Memanfaatkan reaksi geokimia alami untuk memerangi resistensi antibiotik

Antibiotik telah memungkinkan kontrol luas dari infeksi bakteri, yang telah menjadi penyebab utama kematian secara historis. Namun, penggunaan antibiotik tradisional yang berlebihan pada manusia dan hewan mengakibatkan munculnya strain bakteri yang lebih kuat dan lebih kuat yang tidak lagi dapat diobati dengan antibiotik konvensional.

Peneliti di Laboratorium Nasional Lawrence Livermore (LLNL) sedang menjajaki pilihan pengobatan alternatif ketika antibiotik gagal. Deposit tanah liat tertentu yang terjadi secara alami telah terbukti mengandung sifat antimikroba dan membunuh bakteri yang resisten terhadap antibiotik. Tanah liat ini telah diusulkan sebagai paradigma baru untuk memerangi efek yang berpotensi merusak dari era pasca-antibiotik. Terlepas dari efektivitasnya, tanah liat yang terbentuk secara alami ini, dengan sifat heterogen yang melekat, menunjukkan efektivitas antibakteri yang bervariasi dan sintesis mineral dengan aktivitas antibakteri yang dapat direproduksi diperlukan untuk memanfaatkan nilai terapeutiknya. Penelitian tersebut muncul di Laporan Ilmiah Alam.

Patogen yang resisten antibiotik diperkirakan menyebabkan 10 juta kematian tahunan di seluruh dunia pada tahun 2050. AS saat ini menghabiskan $20 miliar per tahun untuk mengobati lebih dari 2 juta infeksi resisten antibiotik yang dapat bertahan bahkan dari antibiotik yang paling kuat sekalipun. Akibatnya, pendekatan kami terhadap obat-obatan dan pertanian akan membutuhkan perubahan signifikan untuk berhasil mempertahankan tingkat perawatan kesehatan dan ketahanan pangan saat ini.

Sebuah tim ahli geokimia LLNL, ahli biologi sel dan ahli mikrobiologi berangkat untuk menghasilkan versi sintetis sepenuhnya dari mineral antibakteri alami, sambil mengendalikan kemurnian dan reaktivitas senyawa. Mineral yang terkait dengan aktivitas antibakteri sampel alami adalah mineral lempung smektit dan besi (Fe)-sulfida (pirit). Tim peneliti yang dipimpin oleh Keith Morrison menggunakan reaktor hidrotermal untuk mensintesis anggota akhir mineral murni kimia yang memiliki ukuran partikel, muatan permukaan, dan reaktivitas sampel alami yang benar. Dalam melakukan ini, mereka mengatasi variabilitas dalam reaktivitas sampel alami dan mampu menciptakan dosis yang dapat direproduksi.

Mineral antibakteri sintetis diuji terhadap patogen ESKAPE: Enterococcus faecium, Stafilokokus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumanii, Pseudomonas aeruginosa dan Enterobakter, yang mewakili kelompok patogen manusia yang paling umum yang “melarikan diri” dari efek antibiotik dalam pengaturan klinis.

“Hasil kami menunjukkan bahwa bakteri patogen dapat dibunuh oleh tanah liat sintetis hanya dalam waktu satu jam tergantung pada dosisnya.” kata Morrison.

Formulasi mineral sintetik bekerja dengan membentuk siklus geokimia antara Fe, smektit dan pirit. Siklus ini menghasilkan pelepasan Fe . yang berkelanjutan²⁺, hidrogen peroksida dan radikal hidroksil yang dititrasi secara perlahan ke dalam larutan untuk membunuh bakteri patogen. Pendekatan ini berbeda dari penerapan logam saja, yang membutuhkan konsentrasi yang lebih tinggi untuk menjadi bakterisida dan mempertahankan logam terlarut.

Penelitian ini juga menyelidiki efek mineral antibakteri pada sel fibroblas mamalia. Ahli biologi LLNL Kelly Martin menemukan bahwa sel fibroblas mengalami toksisitas awal dan penurunan viabilitas. Namun, sel fibroblas mampu beregenerasi ketika mineral antibakteri dikeluarkan dari kultur sel.

“Hasil ini sangat menjanjikan dan menunjukkan bahwa sel mamalia mungkin mengalami toksisitas minimal saat patogen yang menyerang terbunuh,” katanya.

Ilmuwan Livermore lainnya yang terlibat dalam penelitian ini termasuk Josh Wimpenny dan Gaby Loots. Pekerjaan ini didanai oleh program Penelitian dan Pengembangan yang Disutradarai Laboratorium LLNL dan penghargaan Kantor Inovasi dan Kemitraan.

Sumber: PNNL