Przeciwbakteryjne zbawienie. Albo i dwa; tl;dr;bs

źródło: flickr; SCA Svenska Cellulosa Aktiebolaget (CC BY 2.0)

Tydzień temu pisałem o badaniach nad bakteriami znajdowanymi w publicznych toaletach oraz o tym, jak ważna jest higiena dłoni. Na klidzie mnie skrytykowano, że nie ma w tym tekście (a może chodziło o publikację, kto to wie?) niczego, czego nie można stwierdzić bez badań. Niby taka oczywista oczywistość, że po sikaniu trzeba myć ręce, bo krany i klamki łazienkowe są oblepione bakteriami na potęgę, że wydawałoby się, że nie trzeba tu badań, żeby to ludziom uświadamiać.

ResearchBlogging.org

A jednak trzeba, z kilku co najmniej powodów. Po pierwsze, okazuje się, że wiedza o chorobotwórczości bakterii to jedno, a higiena to drugie. Dekadę temu w Stanach Zjednoczonych przeprowadzono badania sprawdzające regularność mycia rąk przez studentki po wizycie w toalecie.  Tylko 63% badanych pań myło ręce (w tym badaniu obserwowano tylko kobiety, ale nie oznacza to wcale, że panowie są bardziej higieniczni). Czyli, mówiąc prostym językiem, jedna na trzy panie nie myła rąk w ogóle. Tylko nieco więcej niż jedna na trzy (czyli połowa z tych, które w ogóle myły ręce) myła je z użyciem mydła. Dodatkowo wykazano też działanie efektu peer-pressure – panie były bardziej skłonne myć ręce, gdy w toalecie obecna była druga osoba.

źródło: flickr; SCA Svenska Cellulosa Aktiebolaget (CC BY 2.0)

Po drugie, badania nad florą łazienkową przeprowadza się nie tylko po to, żeby sprawdzić, czy w łazience są bakterie – bo że są nie trzeba chyba nikogo przekonywać. Prowadzi się je po to, aby sprawdzić, jakie dokładnie są to mikroby. A problem jest niebłahy: nie od dzisiaj wiemy, że jesteśmy w stanie opisać najwyżej 10% wszystkich występujących na Ziemi bakterii. Z prostego powodu – opisać, zbadać i sklasyfikować potrafiliśmy do tej pory tylko te mikroorganizmy, które byliśmy w stanie wyhodować.

Patrząc na przeciętny lab mikrobiologiczny mogłoby się nam wydawać, że tę sztukę opanowaliśmy nieźle. Nic jednak bardziej błędnego. Badamy w dzisiejszych czasach tylko bakterie nietypowe – pod tym względem, że rosnące łatwo i wszędzie, najchętniej na agarze. Większość jednak mikroorganizmów, chociaż wegetować będzie ochoczo na desce klozetowej albo klamce toalety, w laboratorium opiera się wyimaginowanymi rękami i nogami.

Nowe technologie pozwalają nam jednak powoli badać i tę niszę: nie musimy już hodować bakterii i oglądać ich pod mikroskopem, aby być w stanie je scharakteryzować. Dzisiaj po prostu sekwencjonujemy ich genom i dostajemy w ten sposób najdokładniejszą informację o tym, co to, po co to, i skąd się wzięło.

Bakterie mają też jeszcze jedną złośliwą właściwość. Na granicach faz ciekłych mają tendencję do tworzenia tzw. biofilmów: czyli cieniutkich warstewek, jakby pseudobłon, bakteryjnych. Bakterie w biofilmach tworzą mikrokolonie składające się z klastrów komórek bakeryjnych otoczonych zewnątrzkomórkową macierzą – polimerem chroniącym takie bakteryjne zgromadzenie.

Znaczenie biofilmów dla człowieka, a przede wszystkim dla zdrowia publicznego docenił w 2002 roku amerykański Narodowy Instytut Zdrowia, który ogłosił, że „biofilmy są medycznie istotnym zjawiskiem, odpowiedzialnym za ponad 80% infekcji”. Zaś lista schorzeń wywołanych różnego rodzaju (i gatunku bakterii) biofilmami jest bardzo, bardzo długa i zawiera na przykład wiele nieprzyjemnych chorób układu moczowego i okolic: zapalenie okrężnicy, zapalenie pochwy, zapalenie cewki moczowej, ale także, na przykład, zapalenie spojówek. Jak widać, wszędzie tam, gdzie wyraźny jest kontakt między tkanką a takim czy innym płynem fizjologicznym.

Najgroźniejsze w biofilmach jest jednak to, że poprzez swój dość niezwykły charakter są bardzo oporne na różnego rodzaju środki antybakteryjne. Bakteria wolnożyjąca jest 10 do nawet 1000 razy bardziej wrażliwa na tego typu medykamenty, niż bakteria tego samego gatunku żyjąca w biofilmie. Bakterie w biofilmie dzielą się do tego funkcjami: te zakopane głęboko pozostają w stanie uśpienia, podczas gdy te na brzegach klastrów są najbardziej aktywne. Gdy biofilm zostaje zaatakowany – na przykład antybiotykiem – warstwa zewnętrzna zostaje wybita, ale uśpione, schowane komórki przeżywają i po minięciu zagrożenia mogą odrodzić biofilm na nowo.

