Биофизики ведущих научных и учебных заведений России, в том числе МГУ, РУДН и ФНКЦ Федерального медико-биологического агентства, совместно построили компьютерную модель, которая показывает, как антисептики c электрически заряженными частицами влияют на бактериальную оболочку. Оказалось, что предыдущие представления о механизме действия антисептиков не вполне верны — сами по себе антисептики не разрушают мембрану бактерии, а только вызывают изменения в ее структуре. Это ослабляет бактерию и приводит к ее гибели под действием внешних факторов.

Результаты опубликованы в The Journal of Physical Chemistry.

Антисептики — препараты, которые нарушают внутренние процессы или внешние структуры патогенных микроорганизмов и тем самым приводят к их гибели. Например, спирт ломает важные строительные и регуляторные элементы бактерий и вирусов. Некоторые антисептики разрушают целостность бактериальной оболочки. Такие вещества эффективны против широкого спектра патогенных микроорганизмов, но конкретный механизм действия подобных антисептиков детально еще не изучен. Известны только общие особенности, например, что повреждения в оболочке бактерий получаются за счет того, что в молекулах антисептика есть электрически заряженные частицы.

Биофизики создали компьютерную модель бактериальной оболочки и выяснили, как именно эти антисептики разрушают бактерии. Результаты помогут справиться с устойчивостью микроорганизмов к антисептикам.

«Ряд микробных патогенов, особенно связанных с внутрибольничными инфекциями, проявляют устойчивость к антисептикам. Понимание физических основ взаимодействия антисептиков и микроорганизмов жизненно важно для их эффективного использования и разработки более эффективных соединений», — говорит доктор физико-математических наук Илья Коваленко, представитель программы 5–100 РУДН.

Биофизики построили модель бактериальной мембраны и «поместили» на нее молекулы четырех антисептиков — мирамистина, хлоргексидина, пиклоксидина и октенидина. Все они относятся к катионным антисептикам, то есть их молекулы несут положительный заряд. Предполагается, что он и разрушает мембрану бактерии. Однако, к удивлению исследователей, антисептики лишь незначительно изменили структуру мембраны, но не вызвали повреждения. Разрушения оболочки не происходило даже при увеличении концентрации антисептика с 1/24 до 1/4 по отношению к количеству липидов мембраны.

Разрушение мембраны произошло, только когда биофизики добавили в модель внешнее электрическое поле напряженностью 150 милливольт на нанометр. Мембрана начала перестраиваться, и вокруг молекул антисептика образовались поры. В эти изначально небольшие дырочки проникла вода — она расширила отверстия и «разодрала» мембрану. Такой эффект стал возможен благодаря тому, что около положительно заряженного антисептика мембрана стала тоньше — незаряженные молекулы мембраны стремились от него оттолкнуться. Неровность оболочки сделала ее уязвимее к внешним факторам и в конечном счете привела к гибели клетки.

«Мы исследовали взаимодействие нескольких заряженных антисептиков с модельной бактериальной мембраной и выяснили, что ключевым фактором формирования пор служат перестройки оболочки в обязательном присутствии электрического поля. Мы надеемся, что полученная модель поможет спрогнозировать влияние как известных, так и недавно открытых антисептиков на различные микроорганизмы», — поясняет Илья Коваленко.