Хабраиндекс
205,73
1 августа 2012 в 11:00

Полимер VS бактерии. Кто кого?



Добрый день, уважаемые хабрапользователи!


Сегодня я хотел бы обсудить с вами проблему взаимодействия бактерий и антибиотиков, которая уже достаточно давно беспокоит умы многих ученых.

Основная проблема заключается в том, что бактерии (несмотря на свои малые габариты) отличаются высокой жизнестойкостью. Для борьбы с ними периодически разрабатываются новые виды лекарственных препаратов – антибиотиков. Постоянная разработка нового лекарства является единственным способом борьбы с ними, т.к. спустя некоторое время после появления нового антибиотика (а это может быть даже очень короткий промежуток времени), он (тот самый антибиотик) резко начинает терять свою эффективность.

Т.е. процесс борьбы с бактериями выглядит следующим образом: бактерии подвергаются обработке новым препаратом -> погибает примерно 99.99 процентов всех бактерий (что, на первый взгляд, довольно-таки неплохо) -> оставшиеся 0.01 процента продолжают размножаться в геометрической прогрессии -> все возвращается на исходную позицию с одним лишь изменением — новые бактерии приобретают иммунитет к новому препарату. И вновь необходимы новые разработки.

Но темпы разработки новых лекарственных препаратов не успевают за темпами появления новых видов болезнетворных организмов. Люди постоянно нуждаются в новом средстве для борьбы с ними. Ситуацию усугубляет также и то, что в последние годы устойчивые к антибиотикам бактерии все чаще вызывают вспышки опасных для жизни инфекций.

Есть Надежда?



Относительно недавно исследователи из IBM Research и Сингапурского института биоинженерии и нанотехнологий (Singapore's Institute of Bioengineering and Nanotechnology) разработали новые типы полимеров, которые направлены на обнаружение и уничтожение устойчивых к антибиотикам бактерий и возбудителей инфекционных заболеваний, таких как, например, золотистого стафилококка, устойчивого к метициллину (Methicillin-Resistant Staphylococcus Aureus, MRSA).

Данное открытие стало побочным эффектом разработки новых технологий изготовления полупроводников (!). Ученые-химики из IBM Research в Альмадене, Калифорния, работали над созданием нового метода травления микроскопических структур на кремниевых подложках.

В ходе исследований разрабатывались новые материалы, частицы которых, обладая электрическим потенциалом, группируются вместе и формируют полимеры, защищающие поверхность кремния от травящего вещества.

После того, как искомые материалы были найдены, и технология заработала необходимым образом, ученые провели дополнительные исследования, чтобы выяснить, нельзя ли использовать эти материалы где-нибудь еще. В результате нескольких экспериментов появились наночастицы, уничтожающие бактерии посредством перфорации бактериальной оболочки.

По какому же принципу борются данные полимеры с бактериями?

Наночастицы изготовлены из специального полимерного материала. При взаимодействии с водой в организме или на теле человека, они самостоятельно собираются в капли величиной 200 нанометров (что в 50 000 раз тоньше человеческого волоса). Эти капли обладают небольшим положительным электрическим зарядом и благодаря этому притягиваются к бактериям, которые имеют отрицательный электрический заряд, чем они и отличаются от клеток человеческого организма. Далее нанокапли обволакиваю мембраны оболочек бактерий и пробивают в них большие отверстия, посредством чего и уничтожают бактерии, трудно поддающиеся лечению, не разрушая здоровые клетки вокруг них.

image
Бактерии до (слева) и через 8 часов после (справа) инкубации с наночастицам

Возвращаясь к проблеме восстановления бактерий, необходимо сделать акцент на том, что эти полимеры также препятствуют развитию у бактерий устойчивости к лекарственным препаратам. Они прорываются через клеточную стенку и мембрану внутрь клетки бактерии, что позволяет говорить о принципиально ином способе атаки на инфицированные клетки по сравнению с традиционными антибиотиками.

Так как каждая нанокапля может поразить множество целей, нет необходимости использования их высокой концентрации. По истечению нескольких дней наночастицы разлагаются на углекислый газ и неядовитые примитивные спиртовые соединения, которые выводятся из организма естественным путем.

