Jakość
w trosce o bezpieczeństwo

PL
  1. PL
  2. EN
Home Edukacja Rękawice Mechanizm przeciwbakteryjnego działania serycyny
Edukacja

Mechanizm przeciwbakteryjnego działania serycyny

dr n.med. Katarzyna Majda

Skamex Sp. z o.o. sp.k.

 

Streszczenie

Serycyna jest proteiną jedwabną, której właściwości od lat wykorzystuje się w wielu dziedzinach, takich jak medycyna, przemysł tekstylny, kosmetologia i coraz częściej biotechnologia. Ze względu na udowodnione działanie antybakteryjne tego związku pochodzenia naturalnego, obiecujące wydaje się wykorzystanie serycyny w profilaktyce zakażeń. Najnowsze doniesienia naukowe wyjaśniają mechanizm działania serycyny, prowadzący w efekcie do śmierci komórki bakteryjnej.

 

Słowa kluczowe

serycyna ➧ działanie antybakteryjne ➧ mechanizm działania ➧ E. coli

 

Przeciwbakteryjne działania serycyny

WHO oraz światowe media alarmują, że nieuchronnie zbliżamy się do tzw. ery postantybiotykowej [1, 2, 3, 4]. W naszym otoczeniu jest coraz więcej bakterii, które stanowią szczególne zagrożenie ze względu na szybkie namnażanie się, wydzielanie toksyn i innych metabolitów, a przede wszystkim oporność na antybiotyki. Zakażenia pochodzenia bakteryjnego stały się zatem problemem społecznym. Jedyne co możemy w tej sytuacji zrobić, to zwiększyć nacisk na profi laktykę, która jest najtańszą i najskuteczniejszą metodą walki z zakażeniami.
Z powodu znacznych trudności ze zwalczaniem wszechobecnych drobnoustrojów za pomocą standardowej antybiotykoterapii coraz większą uwagę zwraca się na nowe związki przeciwbakteryjne pochodzenia naturalnego. W licznych projektach biomedycznych poszukuje się występujących w przyrodzie substancji, które nie wywoływałyby efektów ubocznych a jednocześnie cechowałaby je wysoka biokompatybilność, jak np. chitosan [5]. Często jednak problemem w powszechnym stosowaniu tego typu antybakteryjnych związków są trudności z ich otrzymywaniem, a także ich niska stabilność i słaba rozpuszczalność. Ze względu na liczne korzystne właściwości na uwagę zasługuje serycyna – związek przeciwbakteryjny pochodzenia naturalnego.

 

Serycyna

Serycyna jest białkiem otrzymywanym jako produkt uboczny w produkcji jedwabiu, a zawiera głównie serynę i kwas asparaginowy. Przewaga aminokwasów polarnych ma wpływ na wiązanie wody przez serycynę (właściwości higroskopijne) [6]. Sekwencja aminokwasów w serycynie przypomina budowę naturalnego czynnika nawilżającego (NMF – natural moisturising factor) występującego w zdrowej skórze. Podobnie w przypadku właściwości obu białek – serycyna tworzy powłokę zapobiegającą utracie wody [7].
Serycyna cieszy się coraz większym zainteresowaniem naukowców również ze względu na wyjątkową biokompatybilność. Brak immunogenności najprawdopodobniej wynika ze składu aminokwasowego białka (głównie aminokwasy endogenne) i jego właściwości przypominających proteiny naturalnie występujące w skórze i włosach. Ponadto liczne doniesienia potwierdzają, że serycyna ma silne powinowactwo do keratyny [8]. W kontakcie z uszkodzoną skórą serycyna ma właściwości przyspieszające regenerację. W badaniach klinicznych potwierdzono dużą skuteczność opatrunków z serycyną w leczeniu atopowego zapalenia skóry u dzieci [9]. Ze względu na doskonałe właściwości hydrofilowe hydrożel z serycyną wpływa na zmniejszenie uszkodzeń skóry i przyspiesza gojenie się ran, co uwidoczniono w analizie histopatologicznej [10].

