При этом отечественный препарат показал себя более эффективным по сравнению с популярным зарубежным антибиотиком.
Биопленка – это сообщество бактерий, заключенных в самопроизвольно синтезированную полимерную матрицу, которая состоит из полисахаридов, белков и ДНК. Бактериальные биопленки приводят к стойким и хроническим инфекциям, так как они проявляют повышенную устойчивость к антибиотикам, дезинфицирующим средствам и иммунной системе организма. Большинство выявленных бактерий способны образовывать биопленки, а для эффективного подавления роста биопленок дозы антибиотиков приходится значительно – до 1 000 раз – увеличивать.
Для профилактики инфекций, связанных с биопленками, в медицинских учреждениях применяются различные методы, однако многие из этих подходов имеют недостатки, такие как химическая опасность и появление штаммов, устойчивых к антибиотикам. Еще один метод связан с применением натуральных соединений, включая растительные экстракты, эфирные масла, полифенолы и алканоиды. Они показывают антибиопленочную активность, но являются нестабильными, требуют сложного процесса очистки.
Самым распространенным методом профилактики считается использование антибиотиков. Причем, антибиотики активно используются и в животноводстве – в профилактических и терапевтических целях. На ветеринарную медицину в мире приходится более 50 % использования противомикробных препаратов. Однако некоторые антибиотики, например, ампициллин и клоксациллин, могут стимулировать образование биопленки в определенных штаммах бактерий.
Ученые исследовали коров в возрасте от 2,5 до 5 лет и весом от 400 до 500 кг. Они были разделены на две группы по 350 голов в каждой. Одна получала лечение распространенным зарубежным антибиотиком, другая – препаратом «Арговит-С AgNP», разработанным политехниками вместе с коллегами.
«Наночастицы металлов и оксидов металлов могут действовать, используя различные механизмы для разрушения биопленок и бактериальных клеток, такие как окислительный стресс, блокирование синтеза белка и разрушение ДНК. Это может привести к снижению способности бактерий образовывать биопленки. Ранее in vitro было выявлено, что наночастицы серебра (AgNP) обладают антимикробными свойствами и известны своей способностью подавлять рост бактерий, включая образование биопленки. AgNP могут нарушать целостность мембран бактериальных клеток и мешать клеточным процессам, что делает их эффективными в предотвращении образования биопленок и уничтожении уже существующих. При этом ингибирующее действие AgNP на образование биопленки in vitro может зависеть от размера, концентрации и стабильности наночастиц, а также от конкретных видов бактерий», – пояснил профессор ТПУ.
По словам ученых, оба вида лечения – зарубежным антибиотиком и препаратом «Арговит-С AgNP» – применялись интрамаммарным (сосредоточенным непосредственно в молочной железе – прим. ред.) путем введения до полного выздоровления, которое определялось на основе ежедневных биохимических тестов. Образцы молока у обеих групп собирались до и после лечения. Образцы, собранные до лечения, служили контрольными/референтными.
«В случае коммерческого антибиотика доза и концентрация применялись в соответствии с инструкцией производителя. В случае «Арговита» она была выбрана на основании результатов предварительных экспериментов. В данном исследовании коровам с субклиническим маститом раз в сутки вводили 10-кратно разведенный «Арговит» в объеме от 2 до 15 мл на одну особь с концентрацией действующих веществ от 5 до 15 %. Терапевтическая эффективность «Арговита» определялась по числу дней лечения и подсчетом количества соматических и бактериальных клеток в образцах», – добавил Алексей Пестряков.
Затем авторы работы исследовали культуральные, морфологические и биохимические свойства бактерий рода Streptococcus spp., выделенных из секрета молока до и после лечения. Ученые всесторонне проанализировали шесть бактерий (S. aureus, S. epidermidis, S. dysgalactiae, E. coli, S. agalactiae и S. Pyogenes).
«После лечения коров наночастицами серебра индекс образования биопленки и количество изолятов с прочными биопленками для шести бактерий снизились на 20,4 % и 35,6 % соответственно. После лечения коров коммерческим антибиотиком наблюдались противоположные эффекты. Насколько нам известно, настоящее исследование представляет собой первое крупномасштабное трансляционное исследование влияния обработки AgNP на образование биопленки при терапии бактериальных заболеваний у животных. Терапия AgNP может быть одним из комплексных подходов к борьбе с устойчивостью к антибиотикам», – резюмировал профессор ТПУ.
Результаты исследования, в котором, кроме ТПУ, приняли участие представители Национального автономного университета Мексики (UNAM), НТЦ «Вектор-Вита» и и Сибирского федерального научного центра агробиотехнологий РАН, опубликованы в журнале ACS Applied Nano Materials (Q1, IF: 5.3). Проект поддержан грантом Российского научного фонда.
Томский Политех – участник программы «Приоритет-2030» национального проекта «Наука и университеты».