פעילות אנטיביוטית השתנתה על ידי אינטראקציה עם ננופלסטיקה, כך עולה ממחקר חדש

מחקר מגלה שננו-פלסטיק יכול להפחית את יעילות האנטיביוטיקה ולקדם עמידות על ידי יצירת אגרגטים יציבים עם תרופות.

מחקר: לספיחת תרופות על ננו-פלסטיק יש השלכות ביולוגיות חמורותct. קרדיט תמונה: AlexandrMusuc/Shutterstock.com

במחקר שפורסם לאחרונה ב-Scientific Reports, חוקרים דיווחו כי לספיחת תרופות על מיקרו-ננו-פלסטיק (MNPs) יש השלכות חמורות.

מָבוֹא

פירוק פלסטי גורם להיווצרות חלקיקים בעלי צורות, גדלים והרכבים מגוונים. מחקרים מראים שהשברים הללו בגודל מיקרו וננו, כלומר MNPs, נמצאים בסביבה וחודרים לגוף האדם, אפילו לתאים.

MNPs יכולים לספוג חומרים שונים ולמסור אותם לאורגניזמים חיים. משבשי אנדוקריניים הם בין התרכובות החודרות לצורות חיים ומעוררות השפעות רעילות.

שאריות תרופות בשפכים עלולות לחדור לגוף האדם והחי, ולגרום לשינויים פיזיולוגיים. זה מדאיג במיוחד במקרה של חומרים אנטי-מיקרוביאליים; חיידקים הנחשפים לתרכובות אלו עלולים לפתח עמידות.

יתר על כן, שפע הגנים העמידות גדל עקב שימוש אנתרופוגני מתמשך (או שימוש לרעה) בתרופות אנטי-מיקרוביאליות. חוץ מזה, MNPs מספקים משטח לחיידקים להתיישב, ומשמשים כווקטורים להעברה.

לגבי המחקר

במחקר הנוכחי, החוקרים העריכו את האינטראקציות של טטרציקלין (TC), אנטיביוטיקה רחבת טווח, עם ננופלסטיקה והאם הפעילות הביולוגית שלה משתנה.

נבחרו ארבעה סוגי פלסטיק: פוליסטירן (PS), פוליאתילן (PE), ניילון 6,6 (N66) ופוליפרופילן (PP); אלה כונו מעתה כ-NPs במקום MNPs מכיוון שגודלם לא עלה על הננו. שתי גישות הופעלו ליצירת מתחמי TC-NP באמצעות חישוב כימי.

ראשית, ה-NP היה מקופל משרשרות פולימר בודדות בנוכחות TC באמצעות מערכי חישול מדומה (SA). בגישה השנייה, שיטת החלקיקים החופשיים (FP), ה-NP היה מקופל מראש דרך SA, ו-TC הונח על פני השטח שלו בכיוונים שונים.

כל הקונפורמציות עברו אופטימיזציה של גיאומטריה. בנוסף, בוצעו חישובים כימיים קוונטיים חצי אמפיריים, ואנרגיות ספיגה ואופני קשירה נגזרו מחישובים אלו.

שתי הדמיות דינמיקה מולקולרית בוצעו עבור כל NP כדי לנתח את התנהגות הפתרון והשפעת הטמפרטורה של אגרגטים TC-NP.

לבסוף, החוקרים העריכו את ההשפעות של חלקיקי פלסטיק (PE terephthalate (PET), PS או PE) על הפעילות של TC בקווי תאים של עכברים ובני אדם, שבהם הביטוי של חלבון מדווח פלואורסצנטי היה מווסת על ידי TC מבוקר. מְקַדֵם.

ממצאים

גישות ה-FP וה-SA יצרו 104 אגרגטים עבור כל NP. סך האנרגיות היחסיות של המבנים היו משתנות. נתוני FP התפזרו פחות מאחר שהאגרגטים הקונפורמיים הללו השתנו אך ורק במבנה פני השטח שלהם. הפיזור היה הנמוך ביותר עבור PE אך הגבוה ביותר עבור PS ו-PP.

