Nanočástice stříbra byly považovány za zbraň č. 1 v boji s bakteriemi odolnými vůči antibiotikům. Vědci z přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého však upozorňují, že bakterie se systematicky adaptují i na nanomateriály včetně stříbra. Je to další facka vědě?

Nejde přitom o náhodné nebo přechodné jevy, ale o komplexní soubor obranných strategií, které se opakují napříč různými bakteriálními kmeny i typy nanočástic. Výsledek jejich práce publikoval časopis FEMS Microbiology Reviews.

Selský rozum

Impulzem k přehodnocení dosavadního pohledu na účinnost antimikrobiálních nanomateriálů byla kombinace dlouhodobého experimentálního výzkumu a základní biologické úvahy o evoluční schopnosti bakterií.

„Na jedné straně máme poznatky z dlouhodobého výzkumu nanostříbra, na straně druhé stojí od samého začátku naše intuitivní úvaha, že bakterie se na Zemi vyskytují již miliardy let a zatím se dokázaly adaptovat prakticky na jakékoliv nepříznivé prostředí,“ vysvětluje Libor Kvítek z katedry fyzikální chemie přírodovědecké fakulty.

Vědci se proto rozhodli ověřit, zda jsou bakterie schopny podobné adaptace i vůči tak silné antibakteriální látce, jakou jsou nanočástice stříbra, které navíc působí vícestupňovým mechanismem. „Domněnka, že se bakterie najednou přestanou adaptovat, by byla naivní.

Vypěstování odolnosti jsme proto do jisté míry očekávali. Skutečným překvapením pro nás byl ale způsob, jakým toho bakterie dosáhly,“ dodává jeho kolega Aleš Panáček.

První důkazy se objevily při experimentech s opakovaným vystavením bakterií účinkům nanostříbra. Bakterie nalezly překvapivě jednoduchý a velmi účinný obranný mechanismus. Namísto toho, aby čelily jednotlivým úrovním mechanismu samostatně, zneutralizovaly jej naráz jako celek.

Využily přitom slabinu koloidních nanočástic, která tkví v jejich tendenci ke shlukování a destabilizaci.

Adaptace, nikoli klasická rezistence

Mezi různými druhy bakterií se opakovaně objevují stejné adaptační strategie. Patří mezi ně zejména efluxní pumpy vypuzující toxické kovové ionty z buňky, nebo extracelulární bariéry, které umějí nanočástice zastavit ještě před jejich průnikem do buňky.

Bakterie se umějí bránit například i zesílením buněčné stěny nebo změnou tvaru buňky. A zatímco některé obranné principy – například efluxní pumpy či reakce na oxidační stres – jsou totožné s antibiotickou rezistencí, jiné jsou zcela specifické pouze pro nanomateriály.

„Bakterie jsou například schopny shlukovat a destabilizovat samotné nanočástice, čímž dochází ke ztrátě jejich antibakteriálního účinku. Právě práce s fyzikálně-chemickými vlastnostmi nanočástic představuje nový rozměr bakteriální adaptace, který u klasických antibiotik neexistuje,“ upozorňuje Lucie Suchánková.

Zda je adaptace na nanočástice stříbra dávno „osvojeným trikem“, nebo relativně novým jevem, však zůstává nadále otevřenou otázkou. Jisté je, že vícestupňové působení nanomateriálů není samo o sobě zárukou, že se bakterie nenaučí přežít i v těchto podmínkách.

Poznání je klíčové pro budoucí bezpečné a účinné využívání nanomateriálů v medicíně i dalších oblastech.

Vědci nakonec upozornili, že u nanomateriálů nelze přebírat pojmy známé z antibiotické léčby. Zavedený pojem „rezistence“ nemá u nanomateriálů stejný význam jako v případě antibiotik, a proto je vhodnější používat pojem adaptace.

Rozdíl mezi dočasnou tolerancí a dlouhodobou adaptací spočívá zejména v délce trvání zvýšené odolnosti a v přítomnosti genetických změn, které umožňují bakteriím přežívat i při opakovaném působení nanočástic.