Nanoantibiotika - en ny väg att stoppa multiresistenta bakterier

Kampen mot motståndskraftiga bakterier blir allt viktigare. Jakten på effektiva vapen mot farliga infektioner är intensiv i forskarvärlden.
Snart kanske de kan bekämpas med nanopartiklar som söker upp resistenta bakterier­ i kroppen och tar kål på dem en gång för alla. Det här är ett exempel på forskning där kemi, cellbiologi och halvledarelektronik smälter samman till något nytt – nanomedicin kanske det kan kallas.

Antibiotika förändrade världen en gång. Infektioner som tog livet­ av tusentals människor blev plötsligt hanterbara åkommor tack vare penicillin och andra liknande läkemedel. Men idag finns bakterier som tål det mesta av vad vi har att sätta in, även reservpreparat som sparas för att bekämpa de mest tåliga bakterierna. Resistenta bakterier hotar att bli ett av de största hälso­problemen i världen i framtiden.
Läkemedelsindustrin forskar intensivt på att hitta nya slags antibiotika, men det var länge sedan det kom genombrott­ som lett till nya preparat.
Men lösningen kan komma från oväntat håll – elektronikindustrin är nu nere på molekylär nivå och nano­partiklar som upptäcks kan bli en metod.
Det är i det perspektivet man ska se nyheten från IBM:s forskningscenter i San José i Kalifornien om en nano­partikel som dras till bakterier som om de vore magneter, dödar dem  – och sedan försvinner ut utan att lagras­ i kroppen. De gör dessutom slut på bakterierna på ett så brutalt sätt att mikroberna inte kan utveckla resistens mot partiklarna.
En av huvudförfattarna bakom artikeln i Nature Chemistry, där upptäckten presenteras, är svensken Fredrik Nederberg som arbetar för IBM sedan flera år. Tillsammans med forskare från Singapore har de lyckats skapa de här nanopartiklarna.

Partiklarna bryts ner

Nanopartiklar som angriper bakterier finns sedan tidigare, men för att utveckla ett läkemedel räcker det inte. Dels måste partiklarna styras rakt mot bakterier och undvika kroppens celler­, och dels måste de ut ur kroppen­ igen. Enligt forskarrapporten är det unika med de här partiklarna att de bryts ner och försvinner ur kroppen den naturliga vägen efter avslutat jobb.
– Det stämmer bra, våra material bryts ned under användning i en biologisk vattenmiljö men är mindre känsliga för nedbrytning om materialet befinner sig i vanligt vatten. I allmänhet är nedbrytning oerhört viktigt om man ska använda materialet in vivo (i kroppen på levande varelser), skriver Fredrik Nederberg via e-post från USA.
Man kan säga att de här partiklarna härmar kroppens egna vaktposter mot skadliga bakterier, de så kallade antibakteriella eller­ antimikrobiella peptiderna. Dessa finns i kroppens yttersta försvarslinje, i hud och slem­hinnor och tar kål på de flesta bakterier som försöker ta sig in i våra kroppar. När bakterier lyckats ta sig förbi detta yttre försvar tar det egentliga immunförsvaret vid med sina makrofager och lymfocyter. I flera­ år har forskare försökt att skapa nya effektiva­ antibiotika genom att designa antibakteriella peptider. Men det har varit svårt att undvika­ tråkiga bieffekter­ som att de kan bli skadliga för våra egna celler, att de bryts ner för snabbt för att ha någon effekt, eller helt enkelt blir för dyra att tillverka. De nya nanopartiklarna gör samma jobb som peptiderna, men enligt de första testerna klart bättre – och utan de negativa bieffekterna.

Punkterar bakterien

Penicillinet var en revolution när det kom – tidigare dödliga sjukdomar blev enkla att behandla.

Penicillinet var en revolution när det kom – tidigare dödliga sjukdomar blev enkla att behandla.

Principen bygger på att bakterier har ett skal, en cellvägg, som är negativt laddad på utsidan. Nanopartiklarna har en kemisk sammansättning som gör dem elektriskt positiva, och attraktionen­ mellan de två gör att de söker upp varandra.
Väl på plats på bakteriens yta tränger­ partikeln in mellan bakteriecell­väggens molekyler och öppnar porer i cellens skal. Resultatet blir lite som att sticka hål på en ballong. Viktiga organ tränger ut och bakterien dör.
Traditionella antibiotika som penicillin eller vankomycin stör de kemiska processerna i olika cellorgan eller i bakteriens arvsmassa, vilket kan göra att bakterierna inte längre kan föröka sig. Men det gör också att bakterien kan skydda sig mot dem genom att förändra sin arvsmassa, mutera, och bli motståndskraftig.
Mot peptidernas eller nanopartiklarnas attacker som öppnar hål i cellväggen är det betydligt svårare att mutera fram ett skydd.
Ett krav för att ett medel mot bakterier i kroppen ska kunna användas är att de enbart ska ge sig på bakterier, inte kroppens egna celler. Det är framför allt de röda blodkropparna som är utsatta, och som förstörs av flera av de peptidpreparat som man försökt få fram tidigare.
Lyckligtvis skiljer sig våra egna kroppsceller från bakterierna eftersom vi står så långt från varandra i utvecklingskedjan. Våra vägar skildes åt för miljarder år sedan, och det gör att det finns avgörande konstruktionsskillnader mellan oss.
Nanopartiklarna, med sin starka positiva laddning, kan skilja på oss och bakterierna. Våra celler har en betydligt svagare elektrisk laddning och därför fäster inte nanopartiklarna­ på dem. Man säger att de har hög selektivitet­.