 

Właściwości serycyny

Spośród licznych właściwości serycyny wymienić należy również udowodnione korzystne działanie antyoksydacyjne, przeciwnowotworowe oraz ochronę przed promieniowaniem UV. Niezmiernie interesujące jest również działanie przeciwbakteryjne, co czyni tę skleroproteinę jedwabną pożądanym biopolimerem. Właściwości serycyny są nie tylko poddawane licznym badaniom, ale już wykorzystywane w takich dziedzinach, jak na przykład biotechnologia, medycyna, kosmetologia, przemysł tekstylny (rękawiczki medyczne).

rękawiczki z serycyną >

rękawiczki nitrylowe >

 

Działanie przeciwbakteryjne serycyny

Właściwości przeciwbakteryjne serycyny zostały potwierdzone licznymi badaniami, których wyniki są powszechnie wykorzystywane. W opublikowanej w 2002 roku pracy Zhang udowodnił, że serycyna jako związek antybakteryjny może być używana do produkcji materiałów o udoskonalonych właściwościach [11]. W 2003 roku Sarovart i wsp. przygotowali antybakteryjne włókno poliestrowe pokryte serycyną, skutecznie stosowane w filtrach do zanieczyszczonego powietrza [12].

Działanie przeciwbakteryjne serycyny, rękawiczki nitrylowe z serycynąDziałanie przeciwbakteryjne serycyny, Obrazy z mikroskopu elektronowego pałeczek E. coli

Ryc. 1. Obrazy z mikroskopu elektronowego pałeczek E. coli: (a) hodowli kontrolnej, (b) hodowli po zastosowaniu serycyny [10].

 

Działanie serycyny

W 2009 roku Senakoon i wsp. potwierdzili przeciwbakteryjne działanie serycyny na modelach komórkowych bakterii E. coli i S. aureus [13]. W 2010 roku Jassim i wsp. potwierdzili, że włókna bawełniane pokryte roztworem serycyny poza 5-krotnie podwyższoną wytrzymałością w porównaniu z kontrolą wykazują zahamowanie wzrostu Micrococcus luteus [14]. Pomimo szeroko potwierdzonej aktywności przeciwbakteryjnej serycyny mechanizm działania, wpływ na kształt komórek bakteryjnych oraz zakres interakcji wciąż wymagały dodatkowych badań. Przełomowe okazały się wyniki badania Xue i wsp., opublikowane w 2016 roku; badacze opisali m.in. mechanizm działania antybakteryjnego serycyny [10]. Mechanizm antybakteryjnego działania serycyny Xue i wsp. analizowali zmiany morfologiczne i strukturalne komórek bakteryjnych, wynikające z interakcji pomiędzy serycyną a komórkami E. coli – modelem bakterii Gram(–). 

Obrazy z elektronowego mikroskopu transmisyjnego pałeczek E. coli

Ryc. 2. Obrazy z elektronowego mikroskopu transmisyjnego pałeczek E. coli: (a) hodowli kontrolnej, (b) hodowli po zastosowaniu serycyny [10].

 

Ocena przeciwbakteryjnego działania serycyny

Oceny działania przeciwbakteryjnego dokonano na podstawie zahamowania powstawania kolonii E. coli na podłożu agarowym. W hodowli płytkowej w obecności serycyny po 24 godzinach inkubacji w 37oC zaobserwowano nawet 93% redukcję liczby kolonii E. coli. Wpływ serycyny na kształt i rozmiar komórek E. coli oceniono na podstawie badań mikroskopowych. Wstępne badania z użyciem mikroskopu fl orescencyjnego przy wybarwieniu komórek oranżem akrydyny potwierdziły zaburzenia wzrostu komórek bakteryjnych. Techniki z wykorzystaniem mikroskopii elektronowej wykazały dokładny rodzaj interakcji. Serycyna powodowała powstawanie pęcherzyków błonowych bakterii w wyniku adhezji cząstek serycyny do błon komórek bakteryjnych lub indukcji podobnej do działania antybiotyków. Wykazano zatem jednoznacznie, że serycyna powoduje zniekształcenie i uszkodzenie struktury komórek bakteryjnych (ryc. 1). Badania z zastosowaniem elektronowego mikroskopu transmisyjnego wykazały, że po ekspozycji E. coli na serycynę na powierzchni komórki pojawiają się pęcherzyki, cytoplazma ulega obkurczeniu i zacierają się granice błon (ryc. 2). Uzyskane obrazy potwierdzają, że serycyna nie tylko prowadzi do zniekształcenia komórek, ale również do ich trwałej deformacji.

