Máquinas moleculares que matam bactérias infecciosas foram ensinadas a ver sua missão sob uma nova luz.
A última iteração de brocas em nanoescala desenvolvidas na Rice University são ativadas por luz visível em vez de ultravioleta (UV), como nas versões anteriores. Estes também provaram ser eficazes em matar bactérias através de testes em infecções reais.

Seis variantes de máquinas moleculares foram testadas com sucesso pelo químico da Rice James Tour e sua equipe. Todos eles perfuraram as membranas de bactérias gram-negativas e gram-positivas em menos de dois minutos. A resistência era inútil para bactérias que não possuem defesas naturais contra invasores mecânicos. Isso significa que é improvável que desenvolvam resistência, oferecendo potencialmente uma estratégia para derrotar as bactérias que se tornaram imunes aos tratamentos antibacterianos padrão ao longo do tempo.

“Digo aos alunos que, quando tiverem a minha idade, bactérias resistentes a antibióticos farão com que o COVID pareça um passeio no parque”, disse Tour. "Os antibióticos não serão capazes de evitar que 10 milhões de pessoas por ano morram de infecções bacterianas. Mas isso realmente as impede."

O estudo inovador liderado pelos ex-alunos de Tour e Rice, Ana Santos e Dongdong Liu, aparece em Science Advances .

Como a exposição prolongada aos raios UV pode ser prejudicial aos seres humanos, o laboratório Rice vem refinando suas moléculas há anos. A nova versão obtém sua energia da luz ainda azulada a 405 nanômetros, girando os rotores das moléculas de 2 a 3 milhões de vezes por segundo.

Tem sido sugerido por outros pesquisadores que a luz nesse comprimento de onda tem propriedades antibacterianas suaves próprias, mas a adição de máquinas moleculares a sobrecarrega, disse Tour, que sugeriu que infecções bacterianas como as sofridas por vítimas de queimaduras e pessoas com gangrena serão alvos precoces.

As máquinas são baseadas no trabalho vencedor do Prêmio Nobel de Bernard Feringa, que desenvolveu a primeira molécula com um rotor em 1999 e conseguiu que o rotor girasse de forma confiável em uma direção. Tour e sua equipe apresentaram seus exercícios avançados em um Nature de 2017 papel.

Os primeiros testes do laboratório Rice das novas moléculas em modelos de infecção de queimaduras confirmaram sua capacidade de matar rapidamente bactérias, incluindo Staphylococcus aureus resistente à meticilina, uma causa comum de infecções de pele e tecidos moles que foi responsável por mais de 100.000 mortes em 2019.

A equipe alcançou a ativação da luz visível adicionando um grupo de nitrogênio. "As moléculas foram modificadas com diferentes aminas no estator (estacionário) ou na porção do rotor da molécula para promover a associação entre as aminas protonadas das máquinas e a membrana bacteriana de carga negativa", disse Liu, agora cientista da Arcus Biociências na Califórnia.

Os pesquisadores também descobriram que as máquinas efetivamente quebram biofilmes e células persistentes, que ficam inativas para evitar drogas antibacterianas.

“Mesmo que um antibiótico mate a maior parte de uma colônia, muitas vezes existem algumas células persistentes que, por algum motivo, não morrem”, disse Tour. "Mas isso não importa para os treinos."

Assim como nas versões anteriores, as novas máquinas também prometem reviver medicamentos antibacterianos considerados ineficazes. “Perfurar as membranas dos microorganismos permite que drogas de outra forma ineficazes entrem nas células e superem a resistência intrínseca ou adquirida do inseto aos antibióticos”, disse Santos, que está no terceiro ano da bolsa global de pós-doutorado que a trouxe para Rice por dois anos e continua no Instituto de Pesquisa em Saúde das Ilhas Baleares em Palma, Espanha.

O laboratório está trabalhando para um melhor direcionamento das bactérias para minimizar os danos às células de mamíferos, ligando tags peptídicas específicas de bactérias às brocas para direcioná-las para patógenos de interesse. "Mas mesmo sem isso, o peptídeo pode ser aplicado a um local de concentração bacteriana, como em uma área de queimadura", disse Santos.

Os coautores são Anna Reed e John Li, ex-alunos da Rice, Aaron Wyderka, estudantes de pós-graduação Alexis van Venrooy e Jacob Beckham, pesquisador Victor Li, ex-alunos de pós-doutorado Mikita Misiura e Olga Samoylova, cientista pesquisador Ciceron Ayala-Orozco, professor Lawrence Alemany e Anatoly Kolomeisky , professor de química; Antonio Oliver do Instituto de Pesquisa em Saúde das Ilhas Baleares e do Hospital Universitário Son Espases, Palma, Espanha; e George Tegos da Tower Health, Reading, Pensilvânia. Tour é o T.T. e W.F. Chao Professor de Química e professor de ciência dos materiais e nanoengenharia. + Explorar mais

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