibiotika výzkumníci ověřili v laboratorních podmínkách a 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,“ uvedl mikrobiolog a děkan Lékařské fakulty UP Milan Kolář, jenž se na výzkumu významně podílel. Nová generace antibiotik má podle něj obrovský potenciál z hlediska možnosti potlačení tvorby bakteriálních povlaků například na umělých kloubních náhradách, stentech nebo kanylách.
Vědecký tým bude ve výzkumu, na kterém se podíleli také kolegové z Přírodovědecké fakulty UP a dvou čínských institucí, pokračovat a materiál testovat i pro systémovou antibiotickou léčbu. Děkan lékařské fakulty přitom poukázal na to, že 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,“ dodal Kolář.
