Aktywność antybiotyków zmieniona przez interakcję z nanoplastikami

Najnowsze badanie opublikowane w czasopiśmie Scientific Reports wykazało, że adsorpcja antybiotyków na mikroplastiku i nanoplastiku (MNP) prowadzi do poważnych konsekwencji zdrowotnych.

Rozpad plastiku powoduje powstawanie cząstek o różnych kształtach, rozmiarach i składach. Te mikroskopijne cząstki, znane jako mikroplastiki i nanoplastiki (MNP), są obecne w środowisku i mogą przenikać do ludzkiego ciała, w tym komórek.

MNP mogą adsorbować różne substancje, w tym pozostałości leków, co prowadzi do zmian fizjologicznych w organizmie. Sytuacja z antybiotykami jest szczególnie alarmująca, ponieważ wpływ na bakterie może przyczyniać się do rozwoju oporności. Ponadto MNP zapewniają powierzchnię do kolonizacji drobnoustrojów, działając jako wektory do ich transmisji.

Naukowcy badali interakcję antybiotyku tetracykliny (TC) z nanoplastikami i ich wpływ na aktywność biologiczną antybiotyku.

Do eksperymentu wybrano cztery rodzaje plastiku:

• Polistyren (PS)
• Polietylen (PE)
• Nylon 6.6 (N66)
• Polipropylen (PP)

Do stworzenia kompleksów TC-NP zastosowano dwa podejścia:

1. Metoda sekwencyjnego wyżarzania (SA): Tworzywo sztuczne formowano w obecności TC, co pozwoliło na maksymalną adaptację łańcuchów polimerowych do cząsteczki antybiotyku.
2. Metoda swobodnych cząstek (FP): Tworzywo sztuczne zostało wstępnie uformowane, a TC umieszczono na jego powierzchni w różnych orientacjach.

Następnie przeprowadzono symulacje mające na celu ocenę stabilności kompleksów, a także ich wpływu na aktywność antybiotyczną w hodowlach komórkowych.

Kluczowe wyniki

1. Tworzenie kompleksów:

   • Metoda SA wykazała większą stabilność kompleksów niż FP. Tetracyklina częściej była znajdowana wewnątrz nanoplastików.
   • Oddziaływania polarne między TC i N66 były silniejsze niż jego rozpuszczalność w wodzie, co skutkowało powstaniem silnych wiązań.

2. Dynamika molekularna:

   • Łańcuchy polimerowe PS i N66 poruszały się w mniejszym stopniu dzięki wiązaniom sterycznym i wodorowym. PP wykazał dużą ruchliwość, co pozwoliło TC wniknąć w strukturę.
   • W niektórych przypadkach, na przykład w przypadku PS, cząsteczka TC ponownie przyczepiła się do powierzchni po początkowym odłączeniu.

3. Eksperymenty na kulturach komórkowych:

   • Obecność nanoplastików (PS, PE, PET) znacząco zmniejszyła aktywność TC, co zostało potwierdzone spadkiem poziomu ekspresji białka fluorescencyjnego w komórkach.

4. Potencjalne zagrożenia:
   Nanoplastik zaburza wchłanianie antybiotyków, transportując je do nowych miejsc i zwiększając ich lokalne stężenie, co może przyczynić się do rozwoju oporności bakterii.

Wnioski

Wyniki badania potwierdzają, że interakcja nanoplastiku z antybiotykami ma istotny wpływ na jego aktywność biologiczną:

• Problemy z wchłanianiem: Nanoplastik może zmieniać farmakokinetykę leków.
• Stymulacja oporności: Lokalne zwiększenie stężenia antybiotyku w środowisku bakteryjnym może sprzyjać rozwojowi oporności.

Badanie to podkreśla potrzebę dalszych badań nad wpływem MNP na zdrowie człowieka i opracowania środków mających na celu ograniczenie tego oddziaływania.