Microbiologie in hapklare porties
Kleine krijgers: Strijd tussen nanodeeltjes en bacteriën
Dit artikel is geschreven door gast-auteur Sailee Tawade
Net zoals wij in een samenleving of een buurt leven, hebben bacteriën ook hun eigen buurt. Ik denk echter dat hun buren beter zijn dan de mijne. Wij hebben politie om ons en onze buurt veilig te houden, maar bacteriën kunnen zelf een beschermende laag creëren die we biofilm noemen (bacteriële politie). Stel je de biofilm voor als de slijmerige, stiekeme hangplek waar al deze probleemveroorzakers samenkomen om tegen ons te vechten. Deze biofilm is van groot medisch belang omdat hij de oorzaak is van veel infecties, waaronder urineweginfecties, chronische longinfecties bij patiënten met taaislijmziekte en middenoorontstekingen. Bovendien veroorzaken biofilms elk jaar een enorm economisch verlies voor de voedingsindustrie. Maar er is geen reden tot ongerustheid, de wetenschappers sturen hun leger van piepkleine strijders erop uit om het te bestrijden. Nanodeeltjes van zink, gewapend met hun microscopische capes, verpletteren deze microbiële aanval.
Staphylococcus aureus, Klebsiella oxytoca en Pseudomonas aeruginosa zijn de drie bacteriën die bovenaan de lijst van schadelijke biofilmvormende bacteriën staan. P. aeruginosa en K. oxytoca zijn gramnegatieve bacteriën. Ze worden geclassificeerd op basis van hun buitenste laag; deze laag bestaat uit peptidoglycaan. Gram-positieve bacteriën hebben een dikke peptidoglycaanlaag terwijl gram-negatieve bacteriën een dunnere laag hebben. Deze twee gramnegatieve bacteriën vertonen een hoge antibioticaresistentie, wat betekent dat ze ongevoelig zijn voor verschillende antibiotica. Hierdoor zijn ze moeilijk te behandelen en moeten er nieuwe technologieën worden ontwikkeld om ze kwijt te raken. Dit is waar onze kleine strijders in actie komen.
Behandelingen voor biofilm-gebaseerde infecties kunnen nanodeeltjes bevatten. Nanodeeltjes zijn minuscule moleculen die het blote oog niet kan zien. Ze worden gemeten in nanoschaal, die varieert van 10 tot 200 nm. De breedte van een haar is 80.000 nm, dus je kunt je wel voorstellen hoe klein deze vechtersbazen zijn! Door hun kleine formaat kunnen de deeltjes de bacteriën binnendringen en bestrijden.
In een recent onderzoek creëerden Rafael Bianchini en zijn team nanodeeltjes van zink als onze strijders tegen bacteriën. Er is voor zink gekozen omdat dit ook in de voedselindustrie kan worden gebruikt om microbieel bederf tegen te gaan. Ze hebben twee van deze zinkoxidedeeltjes gemaakt: zinksulfide (ZnS) en zinkoxide (ZnO). ZnO is een veelbelovend antimicrobieel middel en heeft ook schimmelwerende activiteiten. De vorm en grootte van nanodeeltjes spelen ook een belangrijke rol in hun activiteit. Daarom bestudeerden de auteurs ook de vorm en grootte van de deeltjes, waaruit bleek dat ZnS bestaat als kleinere kubusvormige structuren van 150 nm groot.
Wat nu?
Voordat we de biofilm aanvallen, dat wil zeggen voordat we onze strijders testen tegen de biofilm, moeten we weten wat de minimale hoeveelheid nanodeeltjes is die de bacteriën zal doden. Daarom bepalen we de minimale remmende concentratie (MIC) en minimale bactericide concentratie (MBC) voor ZnS en ZnO van de individuele bacteriën. Wat zijn dit? MIC is de kleinste hoeveelheid geneesmiddel of stof die nodig is om de groei van bacteriën te beperken, terwijl MBC de minimale concentratie is die de dood van bacteriën garandeert. Zodra de minimale concentraties van ZnO en ZnS bekend zijn, wordt de biofilm aangevallen. De nanodeeltjes dringen gemakkelijk de biofilm binnen door hun kleine omvang en vorm. Zodra ze de biofilm binnendringen, verstoren ze deze op verschillende manieren. Ze kunnen de biofilm bijvoorbeeld fysiek verstoren door deze af te breken of ze kunnen reactieve zuurstofsoorten (ROS) genereren die de biofilm verstoren. De afbeelding hieronder toont het verschil in de biofilm na wel of niet behandeld te zijn met de verschillende nanodeeltjes (ZnO en ZnS).
Uit dit onderzoek kunnen we concluderen dat deze nanodeeltjes in staat zijn om de bacteriële biofilm te bestrijden. Deze nanodeeltjes hebben nog een aantal andere eigenschappen: ze kunnen worden gebruikt voor het coaten van apparatuur in ziekenhuizen, zoals katheters, en ze kunnen ook worden gebruikt in de voedingsmiddelenindustrie om containers te coaten. Deze innovatieve aanpak voorkomt niet alleen dat bacteriën zich kunnen vermenigvuldigen, maar door ze te coaten op oppervlakken in de gezondheidszorg kan ook de levensvatbaarheid van bacteriën en virussen worden verminderd. Deze veelbelovende ontdekking kan de weg vrijmaken voor verbeterde hygiënenormen en een langere levensduur van verschillende materialen in de gezondheidszorg en de voedingsmiddelenindustrie. Al deze toepassingen maken nanodeeltjes tot de strijders tegen bacteriën en hun biofilm.
Link to the original post: Fulindi et al., Zinc-Based Nanoparticles Reduce Bacterial Biofilm Formation. Microbiology Spectrum, February 2023
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 
