Una ilustración muestra cómo nanomáquinas motorizadas activadas por luz perforan bacterias, abriendo camino a los antibióticos. Los experimentos mostraron que las bacterias volvieron a ser susceptibles al antibiótico meropenem, a la que había desarrollado resistencia. Crédito:Don Thushara Galbadage / Universidad de Biola
Los taladros moleculares han adquirido la capacidad de apuntar y destruir bacterias mortales que han desarrollado resistencia a casi todos los antibióticos. En algunos casos, los ejercicios hacen que los antibióticos vuelvan a ser efectivos.
Investigadores de la Universidad de Rice, Universidad Texas A &M, La Universidad de Biola y la Universidad de Durham (Reino Unido) demostraron que las moléculas motorizadas desarrolladas en el laboratorio de Rice del químico James Tour son efectivas para matar microbios resistentes a los antibióticos en cuestión de minutos.
"Estas superbacterias podrían matar a 10 millones de personas al año para 2050, camino superando al cáncer, "Dijo Tour." Estas son bacterias de pesadilla; no responden a nada ".
Los motores apuntan a las bacterias y, una vez activado con luz, excavar a través de sus exteriores.
Si bien las bacterias pueden evolucionar para resistir a los antibióticos bloqueando los antibióticos, las bacterias no tienen defensa contra los taladros moleculares. Los antibióticos que pueden atravesar las aberturas hechas por los taladros vuelven a ser letales para las bacterias.
Los investigadores publicaron sus resultados en la revista American Chemical Society. ACS Nano .
Tour y Robert Pal, becario de investigación de la Royal Society University en Durham y coautor del nuevo artículo, introdujo los taladros moleculares para perforar células en 2017. Los taladros son moléculas similares a paletas que pueden ser impulsadas a girar a 3 millones de rotaciones por segundo cuando se activan con luz.
Una bacteria Klebsiella pneumoniae expuesta a nanomáquinas motorizadas inventadas en la Universidad de Rice y el antibiótico meropenem muestra signos de daño en una imagen de microscopio electrónico de transmisión. Las flechas amarillas muestran áreas de alteraciones de la pared celular, mientras que la flecha violeta muestra dónde se ha escapado el citoplasma de la célula. Crédito:Don Thushara Galbadage / Texas A&M
Pruebas realizadas por el laboratorio de Texas A&M del científico principal Jeffrey Cirillo y el ex investigador de Rice Richard Gunasekera, ahora en Biola, efectivamente mató a Klebsiella pneumoniae en cuestión de minutos. Imágenes microscópicas de bacterias específicas mostraron dónde los motores habían perforado las paredes celulares.
"Las bacterias no solo tienen una bicapa lipídica, ", Dijo Tour." Tienen dos bicapas y proteínas con azúcares que las entrelazan, por lo que las cosas normalmente no atraviesan estas paredes celulares tan robustas. Es por eso que estas bacterias son tan difíciles de matar. Pero no tienen forma de defenderse de una máquina como estos taladros moleculares, ya que se trata de una acción mecánica y no de un efecto químico ".
Los motores también aumentaron la susceptibilidad de K. pneumonia al meropenem, un fármaco antibacteriano al que la bacteria había desarrollado resistencia. "Algunas veces, cuando la bacteria descubre una droga, no lo deja entrar, "Tour dijo". Otras veces, las bacterias derrotan al fármaco dejándolo entrar y desactivándolo ".
Dijo que el meropenem es un ejemplo de lo primero. "Ahora podemos atravesar la pared celular, ", Dijo Tour." Esto puede dar nueva vida a los antibióticos ineficaces al usarlos en combinación con los taladros moleculares ".
Gunasekera dijo que las colonias de bacterias atacadas con una pequeña concentración de nanomáquinas solo mataron hasta el 17% de las células, pero eso aumentó al 65% con la adición de meropenem. Después de equilibrar aún más los motores y el antibiótico, los investigadores pudieron matar el 94% del patógeno causante de la neumonía.
Una bacteria Klebsiella pneumoniae expuesta a nanomáquinas motorizadas inventadas en la Universidad de Rice y el antibiótico meropenem muestra signos de daño en una imagen de microscopio electrónico de transmisión. Las flechas amarillas muestran áreas de alteraciones de la pared celular, la flecha violeta muestra dónde se ha escapado el citoplasma de la célula, y la flecha roja muestra una fuga citoplásmica. Crédito:Don Thushara Galbadage / Texas A&M
Tour dijo que las nanomáquinas pueden ver su impacto más inmediato en el tratamiento de la piel, herida, Infecciones de catéteres o implantes causadas por bacterias, como Staphylococcus aureus MRSA, klebsiella o pseudomonas — e infecciones intestinales. "En la piel, en los pulmones o en el tracto gastrointestinal, donde sea que podamos introducir una fuente de luz, podemos atacar estas bacterias, ", dijo." O uno podría hacer que la sangre fluya a través de una caja externa que contiene luz y luego regrese al cuerpo para matar las bacterias transmitidas por la sangre ".
"Estamos muy interesados en tratar las infecciones de las heridas y los implantes inicialmente, ", Dijo Cirillo." Pero tenemos formas de enviar estas longitudes de onda de luz a las infecciones pulmonares que causan numerosas muertes por neumonía, fibrosis quística y tuberculosis, por lo que también desarrollaremos tratamientos para las infecciones respiratorias ".
Gunasekera señaló que también se pueden atacar las bacterias transmitidas por la vejiga que causan infecciones del tracto urinario.
El artículo es uno de los dos publicados por el laboratorio Tour esta semana que avanza la capacidad de las nanomáquinas microscópicas para tratar enfermedades. En el otro, que aparece en Interfaces de materiales aplicados ACS , Los investigadores de Rice y del MD Anderson Cancer Center de la Universidad de Texas apuntaron y atacaron muestras de laboratorio de células de cáncer de páncreas con máquinas que responden a la luz ultravioleta visible en lugar de la utilizada anteriormente. "Este es otro gran avance, Dado que la luz visible no causará tanto daño a las células circundantes, "Dijo Tour.