По словам Джеймса Хедрика (ученого из исследовательского центра IBM Research – Almaden, занимающегося исследованиями перспективных органических материалов), — «Благодаря этому открытию, мы сегодня можем использовать результаты многолетних исследований и разработок в области материаловедения, которые проводились в полупроводниковой промышленности, для создания принципиально нового механизма доставки лекарственного вещества, способного сделать лекарства более эффективными и узкоспециализированными с точки зрения лечебного эффекта».

Йиян Янг (Yiyan Yang), руководитель научной группы в Сингапурском Институте биоинженерии и нанотехнологий (Institute of Bioengineering and Nanotechnology), также подчеркивает: «Используя наши новые наноструктуры, мы можем предложить действительно эффективное терапевтическое решение для лечения инфекций MRSA и других инфекционных заболеваний».

В отличие от большинства антибактериальных средств, эти структуры являются биодеградируемыми (т.е. поддающимися биологическому разложению), что расширяет сферу их потенциального применения, поскольку, как уже было сказано, они могут выводиться из организма естественным образом (а не остаются в организме и накапливаются в его органах).

При производстве в промышленном масштабе, эти биологически разлагаемые наноструктуры могут вводиться в организм непосредственно или наноситься на кожу, что позволит лечить кожные инфекции с помощью таких предметов повседневного использования как дезодоранты, мыло, влажные салфетки и другие дезинфицирующие средства.

Эти наноструктуры могут также быть использованы для заживления ран, для лечения туберкулеза и легочных инфекций.
Новый метод поиска и физического нападения на бактерии и микроорганизмы является чрезвычайно многообещающим способом борбы с заболеваниями.



В настоящее время исследователи IBM Research работают над дальнейшим развитием и тестированием технологии борьбы с болезнетворными микроорганизмами с помощью полимерного материала и ищут компанию-партнера, которая займется коммерциализацией такой технологии.

На ваш взгляд, изменит ли данное открытие жизнь к лучшему?


+23
11357
27
ibm 15,0
Похожие публикации
IBM приглашает всех желающих на встречу, посвященную Bluemix 19 ноября в 20:16
IBM запускает совместные магистерские программы в области Больших Данных с ведущими российскими университетами 18 ноября в 19:35
Новая глобальная программа IBM для предпринимателей позволяет ускорить процесс разработки облачных решений 17 ноября в 17:15
С помощью нанофрезера IBM создана самая маленькая в мире обложка журнала 25 апреля в 19:12
Ученые из IBM обнаружили интересный физический феномен на примере «нанопроволочек» из полупроводников 22 апреля в 23:00
Фотоконкурс. Приз – поездка в новую лабораторию IBM Research Africa 13 декабря 2013 в 16:32
В IBM Research разработали способ получения конденсата Бозе-Эйнштейна с помощью полимерной плёнки 12 декабря 2013 в 17:45
В IBM Research создали мультик, используя отдельные молекулы 2 мая 2013 в 16:15
Гель IBM уничтожает бактерии, даже устойчивые к антибиотикам 28 января 2013 в 13:11
В новый микроскоп IBM видно межатомные связи в молекуле 16 сентября 2012 в 19:11

Комментарии (29)

+1
NWOcs #
Если все так, как написано в статье, то это — прорыв, причем прорыв принципиальный. Было бы любопытно посмотреть на трансляцию метода на вирусы, хотя в силу другого размера и структуры единицы это может быть не возможным (к сожалению, отсутствие специальных знаний мешает оценить как следует). Но все же очень хотелось бы посмотреть собственно публикации ресерч-группы
НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
0
NWOcs #
О чем и речь — статья очень общая и в радужных тонах. Хорошо бы посмотреть источники
+10
Keroro #
Лучше жить с дисбактериозом, чем умереть от стафилококка.
0
6uest #
С дисбактериозом тоже долго не протянете. Смерть от анемии или сепсиса тоже не подарок.
+1
ibm #
К сожалению, мы не располагаем всеми данными с полей. По словам ученых, было проведено несколько опытов, показавших положительные результаты, но, да, предстоит дальнейшее кропотливое изучение взаимодействия данных полимеров с организмом человека.

