Oamenii de știință de la Universitatea Palacký Olomouc (UP) și de la Universitatea Tehnică din Ostrava (VSB- din Cehia), în colaborare cu cercetători din China, au descoperit o metodă inovatoare pentru dezvoltarea unei noi generații de antibiotice. Aceste antibiotice nu numai că combat o gamă largă de bacterii, ci și împiedică eficient dezvoltarea rezistenței la antimicrobiene.

Cercetătorii au transformat manganul – un oligoelement vital pentru sănătatea umană – într-un antibiotic puternic prin încorporarea acestuia în structura grafenului modificat chimic. Testele efectuate pe modele animale au demonstrat potențialul semnificativ al materialului, în special în terapiile localizate, cum ar fi vindecarea rănilor.

Descoperirea a fost publicată în prestigiosul Jurnal Advanced Materials, iar echipa a depus un brevet european pentru a-și proteja inovația.

„Materialul pe care l-am dezvoltat cu succes distruge și inhibă creșterea tuturor bacteriilor pe care le-am studiat, inclusiv a agenților patogeni foarte rezistenți. Funcționează la concentrații scăzute, care sunt complet inofensive pentru celulele umane. În plus, bacteriile nu pot dezvolta rezistență la aceasta, abordând astfel una dintre cele mai presante provocări ale medicinei moderne. Aceste rezultate promițătoare poziționează antibioticele atomice pentru utilizare practică în viitorul apropiat”, a declarat Radek Zbořil, autor al conceptului de cercetare, care lucrează la Institutul Ceh de Tehnologie și Cercetare Avansată (CATRIN UP) și  la Centre for Energy and Environmental Technologies (CEET) at VSB-TUO.

Un atac frontal cu mangan

Pentru a dezvolta acest antibiotic, oamenii de știință s-au bazat pe experiența lor în chimia grafenului și inginerie nucleară, domenii pe care le-au studiat pe larg în ultimii ani. De data aceasta, au folosit un derivat de grafen îmbogățit cu atomi de oxigen și azot, încorporând chimic manganul – un metal de tranziție care este implicat în metabolism, formarea oaselor, reglarea zahărului în sânge și protecția celulară împotriva stresului oxidativ.

„Am ales să țintim una dintre cele mai puternice apărări ale bacteriilor – carbohidrații din pereții și membranele lor celulare, care sunt esențiale pentru supraviețuirea lor. Acești carbohidrați joacă un rol protector, facilitează transferul de substanțe, permit comunicarea cu mediul și servesc drept rezerve de energie. Prin legarea chimică a manganului de grupuri specifice de carbohidrați, am suprimat aceste funcții critice, provocând în cele din urmă moartea celulelor.

Purtătorul de grafen joacă un rol esențial, asigurând livrarea ionilor de mangan la suprafața bacteriană, ceea ce permite un atac chimic direct asupra moleculelor de carbohidrați”, a explicat Zbořil. Eficient chiar și împotriva celor mai rezistente bacterii

Noul material arată, de asemenea, o eficacitate remarcabilă împotriva bacteriilor pe care antibioticele existente se străduiesc să le combată: „Am observat un efect bactericid excelent împotriva tuturor bacteriilor din grupul ESKAPE, care include agenți patogeni bacterieni foarte rezistenți. Aceste bacterii sunt deosebit de periculoase deoarece sunt rezistente la antibioticele convenționale, ceea ce complică tratamentul și crește riscul de infecții severe, mai ales în spitale. Antibioticul atomic a fost singurul agent care s-a dovedit eficient împotriva tuturor bacteriilor rezistente, comparativ cu restul antibioticelor”, a declarat David Panáček, prim-autor al lucrării.

Cercetătorii au testat efectul antibioticului atomic nu numai în laborator, ci și pe modele de șoareci: „În testele in vivo, infecțiile cutanate cauzate de tulpini rezistente de Staphylococcus aureus (stafilococul auriu) s-au vindecat rapid și eficient, toți markerii de inflamație s-au redus semnificativ. Acum luăm în considerare utilizarea pentru pansamente sau tratamente antibacteriene pe suprafețe din materiale artificiale. Există un potențial extraordinar de a preveni formarea biofilmelor bacteriene pe dispozitive, precum înlocuirea articulațiilor artificiale, stenturile sau canulele. Având în vedere modul său de acțiune, acest nou material ar putea ajuta și la prevenirea infecțiilor secundare, care ar avea un impact major asupra asistenței medicale”, a declarat Milan Kolář, microbiolog și decan al Facultății de Medicină și Stomatologie de la Universitatea Palacký Olomouc, care a jucat un rol cheie rol în această cercetare.

Antibioticele „atomice” deschid noi posibilități

Echipa de cercetare intenționează să continue să exploreze potențialul materialului pentru tratamente cu antibiotice sistemice: „Unele infecții grave nu pot fi tratate cu antibioticele existente, iar sepsisul devine o cauză din ce în ce mai frecventă de deces. Ne propunem să testăm eficacitatea antibioticelor atomice în tratarea celor mai severe boli bacteriene”.

Potrivit Organizației Națiunilor Unite, dacă rezistența bacteriană continuă să crească în ritmul actual, până în 2050 infecțiile netratabile cauzate de bacterii multidrog rezistente ar putea deveni principala cauză de deces la nivel mondial.

Aceste așa-numite „superbacterii” reprezintă o amenințare globală, necesitând dezvoltarea de noi agenți antibacterieni care pot ocoli mecanismele de apărare pe care bacteriile le folosesc pentru a se proteja. Această cercetare, care a implicat și cercetători de la Facultatea de Științe de la Universitatea Palacký Olomouc și două instituții chineze, evidențiază potențialul neexploatat al ingineriei nucleare în abordarea uneia dintre cele mai urgente provocări științifice și sociale ale umanității.

Sursa informațiilor: www.upol.cz

Illustrational picture: Martin Pykal