Aktualności
Badania
05 Lipca
Mikroskopowy obraz biofilmu bakteryjnego rosnącego na pofałdowanej powierzchni. Antybiotykooporne bakterie (czerwony kolor) nie potrafią pokonać nieopornych bakterii na takich powierzchniach, fot. Karol Karnowski
Opublikowano: 2024-07-05

Badacze z IChF PAN próbują ograniczyć rozprzestrzenianie się lekoopornych bakterii

Infekcje spowodowane rozwojem bakterii opornych na leczenie antybiotykami z roku na rok stają się coraz poważniejszym problemem. Aby temu zapobiec, badacze pracują nad nowymi materiałami do zapobiegania tworzeniu się biofilmów bakteryjnych, które są niebywale trudne do usunięcia. Jak wykazali naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN, pofałdowanie ich powierzchni może pomóc w ograniczeniu rozprzestrzeniania się opornych bakterii. 

Globalne nadużywanie antybiotyków znacznie przyspieszyło rozwój szczepów bakterii odpornych na leczenie, ułatwiając ich rozprzestrzenianie i stanowiąc poważne zagrożenie dla zdrowia. Wiele powszechnie występujących szczepów bakterii chorobotwórczych jest obecnie odpornych na wiele antybiotyków, co sprawia, że konieczne jest znalezienie nowych metod zwalczania infekcji bakteryjnych. W poszukiwaniu sposobu na ograniczenie wzrostu antybiotykoopornych patogenów, naukowcy z Centrum Fizyki i Chemii Bakterii Dioscuri IChF PAN zbadali zachowanie wrażliwych i opornych na działanie antybiotyków bakterii E. coli na różnych powierzchniach. Lepsze zrozumienie mechanizmów rozwoju populacji bakterii, pomoże opracować nowe powłoki antybakteryjne, które zapobiegną pojawieniu się oporności.

Zarówno w naturze, jak i w ludzkim organizmie, bakterie często tworzą ściśle powiązane, przylegające do powierzchni warstwy zwane biofilmami. Bakterie w biofilmach są częściowo chronione przed antybiotykami, które nie mogą przeniknąć do biofilmu ze względu na jego gęstą strukturę. Zgodnie z powiedzeniem „co cię nie zabije, to cię wzmocni”, sprzyja to ewolucji bakterii opornych na antybiotyki, które spontanicznie pojawiają się w biofilmie. Podczas ekspozycji na antybiotyk, na przykład podczas leczenia infekcji, takie bakterie kontynuują namnażanie. Jeśli proces ten zachodzi w biofilmie rosnącym na płaskiej powierzchni, na przykład na cewniku moczowym, nic nie stoi na przeszkodzie, aby oporne bakterie rozprzestrzeniły się i zastąpiły bakterie wrażliwe na leczenie.

Naukowcy z IChF PAN wykazali, że proces ten można ograniczyć poprzez pofałdowanie powierzchni. Ich zdaniem nawet niewielkie pofałdowania powierzchni, znacznie mniejsze niż grubość biofilmu, są wystarczające, aby ograniczyć rozprzestrzenianie się zmutowanych i odpornych bakterii do małych „sektorów” w biofilmie.

Zespół kierowany przez dr Bartłomieja Wacława hodował biofilmy bakteryjne w urządzeniu mikroprzepływowym wyposażonych w mikroskopijne komory o pofałdowanej powierzchni. Każdą komorę zajmował biofilm złożony z dwóch rodzajów bakterii, wrażliwych i opornych, które początkowo wymieszano ze sobą. Po wystawieniu na działanie antybiotyku, oporne bakterie zaczęły rosnąć szybciej niż bakterie wrażliwe. Jednak w przeciwieństwie do tego, co działo się w komorach z płaskim dnem, oporne bakterie nie wyparły wrażliwych bakterii w pofalowanych komorach. Zamiast tego oporne bakterie pozostały zlokalizowane w małych sektorach znajdujących się w kieszeniach pofałdowań.

Nasze wyniki sugerują, że dynamikę populacji bakterii w biofilmie można kontrolować poprzez manipulowanie geometrią powierzchni. Zademonstrowaliśmy to w szczególności dla zmutowanych bakterii odpornych na antybiotyki, co może mieć znaczenie w medycynie. Nierówne powierzchnie były już badane pod kątem ich potencjału antybiofilmowego, jednak nasze badania dostarczają kolejnego uzasadnienia dla stosowania takich powierzchni, gdyż mogą zapobiegać rozprzestrzenianiu się opornych bakterii – twierdzi dr Wacław.

Podkreśla jednak, że jest zbyt wcześnie, by stwierdzić, czy badania podstawowe prowadzone w jego grupie przełożą się na praktyczne zastosowania.

Choć podejście to z pewnością nie wyeliminuje problemu antybiotykooporności, może pomóc zmniejszyć ryzyko niepowodzenia terapii u pacjentów hospitalizowanych. Tacy pacjenci są często cewnikowani, co wiąże się ze znacznym ryzykiem zakażenia szpitalnym szczepem opornym na antybiotyki. Spowolnienie rozprzestrzeniania się takich bakterii może oznaczać dla niektórych pacjentów życie lub śmierć – przekonuje dr Wacław.

I dodaje, że wyniki jego badań stosują się też do innych rodzajów drobnoustrojów, różniących się tempem namnażania. Podobny efekt można wykorzystać do stabilizacji populacji drobnoustrojów wykorzystywanych w procesach przemysłowych, takich jak oczyszczanie ścieków czy produkcja biopaliw.

Magdalena Osial, źródło: IChF PAN

Dyskusja (0 komentarzy)