Zijn zilveren nanodeeltjes een wondermiddel tegen microben?

Antimicrobiële middelen worden gebruikt om bacteriën, virussen en andere micro-organismen te doden of de groei ervan te vertragen. Ze kunnen de vorm hebben van antibiotica, gebruikt om lichamelijke infecties te behandelen, of als een additief of coating op commerciële producten die worden gebruikt om ziektekiemen op afstand te houden. Deze levensreddende hulpmiddelen zijn essentieel voor het voorkomen en behandelen van infecties bij mensen, dieren en planten, maar ze vormen ook een wereldwijde bedreiging voor de volksgezondheid wanneer micro-organismen er resistentie tegen ontwikkelen, een concept dat bekend staat als antimicrobiële resistentie.

Een van de belangrijkste oorzaken van antimicrobiële resistentie is het misbruik en overmatig gebruik van antimicrobiële middelen, waaronder zilveren nanodeeltjes, een geavanceerd materiaal met goed gedocumenteerde antimicrobiële eigenschappen. Het wordt steeds vaker gebruikt in commerciële producten met verbeterde kiemdodende prestaties – het is geweven in textiel, gecoat op tandenborstels en zelfs gemengd in cosmetica als conserveermiddel.

De Gilbertson Group van de University of Pittsburgh Swanson School of Engineering gebruikte laboratoriumstammen van E coli om bacteriële resistentie tegen zilveren nanodeeltjes beter te begrijpen en te proberen het mogelijke misbruik van dit materiaal voor te zijn. Het team publiceerde onlangs hun resultaten in Natuur Nanotechnologie.

“Bacteriële resistentie tegen zilveren nanodeeltjes is onderbelicht, dus onze groep heeft gekeken naar de mechanismen achter deze gebeurtenis”, zegt Lisa Stabryla, hoofdauteur van het artikel en een recente civiele en milieu-Ph.D. afgestudeerd aan Pitt. “Dit is een veelbelovende innovatie om toe te voegen aan ons arsenaal aan antimicrobiële middelen, maar we moeten het bewust bestuderen en misschien het gebruik ervan reguleren om verminderde werkzaamheid te voorkomen, zoals we hebben gezien bij sommige veel voorkomende antibiotica.”

Stabryla blootgesteld E coli tot 20 opeenvolgende dagen van zilveren nanodeeltjes en bewaakte bacteriegroei in de tijd. Nanodeeltjes zijn ongeveer 50 keer kleiner dan een bacterie.

“In het begin konden bacteriën alleen overleven bij lage concentraties zilveren nanodeeltjes, maar naarmate het experiment vorderde, ontdekten we dat ze konden overleven bij hogere doses,” merkte Stabryla op. “Interessant is dat we ontdekten dat bacteriën resistentie ontwikkelden tegen de zilveren nanodeeltjes, maar niet alleen tegen hun vrijgekomen zilverionen.”

De groep sequeneerde het genoom van de E coli die was blootgesteld aan zilveren nanodeeltjes en een mutatie vond in een gen dat overeenkomt met een effluxpomp die zware metaalionen uit de cel duwt.

“Het is mogelijk dat er een of andere vorm van zilver in de cel komt, en wanneer het aankomt, muteert de cel om het er snel uit te pompen,” voegde ze eraan toe. “Er is meer werk nodig om te bepalen of onderzoekers dit resistentiemechanisme misschien kunnen overwinnen door middel van deeltjesontwerp.”

De groep bestudeerde vervolgens twee verschillende soorten E coli: een hyperbeweeglijke stam die sneller door zijn omgeving zwemt dan normaal beweeglijke bacteriën en een niet-beweeglijke stam die geen fysieke middelen heeft om zich te verplaatsen. Ze ontdekten dat alleen de hypermotiele stam resistentie ontwikkelde.

“Deze bevinding zou kunnen suggereren dat zilveren nanodeeltjes een goede optie kunnen zijn om bepaalde soorten bacteriën aan te pakken, met name niet-beweeglijke stammen,” zei Stabryla.

Uiteindelijk zullen bacteriën nog steeds een manier vinden om te evolueren en antimicrobiële stoffen te ontwijken. De hoop is dat een goed begrip van de mechanismen die tot deze evolutie leiden en een bewust gebruik van nieuwe antimicrobiële stoffen de impact van antimicrobiële resistentie zal verminderen.

“We zijn de eersten die kijken naar de effecten van bacteriële motiliteit op het vermogen om resistentie tegen zilveren nanodeeltjes te ontwikkelen”, zegt Leanne Gilbertson, assistent-professor civiele en milieutechniek bij Pitt. “Het waargenomen verschil is echt interessant en verdient verder onderzoek om het te begrijpen en hoe de genetische respons – de regulering van de effluxpomp – te koppelen aan het vermogen van de bacteriën om in het systeem te bewegen.

“De resultaten zijn veelbelovend omdat ze deeltjeseigenschappen kunnen afstemmen op een gewenste respons, zoals een hoge werkzaamheid terwijl resistentie wordt vermeden.”