Ученые в Бостоне, изучающие новые методы оптического микроскопа, неожиданно смогли разрушить окружающую мембрану MRSA, используя синий свет.

Бактерии впечатляюще адаптивны. Благодаря быстрому делению клеток и горизонтальному переносу генов — где они передают гены своим соседям — бактерии могут быстро усилить свою защиту от угроз.

Одной из таких угроз являются антибиотики, и патогенные микроорганизмы, такие как некоторые бактерии, быстро адаптируются, чтобы победить их.

Поскольку эти патогены становятся устойчивыми к все большему количеству антибиотиков, видения мира, в котором лекарства, от которых мы зависим, больше не работают, заставили ученых стремиться найти какой-то другой способ остановить инфекции.

Теперь ученые из инженерного колледжа Бостонского университета в Массачусетсе объявили об успехе в ослаблении патогенов с помощью синего света для атаки на них на молекулярном уровне.

Профессор Ji-Xin Cheng из инженерного колледжа говорит, что «терапия является новой, потому что вместо использования лекарственного подхода она направлена ​​на физическое нацеливание на структуру самой клетки».

Профессор Ченг является старшим автором статьи в Advanced Science, которая сейчас описывает исследование.

Случайный случай

Профессор Ченг и его коллеги случайно наткнулись на потенциал синего света во время экспериментов с новыми методами оптического микроскопа.

Они использовали Staphylococcus aureus ( S. aureus ) в качестве своего микроскопического субъекта, но вскоре обнаружили, что он слишком нестабилен для своих целей; синий свет микроскопа отбеливал молекулу бактерии стафилоксантина (STX).

«Золотая пигментация является универсальной характеристикой S. aureus» , — говорит профессор Ченг. «Для визуализации это плохо. Но, если его отбелить, мы подумали: он все еще жив?

Команда была также удивлена ​​и взволнована, узнав, что их фотообесцвечивание в конечном итоге привело к гибели всей их колонии S. aureus . Быть способным убить S. aureus — немалая вещь.

S. aureus , возможно, является самым ярким предвестником неизбежной эпохи постантибиотиков.

Устойчивый к метициллину S. aureus (MRSA) вызывает инфекции кожи и мягких тканей, сепсис и пневмонию.

Метициллин был первым антибиотиком, который потерпел неудачу против MRSA, и с тех пор бактерию стало чрезвычайно трудно лечить другими антибиотиками.

По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC), MRSA является причиной многих из 2,8 миллионов инфекций, устойчивых к антибиотикам, и 35 000 случаев смерти в год в Соединенных Штатах.

Столкнувшись с неожиданной смертью S. aureus, команда Чэна задалась вопросом: «Если мы отбелим [золотой пигмент MRSA], сможем ли мы убить [бактерию]?»

Ответ на вопрос оказался: «Почти». Этого может быть достаточно.

Фотолиз синего света и MRSA

Дальнейшее исследование показало, что когда голубые световые фотоны микроскопа разрушали STX, на мембранах, защищающих клетки MRSA, появлялись небольшие отверстия, и 90% колонии погибали.

Однако при работе с быстро распространяющейся бактерией, такой как MRSA, этого недостаточно: через полчаса клетки снова делятся.

По словам ведущего автора исследования Пу-Тинга Донга, «MRSA отрастает очень быстро, поэтому, чтобы быть эффективными, нам нужно убить 99,9% бактерий».

За оставшиеся 10% команда Чэна попробовала что-то новое: после фотолиза синего света, который относится к распаду молекул через свет, они дозировали клетки перекисью водорода, сильным окислителем, который может атаковать живые клетки.

Перекись водорода проникала в клетки S. aureus через отверстия в их мембранах, вызывая их взрыв. Наконец, они уничтожили 99,9% колонии S. aureus .

Таким образом, фотолиз синего света, по-видимому, является первым ударом в одном-двух пуансонах, которые могут уничтожить устойчивые к антибиотикам патогены.

С момента их первоначальных исследований в лаборатории Ченг и его команда сотрудничали с исследователями из Университета Пердью и Массачусетской больницы общего профиля Wellman Center для фотомедицины в Бостоне, чтобы подтвердить эффективность их методики при ранах кожи MRSA у мышей.

Часть того, что делает фотолиз синего света настолько привлекательным, как терапия, состоит в том, что он не повреждает нормальные клетки.

Это также верно и синего света импульсной лазерной терапии, что команда Чэн узнало может обеспечить еще более эффективную фотолиз. Соавтор исследования Цзе Хуэй объясняет:

«Используя импульсный синий лазер, мы можем значительно сократить время терапии и увеличить глубину тканей, которые мы можем эффективно лечить. Лазерный луч чувствует себя безболезненно и не дает ощущения тепла, идеально подходит для клинических применений».

— Цзе Хуэй

Следующим шагом для Ченга и его коллег будет разработка испытания для лечения людей с кожными язвами, вызываемыми диабетом.

«Если мы сможем лечить диабетические язвы, — говорит он, — это изменит жизнь людей. Как ученые, мы не просто хотим публиковать статьи, мы также хотим вернуть плоды нашей работы и финансирования исследований обществу».