Prakticky celý svět se potýká s problémem v podobě bakterií rezistentních vůči běžně používaným antibiotikům. Tým vědců z Univerzity Palackého v Olomouci a Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava ve spolupráci s čínskými kolegy a dalšími institucemi přišel s objevem nové generace antibiotik, která dokážou ničit širokou škálu bakterií, ale také jim brání v rozvoji rezistence.
Klíčovou součástí tohoto objevu je mangan – stopový prvek důležitý pro lidské zdraví – který vědci zakomponovali do struktury chemicky upraveného grafenu. Tento materiál při testování na zvířecích modelech vykazuje ohromný potenciál, zejména v lokálních terapiích, jako je například léčba ran. Výsledky jsou natolik přesvědčivé, že vědci ve snaze o ochranu své inovace podali evropskou patentovou přihlášku.
Antibiotika omezující rezistenci
Podle fyzika Radka Zbořila z výzkumného centra CATRIN při Univerzitě Palackého nový materiál účinně zabíjí všechny bakterie, které byly testovány, včetně těch nejodolnějších patogenů. To je zásadní průlom, protože současná antibiotika často selhávají při léčbě infekcí způsobených rezistentními bakteriemi. A co je ještě důležitější: bakterie si nedokážou vůči novým antibiotikům vyvinout rezistenci.
Vývoj nového antibiotika umožnila kombinace pokročilé chemie grafenu a atomového inženýrství. Grafen, známý svými unikátními vlastnostmi, byl obohacen o kyslíkové a dusíkaté atomy. Do této struktury pak vědci chemicky zakomponovali mangan. Tento prvek má v lidském těle zásadní roli při metabolismu, tvorbě kostí, regulaci krevního cukru a ochraně buněk před oxidačním stresem.
„Cílem bylo zasáhnout jednu z nejsilnějších obran bakterií – sacharidy v jejich buněčných stěnách a membránách. Tyto sacharidy plní řadu funkcí, včetně ochrany, přenosu látek, komunikace s okolím a ukládání energie. Chemickým navázáním manganu na specifické sacharidové skupiny jsme narušili tyto klíčové funkce, což vedlo k destrukci bakteriální buňky,“ vysvětluje Zbořil. Grafen zde hraje roli nosiče, který doručuje manganové ionty přímo na povrch bakterií a umožňuje tak přesný chemický útok.
Překvapivě vysoká účinnost
Jedním z nejpůsobivějších aspektů nového antibiotika je jeho účinnost proti bakteriím, které vzdorují stávajícím léčbám. Vědci dosáhli významných výsledků proti tzv. skupině ESCAPE, což jsou extrémně odolné bakteriální patogeny. Tyto bakterie jsou obzvláště nebezpečné v nemocničním prostředí, kde způsobují vážné infekce, jež bývají velmi obtížně léčitelné.
„Tento nový materiál byl jedinou látkou, která prokázala účinnost proti všem těmto rezistentním bakteriím, na rozdíl od běžně používaných antibiotik,“ říká hlavní autor studie David Panáček. Výsledky z laboratoří byly navíc potvrzeny i na myších modelech, což zvyšuje důvěryhodnost výsledků.
Jedním z možných budoucích využití nových atomových antibiotik je aplikace v léčbě ran, kde byly zaznamenány skvělé výsledky v podobě rychlého a účinného hojení infekcí způsobených rezistentním zlatým stafylokokem (Staphylococcus aureus). Další slibnou aplikací je použití na povrchy umělých materiálů, například kloubních náhrad, stentů nebo kanyl, kde by mohla tato antibiotika zabránit tvorbě bakteriálních biofilmů.
„Potenciál je obrovský,“ konstatuje mikrobiolog a děkan Lékařské fakulty Univerzity Palackého Milan Kolář, který se na výzkumu podílel. „Použití nového materiálu může významně snížit riziko sekundárních infekcí, což bude mít obrovský dopad na zdravotní péči.“
Výzkum pokračuje
Další fáze výzkumu se bude věnovat testování možnosti využití těchto antibiotik coby systémové léčby pro nejzávažnější bakteriální infekce. Vědecký tým se hodlá zaměřit na infekce, které jsou dnes prakticky neléčitelné, a také na bakteriální sepse, jež se stále častěji stávají příčinou úmrtí.
„Podle OSN by v roce 2050 mohla být infekce způsobená multirezistentními bakteriemi hlavní příčinou úmrtí na celém světě. Proto je naprosto zásadní vyvíjet nové antibakteriální látky, které dokážou obejít obranné mechanismy bakterií,“ upozorňuje Kolář na závažnost problému.
Výzkum českých vědců ukazuje, že atomové inženýrství má potenciál překonat problém superodolných bakterií. Očekává se, že vývoj nových antibiotik přinese nejen nový pohled na léčbu infekcí, ale také zásadní změnu v boji proti globálnímu zdravotnímu nebezpečí, které představují rezistentní bakterie.
Dosavadní výsledky vědeckého bádání byly publikovány 23. září v odborném časopise Advanced Materials. Toto prestižní vědecké periodikum přináší průlomové studie ze široké škály oborů, jako jsou nanomateriály, bioinženýrství, elektronické materiály, fotonika, a mnoho dalších. Díky přísnému recenznímu procesu má pověst časopisu, který publikuje pouze velice kvalitní a spolehlivé vědecké práce.
Zdroje: onlinelibrary.wiley.com, upol.cz, pharmabiz.com.