Cristale activate de lumină distrug molecule asemănătoare ADN-ului în apă, cu potențial de a limita rezistența la antibiotice
Cercetătorii au dezvoltat o nouă abordare prin care apa obișnuită poate fi transformată într-o armă împotriva bacteriilor rezistente la antibiotice, potrivit unui studiu publicat în revista Chem Catalysis. Metoda se bazează pe un tip nou de cristale din dioxid de titan, care transformă moleculele obișnuite de oxigen din apă într-o formă cunoscută sub numele de oxigen „singlet”.
Oxigenul singlet este aproape identic cu gazul din aerul pe care îl respirăm, cunoscut ca oxigen „triplet”, dar este mult mai reactiv din punct de vedere chimic. Această proprietate îi permite să identifice și să atace fragmente de ADN bacterian care plutesc în apă.
Cercetătorii își imaginează că această abordare ar putea ajuta, într-o zi, orașele să trateze sursele de apă, împiedicând bacteriile rezistente la antibiotice să ajungă la robinetul de la bucătărie. „Spre deosebire de metodele convenționale de dezinfecție care pot necesita adăugarea continuă de oxidanți chimici, acest sistem folosește oxigenul disponibil în mod natural în mediu pentru a dezinfecta apa”, a declarat coautorul Xinjian Shi, de la Universitatea Henan din China.
Problema ADN-ului rămas după dezinfecție
Studiul abordează o problemă tot mai amplă la nivel mondial: în ultimele decenii, bacteriile și alți agenți patogeni au dezvoltat rezistență la medicamentele comune, precum antibioticele, într-un ritm alarmant. Oamenii de știință au experimentat diverse metode de eliminare a acestor microbieni, inclusiv expunerea apei la lumină ultravioletă intensă. Însă aceste tehnici au un dezavantaj major: elimină bacteriile, dar lasă în urmă ceva potențial la fel de periculos – ADN-ul acestora.
„Persistența acestui material genetic reprezintă o preocupare de mediu, deoarece ADN-ul extracelular poate fi preluat de alte microorganisme, ceea ce poate duce la răspândirea rezistenței la antibiotice”, a explicat coautoarea Boxia Liu, de la Universitatea Minzu de Nord din China.
Defectele cristalelor activează oxigenul
Pentru a soluționa aceste provocări, cercetătorii au decis să vizeze nu doar bacteriile, ci și genele acestora, proiectând cristale specializate de dioxid de titan. Cristalele conțin defecte minuscule, sau „lacune de oxigen”, asemănătoare într-o oarecare măsură cu adânciturile de pe o minge de golf. Când cercetătorii au luminat cristalele, au observat că moleculele obișnuite de oxigen au interacționat cu aceste situri defecte. Cristalele au catalizat apoi o serie de reacții chimice care au transformat rapid oxigenul triplet în oxigen singlet, care există în natură, dar este mult mai rar decât oxigenul triplet.
„Defectele catalizatorului nu ar trebui considerate pur și simplu imperfecțiuni într-o structură de material”, a declarat coautorul Zhi Song, de la Universitatea Minzu de Nord. „Când sunt inginerite corespunzător, defectele pot regla activ modul în care moleculele interacționează cu suprafețele catalizatorului și pot determina căile prin care se desfășoară reacțiile chimice.”
Oxigenul singlet are o tendință puternică de a prelua electroni din mediul înconjurător. Drept urmare, moleculele de oxigen singlet sunt atrase de alte molecule bogate în electroni, inclusiv de perechile de baze din ADN. Când oxigenul singlet întâlnește ADN-ul, smulge electroni de la aceste perechi de baze, o reacție cunoscută sub numele de oxidare. În acest proces, perechile de baze sunt tăiate în două, distrugând informația genetică conținută în ADN.
Rezultate promițătoare, cu întrebări de siguranță în perspectivă
Cercetătorii au testat acest concept într-o serie de experimente. Au adăugat molecule similare ADN-ului în apă, alături de catalizatorii lor din dioxid de titan. Catalizatorii au degradat complet moleculele similare ADN-ului.
Echipa speră că această metodă ar putea ajuta la combaterea răspândirii genelor de rezistență la antibiotice la scară largă, dar mai este nevoie de multă muncă înainte ca aceste cristale să ajungă în instalațiile de tratare a apei. Oamenii de știință vor trebui, de exemplu, să evalueze siguranța acestei tehnologii pentru mediu și pentru oameni. Însă, deoarece sistemul activează oxigenul într-un mod controlat, ar putea fi mai sigur decât alte tehnologii care necesită adăugarea constantă de oxidanți chimici în apă.
