Štopanje bakterija: tako to čine nanočestice

Specijalno napravljene nanočesice vežu se za bakteriju i ometaju je u gibanju. To bi bio sažet opis djelovanja novoga lijeka koji bi uskoro mogao smanjiti upotrebu antibiotika.

Nenad Raos nedjelja, 27. siječnja 2019. u 15:04

Lijekovi su poput udice. Riba može izbjeći tužnoj joj sudbini ako ne zagrize mamac ili ako ga nekako inaktivira, recimo da ga skine s udice. Ili još bolja usporedba – koja je prihvaćena kao znanstvena teorija – usporedba ključa i brave. Molekula (enzim, receptor) na koju lijek djeluje je brava, a molekula ljekovite tvari (inhibitor, ligand) je ključ. Znanstvenici nastoje pronaći što bolji ključ za molekularnu bravu (u kojoj će se zaglaviti), no  mikrobi se ne daju. Prisustvo ljekovite tvari u njihovom okolišu za njih je izuzetno štetno, što znači da se stvara svojevrstan evolucijski pritisak, pritisak koji kroz mutacije (promjene odgovarajućih gena) mijenjaju ili ključ (ligand) ili bravu (receptor). Drugim riječima, dolazi do sinteze enzima koji kemijski modificiraju ligand (molekulu ljekovite tvari) kako se ne bi mogao vezati za svoj receptor („ući u odgovarajuću bravu“). Drugi je mehanizam promjena receptora (brave) u tolikoj mjeri da se za njega više ne može vezati ligand (ključ).

Posljedica svega je vječni rat između čovjeka i bakterija: čovjek pronalazi nove lijekove, a bakterije nove prilagodbe. U kliničkoj praksi to znači da se antibiotici ne smiju davati bez potrebe kako se ne bi uzgojili rezistentni sojevi bakterija, a kada su virusi u pitanju –  koji mutiraju nevjerojatnom brzinom – daje se istodobno više antivirusnih lijekova jer se virus neće, nadajmo se, prilagoditi svima. (Zanimljivo je kako se uzgajaju, u laboratoriju, sojevi bakterija otporni na antibiotike. U hranjivu se podlogu stavlja mala, pa sve veća koncentracija antibiotika. To upravo  – u svome tijelu! – čine oni koji se „pomalo“ liječe penicilinom.)

U tom vječnom ratu čovjeka i bakterija, nema – naravno – konačnog pobjednika. Bakterije će uvijek naći načina da nekom za sebe korisnom mutacijom potru djelovanje lijeka. No nedavni rad arapskih znanstvenika na radu u Sjedinjenim Državama, objavljen u časopisu Journal of Physical Chemistry B, ukazuje da tako ne bi zauvijek trebalo biti. Riječ je o ljekovitom sredstvu  kompliciranog imena „apatite-covered Ag/AgBr/TiO2 nanocomposite“, dakle o kompozitnim (višekomponentnim) nanočesticama sastavljenima od minerala hidroksiapatita, Ca5(OH)(PO4)3, titanijevog bjelila, TiO2, te čestica srebra i njegova bromida. No sve se dade kraće napisati, pa tako i ovo komplicirano ime: AAAT (slova dolaze, naravno, od početnih slova četiriju komponenti). Što čini AAAT?

Zaokupljeni prljavštinom na tijelu i hrani zaboravljamo da se i bakterije kreću. Zahvaljujući flagelama bakterije se pokreću, i to brzinom od 25 do 30 μm/s, a one najbrže (poput uzročnika kolere) čak 55 μm/s (0,2 m/h). S obzirom na njihovu veličinu, to odgovara – kažu znalci - brzini automobila od 60 do 130 km/h, ili možda bolja (biološka) usporedba, brzini između brzine konja i geparda. Što dakle čini AAAT?

Odgovor je jednostavan: njegove čestice prianjanju za bakteriju i time je ometaju u gibanju. Pri tome ne samo da joj smanjuju brzinu, nego i pokušaje bakterije da se giba u željenom smjeru pretvaraju u kruženje i prevrtanje. Preciznije rečeno bakterija je inhibirana u gibanju.

Kako to izgleda u stvarnosti pokazao je pokus u kojem su u 30 mililitara vodene otopine znanstvenici raspršili 24 mg nanočestica AAAT te bakterije do koncentracije od deset milijuna jedinki po mililitru. Za  pokus su izabrali bakterijske vrste Escherichia coli te Bacillus subtilis (prvi je mikrob stanovnik naših crijeva, a drugi zraka kojeg udišemo). Koncentracija aktivnih bakterija eksponencijalno se smanjivala da bi nakon tri sata pala  na desetak stanica po mililitru. Da tek zajedničko djelovanje sve četiriju komponenti čestica AAAT dovodi do zaustavljanja gibanja bakterija pokazali su pokusi s pojedinim komponentama AAAT. Koncentracija aktivnih bakterija nije se promijenila (107 mL-1 ili log(C) = 7) bilo da se radilo o apatitu, Ag/TiO2, apatit/TiO2 ili čak  Ag/AgBr/TiO2.

Sve u svemu riječ je o jeftinom i djelotvornom sredstvu od kojeg bi se uskoro mogao razviti novi lijek, lijek koji neće imati nuspojave – jer je, kako autori kažu, „slabo je toksičan“ (apatit i titanijev dioksid su praktički netoksični dok se soli srebra odavna upotrebljavaju u medicini). No još je važnije što bakterije na njega neće moći razviti otpornost (nadajmo se).

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je doktor prirodnih znanosti iz područja kemije, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju. Do umirovljenja radio je u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI)  baveći se bioanorganskom i teorijskom (računalnom) kemijom. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti surađujući u mnogim časopisima i revijama (Priroda, ABC tehnike, Čovjek i svemir, Modra lasta, Smib, Fokus). Napisao je više od dvije tisuće znanstveno-popularnih članaka, 13 znanstveno-popularnih knjiga te u koautorstvu dva sveučilišna udžbenika iz područja dizajniranja lijekova. Sada piše za mrežne stranice  Zg-magazina te za časopis Čovjek i svemir te, naravno, za BUG online. U časopisu Kemija u industriji je stalni komentator te  urednik rubrike „Kemija u nastavi“. Godine 2003. dodijeljena mu je Državna godišnja nagrada za promidžbu i popularizaciju znanosti