Rękawiczki nitryloweRękawiczki nitrylowe Sempercare Greenrękawiczki nitrylowe diagnostyczne Sempercare SilkRękawiczki nitrylowe diagnostyczne Nitrile.

 

Interakcja między serycyną, a komórkami E. coli

Schemat interakcji pomiędzy serycyną, a komórkami E. coli.

Ryc. 3. Schemat interakcji pomiędzy serycyną, a komórkami E. coli.

Ponadto oceniono przepuszczalność błon bakteryjnych na podstawie zmian w przewodnictwie elektrycznym błon i stężeniu cukrów. Badania potwierdziły, że w wyniku zastosowania serycyny doszło do zmniejszenia integralności błon komórkowych i co najmniej częściowego zablokowania metabolizmu komórek bakteryjnych w hodowli E. coli. W pracy Xue i wsp. dokonano także elektroforetycznej oceny poziomu ekspresji białek w hodowli E. coli techniką SDS-PAGE. Udowodniono zmniejszenie się poziomu białek bakteryjnych w komórkach hodowanych w obecności serycyny. Powyższe wyniki wskazują na to, że serycyna nie tylko wpływa na integralność błon komórek bakteryjnych, powodując przenikanie składników komórkowych na zewnątrz, lecz również zaburza wewnątrzkomórkową homeostazę. Tak istotne zaburzenie funkcji życiowych w rezultacie prowadzi do śmierci komórek bakterii (ryc. 4).

 

Mechanizm działania bakteriobójczego serycyny

Mechanizm działania bakteriobójczego serycyny.stosowanie w rękawiczkach medycznych

Ryc. 4. Mechanizm działania bakteriobójczego serycyny.

 

Podsumowanie

Z uwagi na narastający problem zakażeń wciąż poszukuje się nowych związków pochodzenia naturalnego, mogących pomóc w walce z zakażeniami. Takim związkiem jest serycyna mająca szerokie korzystne działanie, w tym przeciwbakteryjne. W 2016 roku dzięki publikacji Xue i wsp. bliżej poznano mechanizm działania bakteriobójczego serycyny. Hipoalergiczność serycyny ułatwia jej zastosowanie w prewencji zakażeń. Spośród działań profi laktycznych prowadzonych w placówkach opieki zdrowotnej szczególnie ważna jest higiena rąk, ponieważ najwięcej drobnoustrojów jest przenoszonych przez ręce. Należy podkreślić, że oprócz skutecznej, prawidłowo wykonywanej higieny rąk niezwykle istotne jest zachowanie zdrowej bariery skórnej. Według licznych badań uszkodzona skóra przenosi nawet 2–3 razy więcej drobnoustrojów [15, 16, 17]. Obecnie personel medyczny w ramach profilaktyki zakażeń ma możliwość stosowania rękawic z wewnętrzną powłoką z serycyną. Rękawice nitrylowe te nie tylko poprawiają kondycję skóry dłoni użytkownika, przyspieszają gojenie widocznych uszkodzeń i podrażnień, umożliwiają zachowanie bariery skórnej, lecz również dzięki udowodnionemu działaniu bakteriobójczemu wspomagają procedury dezynfekcji i mogą wpłynąć na zmniejszenie się liczby drobnoustrojów w środowisku. 

 

Piśmiennictwo:

  1. Antimicrobial resistance: global report on surveillance. World Health Organization 2014
  2. forbes.com/sites/quora/2016/06/14/the-myth-of-the-post-antibiotic--era/#7ec1d6dc6fa8
  3. Rękawice najnowszej generacji w prewencji zakażeń szpitalnych"