Elektronik ger läkemedel

MRSA-bakterier hör till de mest spridda resistenta bakterierna. Bakterien har en mutation i cellväggen som gör att bland annat penicillin inte hjälper.

MRSA-bakterier hör till de mest spridda resistenta bakterierna. Bakterien har en mutation i cellväggen som gör att bland annat penicillin inte hjälper.

Hur var det då med kopplingen till elektroniken?
Jo, de nya nedbrytbara nanopartiklarna tillverkas med hjälp av tekniker som är direkt hämtade från halvledar­forskningen. Små molekyler sätts samman till längre skräddarsydda kedjor, så kallade polymerer.
Det här är metoder som till exempel­ används för att skapa elektriska kretsar­ i nanoformat, betydligt mindre­ än i den traditionella tekniken där man etsar in mönster i kiselchips.
Tekniken går ut på att polymererna bygger sig själva med hjälp av special­skapade katalysatorer, alltså ämnen som styr byggprocessen men utan att bli en del av det färdiga bygget.
I fallet med de bakterie­dödande nano­partiklarna har man skapat polymerer av karbonater, organiska­ föreningar som sedan gammalt­ utgör råvara för många plaster.
De skräddarsydda karbonatkedjorna bildar spontant ett nystan av molekyler när de hamnar i vattenlösning, ett nystan med precis de rätta egenskaperna för att hitta en bakterie och öppna upp dess cellvägg.
Nanopartiklarna har hittills klarat att stoppa tillväxten både hos resistenta­ stafylokocker, så kallade MRSA-bakterier, men även hos svampar. De är testade på möss för att kunna fastställa att de har effekt, och att de inte är giftiga.
Nästa steg, enligt Fredrik Nederberg, kan bli djurförsök i större skala. För hur lovande det än verkar, så är våra kroppar så komplicerade system att allt inte går att förutsäga. 

Fakta: 
BRUTAL ATTACK PÅ BAKTERIER

De nanopartiklar som tagits fram avlivar effektivt bakterier genom att punktera dem.
Partiklarnas form har visat sig vara förödande för bakteriernas cellväggar som slits upp och låter innanmätet rinna ut. Det betyder att bakterier sannolikt­ har mycket svårt, eller kanske inte alls kan utveckla resistens mot nanopartiklarna.
Genom att bakteriens cellväggar är negativt laddade och nanopartiklarna positivt laddade ”hittar” partiklarna bakterierna automatiskt.

DAGENS ANTIBIOTIKA

Antibiotika är en samlingsterm för läkemedel som används mot bakterieinfektioner. I Sverige används ungefär 60 olika sådana preparat, vilka kan delas in i olika grupper som är verksamma mot olika slags bakterier och som fungerar på olika sätt.
De olika typerna av antibiotika angriper bakterierna på lite olika sätt. Det allra första preparatet var penicillin som nu är en hel grupp preparat som framställs via mögelsvampen Penicillum. På sin tid var det en revolution för sjukvården och tidigare livshotande sjukdomar blev plötsligt behandlingsbara. Sedan dess har flera olika grupper av antibiotika tillkommit, och de brukar delas in utefter vilken funktion hos bakterien som de angriper:
Cellväggsyntes: Penicilliner och liknande medel, som är den allra mest använda antibiotikagruppen. Preparaten finns i ett antal olika varianter som alla dödar bakterier genom­ att förhindra dem att utveckla cellväggar­ på ett normalt sätt.
Cellmembran: Medel som löser upp bakterie­cellens membran.
Proteinsyntes: Preparat som hindrar bakterien från att framställa viktiga proteiner genom att binda till bakteriens ribosomer.
Dna-syntes: Medel som hindrar bakteriens dna att kopiera sig.
Rna-syntes: Medel som hindrar bakteriens rna-molekyler att fungera som de ska.
Folsyrasyntes: Medel som hindrar bakterien att tillverka livsviktig folsyra. Fungerar eftersom mänskliga celler inte tillverkar egen folysyra utan får det från födan.

Material från
Allt om Vetenskap nr 6 - 2011

Mest lästa

Fler nyheter

Fler nyheter