הקיפול מחדש של מתחמי TC-NP בשיטת SA אפשר להתאים את שרשראות הפולימר ל-TC ובחירת הקונפורמציה הטובה ביותר האפשרית כדי למקסם את הסכום של יחסי הגומלין בין NP-TC ו-NP-NP.

שיטת FP הניבה מבנים פחות יציבים במידה ניכרת בהשוואה לגישת SA. בסך הכל, גישת ה-SA תפקדה טוב יותר משיטת ה-FP.

ב-PE, הצד הפחות קוטבי של TC היה מחובר ל-NP, וקבוצות ההידרוקסיל, האמיד והקרבוניל הופנו לכיוון הממס המימי. לעומת זאת, ב-N66, יישור TC היה הפוך, והאינטראקציות הקוטביות-קוטביות בין TC ל-N66 היו חזקות יותר מהפתרון שלהן.

בשיטת SA, TC היה לעתים קרובות בתוך ה-NP, קבור מתחת לשרשראות הפולימר. יתר על כן, הדמיות דינמיקה מולקולרית של שני מבני TC-NP של כל פלסטיק במים גילו הבדלים משמעותיים בניידות של שרשראות NP.

שרשראות PS היו הכי פחות ניידות, עם הקבוצות הפונקציונליות הגדולות ביותר מחוברות לעמוד השדרה הפוליאולפין שלהן שעשויות לספק מכשול סטרי או חיכוך.

כמו כן, תנועת ה-N66 הופחתה גם בגלל קשרי המימן החזקים בין קבוצות האמיד. הסידור מחדש של PP היה מדהים, עם סטיות גדולות כמעט פי שניים מהמבנים ההתחלתיים, מה שמרמז שהוא יכול לארגן מחדש מספיק כדי להכיל את TC בפנים.

יתר על כן, TC התפזר באופן משמעותי על החלק העליון של חלקיקי N66 ו-PP. בעוד TC התנתק מ-PS במהלך שיווי המשקל, הוא התחבר מחדש עם הזמן.

בסימולציות שמתחילות ב-TC על פני השטח של NPs, מספר קשרי המימן היה גבוה, עם אתרי מקבלי ותרומים רבים של קשרי מימן תפוסים במולקולת מים.

לעומת זאת, היו הבדלים משמעותיים בסימולציות שהחלו ב-TC בתוך ה-NPs. PS ו-N66 שמרו בתוכם את מולקולת התרופה; ככזה, אתרי קשר המימן של TC לא היו נגישים למולקולות מים.

יתר על כן, אתרי קשרי מימן N66 יכולים לקיים אינטראקציה עם TC; לפיכך, הם מתחרים עם מים על האנטיביוטיקה. עבור PP ו-PE, מספר קשרי המימן בין TC למים היה גבוה, בדומה לאלו בסימולציות עם TC על פני השטח של NPs.

לבסוף, דגירת תאים עם PS, PE או PET הפחיתה באופן משמעותי את הביטוי המושרה על ידי TC של חלבון הדיווח הפלורסצנטי בשתי שורות התאים.

מסקנות

יחד, המחקר חקר את האינטראקציות של NPs עם TC. קיפול ה-NPs בנוכחות TC הביא למבנים בעלי אנרגיה גבוהה, מה שאיפשר כיוון מחדש והתאמת שרשראות פולימר לתרופה. שיטת SA הניבה את מתחמי TC-NP היציבים ביותר. יתר על כן, TC היה ממוקם לעתים קרובות יותר בתוך ה-NPs.

לְקַדֵם, בַּמַבחֵנָה ניסויים הראו כי ההשפעה של TC הופחתה באופן משמעותי בנוכחות פלסטיק. בסך הכל, הממצאים מצביעים על כך ש-MNPs מהווים סיכונים בריאותיים משמעותיים, שכן הם עשויים לשנות את ספיגת התרופות, להקל על הובלת תרופות למיקומים חדשים, ולהגדיל את הריכוזים המקומיים של האנטיביוטיקה, העלולים לקדם עמידות.