Srebro i bakterie - efekt zombie

Przeciwbakteryjne działanie srebra było wykorzystywane przez ludzi w zamierzchłej przeszłości, choć nie znali zasady jego działania. Obecnie mimo dobrego rozpoznania tematu nauka wciąż okrywa niespodzianki. Udało się zaobserwować nieznany wcześniej mechanizm przy działaniu azotanu srebra, związku używanego w medycynie od ponad 100 lat. Bakterie zabite przez jony srebra same stają się jego magazynem, niszcząc przy kontakcie pozostałe przy życiu mikroby. Odkrycie pozwoli opracować skuteczniejsze i bardziej oszczędne środki przeciwbakteryjne. 

Obecnie wraz z rozwojem nanomateriałów i koniecznością ograniczania stosowania antybiotyków srebro wróciło do łask w medycynie. Moda dotarła też do produktów konsumenckich; środków czystości, przez szampony, kosmetyki po ubrania i powłoki sprzętów AGD. Choć w przypadku wielu produktów z półek sklepowych dużą rolę odgrywa marketing (nie dość, że "nano", to jeszcze srebro!). 

Równolegle trwają badania nie tylko nad nowymi materiałami i ich zastosowaniami, ale też mechanizmami ich działania. Srebro ma szczególne zastosowanie w powłokach o przedłużonym działaniu, które mogą uwalniać stopniowo kationy toksyczne dla bakterii. Jony srebra działają katalitycznie, blokując działanie kanałów błonowych łańcucha oddechowego, uszkadzają ścianę komórkową i denaturują białka enzymatyczne. Wiążą się z DNA, tworząc nierozplatany kompleks, co ostatecznie blokuje powielanie materiału genetycznego i podziały komórki. 

Badanie opublikowane w Scientific Reports naświetla zjawisko określone przez autorów jako "efekt zombie". Doświadczenie polegało na zabiciu kolonii Pseudomonas areuginosa (pałeczka ropy błękitnej, odpowiedzialna za zakażenia szpitalne i oporna na antybiotyki) za pomocą roztworu azotanu srebra.  Następnie żywe P.areuginosa zostały wystawione na działanie bakterii, wcześniej poddanych działaniu azotanu. Martwe bakterie wykazywały działanie bójcze na żywe, nawet jak wcześniej zostały poddane niewielkiemu stężenia jonów srebra. 

Równolegle przetestowano działanie roztworu, za pomocą którego zabito pierwszą partię bakterii. Do pewnego stężenia był on zauważalnie mniej skuteczny w działaniu bójczym, niż baterie przez niego zabite. Dzieje się tak dlatego, że w środowisku komórki jony srebra jest redukowane i wiązane, m.in. przez enzymy i cukry redukujące.

I rzeczywiście, po mikroskopem elektronowym w zabitych bateriach można było zobaczyć nanocząsteczki  (5-10 nm) metalicznego. Inaktywowane komórki się więc rezerwuarem srebra metalicznego i skompleksowanego, działając jak gąbka. Pochłaniają przy tym znacznie więcej metalu, niż jest wymagane do ich zabicia. Stan związania jest jednak odwracalny i w przypadku pojawienia się nowych miejsc do związania jonów (w tym wypadku żywych komórek) równowaga przesuwa przesuwa się w ich kierunku.

Nanocząsteczki srebra widoczne w P.areuginosa traktowanych azotanem srebra, TEM (Wakshlak i wsp., 2015)

Opisanie tego zjawiska według autorów na razie nie ma bezpośredniego przełożenia medycznego, jednak potwierdza słuszność stosowania powłok i związków o ciągłym, przedłużonym uwalnianiu jonów srebra. Sugeruje, że martwe bakterie mogą być bardzo przydatne i wzmacniać działanie bakteriobójcze i bakteriostatyczne, nawet przy stosunkowo niewielkich stężeniach kationów metalu. Efekt warto by wziąć pod uwagę, zanim do środka zawierającego srebro dodany zostanie detergent niszczący ściany komórkowe.

Oczywiście należy pamiętać, że srebro nie zlikwiduje wszystkich medycznych problemów świata. Co więcej, bakterie posiadają naturalne zdolności do radzenia sobie z różnymi metalami, w tym z toksycznym działaniem srebra. Przykładowo zaobserwowano adaptację powszechnie występujących w środowisku Bacillus sp. Prowadzone są badania w kierunku określenia potencjalnej szkodliwości i skutków nadmiernego uwalniania nanocząsteczek srebra do środowiska. 

opracowanie: Seweryn Frasiński

źródła:

R.B.-K. Wakshlak, R. Pedahzur, D. Avnir, Antibacterial activity of silver-killed bacteria: the “zombies” effect., Sci. Rep. 5 (2015) 9555. doi:10.1038/srep09555. 
C. Gunawan, W.Y. Teoh, C.P. Marquis, R. Amal, Induced adaptation of Bacillus sp. to antimicrobial nanosilver., Small. 9 (2013) 3554–60. doi:10.1002/smll.201300761.