Как появятся новые подробности, мы обязательно про это расскажем!

статья очень общая и в радужных тонах


Мы верим в лучшее :)
И ждем новостей по данному вопросу…
+2
JohnnyD #
Если имеются ввиду желудочные бактерии, это это очень легко поправимо на фоне лечения бактерий в крови. Есть кучи препаратов, вроде Линекса.
0
cepera_ang #
В желудке стерильная среда, там может существовать только один вид бактерий и тот в толще слизистой.
0
cepera_ang #
Дизбактериоза не существует самого по себе, попробуйте найти в МКБ такой диагноз. И после прекращения воздействия препаратов бактериальная флора восстанавливается самостоятельно и в том же составе.
0
g0dlike #
Написано же, что поражаются отрицательно заряженные бактерии, а человеческие — положительно заряженные.
0
Imposeren #
человеческие «Клетки организма». А кроме них в кишечнике живут бактерии симбиотнты которые вссё же бактерии и не обязательно заряжены положительно (надо же им не отталкиватся от тканей человека?)
0
g0dlike #
А, ну будет обычный дисбактериоз — несмертельно, как от антибиотиков реакция. Попить бифидобактерии и все будет ок:)
+2
cepera_ang #
Полезные бактерии в организме живут в основном в кишечнике, а заболевания обычно бывают где угодно кроме него — ничего не мешает не использовать такие препараты перорально, а например наружно или внутривенно (там никаких полезных бактерий нет).
–1
ncix #
Традиционные антибиотики точно также убивают и полезные бактерии. Поэтому с антибиотиками назначают, обычно, какой-нибудь Линекс
+1
cepera_ang #
Линекс назначают только в России, ибо у нас чаще всего больной платит сам и ему навязывают всякую фигню, которая не имеет никакого доказанного эффекта.
–1
ncix #
А, вы видимо сторонник «дисбактериозного» заговора. Ну-ну, когда в следующий раз назначат антибиотики ни в коем случае не ешьте Линекс.
0
cepera_ang #
Какого ещё дисбактериозного заговора?
+1
timka05 #
0
NWOcs #
Спасибо за ссылку, но сама статья там — тоже проморолик. Тем не менее, от нее можно искать дальше
+2
zim32 #
Будет интересно если после 99.99% убитых таким образом бактерий, останется 0.01% которые имеет положительный заряд.
+1
RouR #
Скорее всего бактерии быстро научатся сами разлагать наночастицы «на углекислый газ и неядовитые примитивные спиртовые соединения»
+1
kapuletti #
Ага, будут довольные гнать брагу из полимеров
+1
Fafnir #
Напомнило черную жидкость из «Прометея», помните, там титан выпил стопочку и саморазрушился за 10 секунд. В общем, возможное военное применение таких технологий вызывает весьма неуютное чувство.
+5
mshewzov #
Любые технологии могут найти военное применение.
+1
gxcreator #
А нельзя это использовать для борьбы с раковыми клетками?
0
wearbo #
прочел статью и почему-то вспомнил, что давно нас не пугали новыми вирусами. Последним был свиной грипп, перед ним куриный, а еще ранее — атипичная пневмония. Причем, они шли один за другим с интервалом в год. такое ощущение, что прикрыли лабораторию, разрабатывающую новые вирусы с уже заготовленными методами борьбы с ними, которые потом в самый пик страстей продавали всему миру. Пусть лучше ученые разрабатывают что-то полезное и безопасное, как эти парни из IBM Research и Сингапурского института биоинженерии и нанотехнологий
0
StrangeAttractor #
Не уверен, что это заменит антибиотики, а вот хлорку и перекись водорода — why not…

PS: Всегда уважал IBM за фундаментальные исследования. Приятно осознавать, что есть ещё корпорации, занимающиеся чем-то, кроме патентного троллинга, ширпотреба и надувания биржевых пузырей. Жаль персоналки перестали делать…
0
kostyl #
Ага, посмеемся потом, когда бактерии начнут от этой штуки заряжаться положительно
0
Nashev #
Смешнее будет, если они научатся её саму перезаряжать на атаку заряженных положительно…

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.