Spolupráce vědců z Olomouce, Ostravy a Číny otevřela cestu k antibiotikům nové generace. Ta v testech prokázala, že jsou účinná i proti těm bakteriím, jež nejvíc odolávají současným běžným antibiotikům.
V účinné antibiotikum proměnili vědci mangan, stopový prvek nezbytný pro lidské tělo, který ukotvili pomocí atomárního inženýrství ve struktuře chemicky upraveného grafenu. Testy na zvířecích modelech prokázaly, že nový materiál má potenciál hlavně v lokální terapii, například při hojení ran. Výsledky svého výzkumu výzkumníci popsali v odborném žurnálu Advanced Materials a na ochranu materiálu si rovnou 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. Všechny tyto výsledky jsou skvělými předpoklady pro využití atomárního antibiotika v praxi,“ uvedl fyzikální chemik a autor výzkumného konceptu Radek Zbořil působící v Českém institutu výzkumu a pokročilých technologií – Catrin Univerzity Palackého v Olomouci a Centru energetických a environmentálních technologií (CEET) na Vysoké škole báňské – Technické univerzitě Ostrava.
Frontální útok manganu
Vědci při vývoji antibiotika využili zkušenosti z grafenové chemie a atomárního inženýrství, jemuž se v posledních letech věnují. Tentokrát vsadili na grafenový derivát obohacený atomy kyslíku a dusíku, do kterého chemicky zabudovali mangan – přechodný kov, který se v lidském těle podílí na metabolismu, tvorbě kostí, regulaci cukru v krvi, ale také na ochraně buněk před oxidativním stresem.
A pak zvolili neobvyklou strategii boje s mikroskopickým nepřítelem, která vypadá na první pohled trošku nesmyslně: „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,“ vysvětlují vědci. Tyto sacharidy 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,“ doplňuje Zbořil.
Působí i na nejodolnější bakterie
Nový materiál je účinný i proti bakteriím, na které dnešní 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,“ konstatuje první autor práce David Panáček z Univerzity Palackého.
Účinek tohoto atomárního antibiotika pak autoři objevu ověřili nejen v laboratorních podmínkách, ale poté, ve spolupráci s kolegy z Číny, i na myších. „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,“ řekl mikrobiolog a děkan Lékařské fakulty Univerzity Palackého Milan Kolář, který se na výzkumu významně podílel.
Už nyní se tak dá podle něj 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,“ doplňuje.
Atomární antibiotikum otevírá nové možnosti
Vědecký tým bude ve výzkumu pokračovat a materiál testovat i pro systémovou antibiotickou léčbu. „Stávající antibiotika již nedokáží 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. Takzvané „superbakterie“ tak pro lidstvo představují globální hrozbu, jejímž řešením je právě vývoj nových antibakteriálních látek schopných obejít stávající mechanismy, které si bakterie na svoji ochranu vytvářejí.
Výzkum vědeckého týmu, na němž se podíleli také odborníci z Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého a dvou čínských institucí, tak potvrzuje netušený potenciál atomárního inženýrství při řešení jedné z největších vědeckých a společenských výzev.
