Một loại phân tử mới được kích hoạt bởi ánh sáng khả kiến sẽ tiêu diệt vi khuẩn có hại bằng cách tạo ra các loại oxy phản ứng. Chiến lược mới có thể là vũ khí chống lại vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh.
Một lớp phân tử cơ giới mới tiêu diệt các vi khuẩn cụ thể cho thấy hứa hẹn sẽ hạn chế mối đe dọa kháng thuốc kháng sinh đối với sức khỏe con người.
Các nhà khoa học của Đại học Rice đã dẫn đầu một nhóm nghiên cứu phát triển các phân tử hemithioindigo (HTI) được kích hoạt bằng ánh sáng để tiêu diệt vi khuẩn Gram dương và các màng sinh học mà chúng hình thành. Các phân tử làm như vậy bằng cách tăng cường tạo ra cục bộ các loại oxy phản ứng (ROS) tấn công hóa học và phá hủy các tế bào kháng thuốc.
Các phân tử mới khác và bổ sung cho các phân tử khác được tạo ra tại Rice cũng được kích hoạt bởi ánh sáng nhưng khoan vào màng tế bào để tiêu diệt chúng.
Giống như các cuộc tập trận dựa trên công trình đoạt giải Nobel của Bernard Feringa, các phân tử dựa trên HTI được kích hoạt bằng ánh sáng nhìn thấy chứ không phải bức xạ cực tím có hại.
(adv)
Cả hai đều là sản phẩm của nhà hóa học gạo James Tour và các đồng nghiệp của ông. Cựu sinh viên gạo cội Ana Santos, một nghiên cứu sinh toàn cầu sau tiến sĩ tại Viện Nghiên cứu Sức khỏe của Quần đảo Balearic ở Palma, Tây Ban Nha, và Alexis van Venrooy, hiện là nhà khoa học cấp cao tại Genesis Therapeutics, San Diego, là đồng tác giả của nghiên cứu mới trên tạp chí Advanced Khoa học .
Máy phân tử dựa trên HTI bao gồm hai nửa: một đơn vị thioindigo được liên kết với một vòng cacbonat thông qua một liên kết đôi cacbon trung tâm. Khi được kích hoạt bởi ánh sáng nhìn thấy, phân tử trải qua một sự thay đổi cấu trúc dẫn đến chuyển động 360 độ giống như máy khoan hoặc sự thay đổi giữa hai cấu trúc, giống như công tắc "bật / tắt", tùy thuộc vào thiết kế phân tử.
Trong quá trình này, các HTI được kích hoạt sẽ phản ứng với tế bào và oxy phân tử, chuyển các điện tử để tạo ra ROS tấn công các tế bào đích.
Tour cho biết: “Đây không phải là giết chết các tế bào bằng cách xé toạc màng cơ học như những màng trước đó. "Chúng gây ra đủ sự gián đoạn khiến các loại oxy phản ứng và các gốc tự do được tạo ra và cuối cùng giết chết các tế bào.
"Vì vậy, nó không phải là cái chết hoại tử nhanh chóng mà chúng tôi đã thấy trước đây," ông nói. "Nó chậm hơn một chút, nhưng nó cực kỳ hiệu quả."
Santos nói: “Một ưu điểm quan trọng của những phân tử này là chúng có phổ hoạt động hẹp và tiêu diệt một cách chọn lọc một nhóm vi khuẩn cụ thể, vi khuẩn Gram dương. “Do đó, chúng ít gây ra các tác dụng phụ hơn so với kháng sinh phổ rộng tiêu diệt bừa bãi cả vi khuẩn 'xấu' và 'tốt', đồng thời chúng cũng ít dẫn đến tình trạng kháng thuốc hơn vì chỉ có một nhóm vi khuẩn bị ảnh hưởng. "
Vi khuẩn gram dương thiếu màng ngoài (mặc dù chúng có lớp peptidoglycan dày), và điều này dường như khiến chúng dễ bị ROS oxy hóa và phá vỡ thành tế bào.
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm một số biến thể HTI trên bảy chủng vi khuẩn Gram dương và nhận thấy phân tử này đã giết chết tất cả chúng khi có ánh sáng. (HTIs kém hiệu quả hơn đối với vi khuẩn Gram âm, có lẽ vì màng kép của chúng ngăn cản HTI xâm nhập vào tế bào. Nhưng việc làm thấm chúng bằng dung dịch đệm Tris-EDTA khiến chúng có nhiều khả năng bị giết bởi HTIs hơn.)
Họ cũng tiếp xúc với các khuẩn lạc Staphylococcus aureus có và không có sự hiện diện của chất ăn xác thối ROS và nhận thấy những người có chất ăn xác thối làm giảm hiệu quả của các phân tử hemithioindigo. Không có chất nhặt rác, ROS có tác dụng mong muốn đối với vi khuẩn.
Nghiên cứu cho thấy HTIs cũng tiêu diệt các tế bào bền bỉ kháng kháng sinh của các chủng vi khuẩn Gram dương khác nhau trong vòng 25 phút, nhanh hơn so với kháng sinh thông thường. Trong mọi trường hợp, việc tiếp xúc lặp đi lặp lại với HTI không làm tăng khả năng kháng điều trị của vi khuẩn.
Vì phương pháp điều trị dựa trên ROS chứ không phải tác động cơ học nên nó không gây hại cho các tế bào của động vật có vú, Santos nói. "Điều này mở đường cho một liệu pháp kháng khuẩn mới có thể nhắm mục tiêu an toàn các mầm bệnh Gram dương liên quan đến nhiễm trùng da như vết thương bỏng.
Bà nói: “Kết quả cũng giúp chúng ta hiểu sâu hơn về các cỗ máy phân tử bằng cách chỉ ra rằng không phải tất cả chúng đều hoạt động theo cơ chế giống nhau và sự khác biệt trong lõi hóa học của phân tử có thể dẫn đến các hoạt động sinh học rất khác nhau.
Nguồn Đại học Rice