Bakterie dzielą się w ramach biofilmu funkcjonalnie. Te najbliżej jego brzegów wykazują największą aktywność, zaś te w jego wnętrzu wchodzą w stan uśpienia. /Przedruk za zgodą Macmillan Publishers Ltd.: Davies D, Nat Rev Drug Discov 2: 114-122 ©2003

Łatwo więc sobie wyobrazić, że odkrycie materiału, który w jakiś sposób na biofilmy byłby odporny, jest niemalże świętym Graalem biomedycznej inżynierii materiałowej. I tego świętego Graala prawdopodobnie właśnie odnaleziono. Dwa dni temu Nature Biotechnology opublikował pracę badaczy z brytyjskiego Uniwerystetu Nottingham oraz z amerykańskiego MIT, w której opisali oni swoje starania by znaleźć ten wymarzony materiał.

Badania zakrojone były na bardzo dużą skalę – najpierw przeprowadzono doświadczenia przesiewowe, testując wybrane gatunki bakterii (wybrano typowe szpitalne złośliwości: P. aureginosa, gronkowca złocistego oraz pałeczkę okrężnicy) oraz setki dostępnych polimerów.

Ten wstępny przesiew pozwolił im wyodrębnić grupę spokrewnionych hydrofobowych związków organicznych zbudowanych z estru i grupy cyklicznej, które znacząco redukowały ilość bakterii na powierzchni. Następnie wybranymi materiałami pokrywano silikonową rurkę i sprawdzano skuteczność działania takiego pokrycia in vitro. Związki z tej wybranej grupy dawały nawet 30-krotne zmniejszenie ilości bakterii na powierzchni (to oznacza, że było ich o ponad 95% mniej!).

Monomery niektórych testowanych związków. /Przedruk za zgodą Macmillan Publishers Ltd.: Hook et al., Nat Biotech (online 12 Aug) doi:10.1038/nbt.2316 ©2012

Ostatecznie pokrycia przetestowano na mysich modelach in vivo i, jak się okazało, dały one znakomite rezultaty. Ciekawostką pozostaje jednak to, że do samego końca trzymając nas w napięciu badacze nie ujawniają, jaki materiał był najlepszy. Praca bowiem nie dotyczy odkrycia materiału jako takiego, ale zintegrowanej metodologii, którą do odkrycia użyto. Autorom zaś trudno się dziwić: doceniwszy skalę problemu biofilmów i nasz obecny stan wiedzy i możliwości, łatwo sobie wyobrazić, ile warty będzie patent na prawdziwie antybakteryjny materiał, który może być wykorzystywany w niemal każdym medycznym urządzeniu: od cewnika, przez różnego rodzaju pojemniki, po być może nawet protezy.

A konkurencja nie śpi. Zaledwie bowiem kilka tygodni wcześniej prestiżowy multidyscyplinarny tygodnik PNAS opublikował wyniki badań grupy z Harvardu. W tej pracy zademonstrowano pokrycie nazwane w skrócie SLIPS (gra słów: slip to po ang. poślizg; akronim pochodzi od pełnej nazwy: Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces), które zapobiega przyczepianiu się do powierzchni ponad 95% pałeczki okrężnicy i gronkowca złocistego i niemal całkowicie zapobiega przyczepianiu się P. aureginosa.

W skrócie, powierzchnia poddawana jest nanokształtowaniu w taki sposób, że na jej powierzchni powstały mikroskopijne kolumny różnych kształtów i rozmiarów. Tak przygotowaną powierzchnię poddano obróbce chemicznej fluorową pochodną pewnych węglowodorów (oszczędzę Wam nazwy – dość powiedzieć, że działa to na podobnej zasadzie jak teflon). Na tę warstę został ostatecznie naniesiony kompatybilny lubrykant, który związał się z tym pokryciem.

Z otrzymanej w ten sposób powierzchni bakterie zjeżdżają jak ze zjeżdżalni w akwaparku. Oczywiście nie da się nie zauważyć, że procedura produkcji pokrycia jest dość skomplikowana – i dlatego jej zastosowanie do wielu małych urządzeń o nieregularnych kształtach, czyli takich, jakich w szpitalach jest najwięcej, nie będzie raczej proste. Autorzy sugerują jednak, że poza materiałami klinicznymi ta metoda mogłaby też być zastosowana w przemyśle; na przykład spożywczym.

Czy więc warto badać, jakie bakterie pokrywają łazienkowe klamki? Jak można wydedukować z wyników powyższych badań, różne bakterie w różny sposób reagować będą na nowe materiały ochronne: taka pałeczka ropy błękitnej będzie się całkiem z nich spłukiwać, podczas gdy gronkowiec, miejmy nadzieję nie metycylinooporny, może jednak dać odpór tym czy innym materiałom. A być może jeszcze jakieś Corynebacteriaceae czy inne Lactobacillaceae w ogóle będą niewzruszone naszymi staraniami. Nie dowiemy się o tym jednak, jeśli w pierwszej kolejności nie będziemy świadomi ich obecności.

Drankiewicz D, Dundes L., Handwashing among female college students (2003), Am J Infect Control. 31(2):67-71; doi: 10.1067/mic.2003.6

Pace NR, A molecular view of microbial diversity and the biosphere (1997), Science 276(5313): 734-740; doi: 10.1126/science.276.5313.734

Davies D, Understanding biofilm resistance to antibacterial agents (2003), Nat Rev Drug Discov 2: 114-122; doi: 10.1038/nrd1008

Hook AL, Chang C-Y, Luckett J, Cockayne A, Atkinson S, Mei Y, Bayston R, Irvine DJ, ANdersn DG, Williams P, Davies MC & Alexander MR, Combinatorial discovery of polymers resistant to bacterial attachment (2012), Nat Biotech (online 12 Aug) doi: 10.1038/nbt.2316

Epstein AK, Wong T-S, Belisle RA, Boggs EM, Aizenberg J, Liquid-infused structured surfaces with exceptional anti-biofouling performance (2012), PNAS (online 30 Jul) doi: 10.1073/pnas.1201973109

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s