Команда исследователей работала под руководством Наньянского технологического университета Сингапура (NTU Singapore) в сотрудничестве с Междисциплинарной исследовательской группой по устойчивости к противомикробным препаратам (AMR) Альянса по исследованиям и технологиям Сингапура и Массачусетского технологического института (SMART), исследовательского центра Массачусетского технологического института (MIT) в Сингапуре. Результаты их работы опубликованы в журнале Nature Communications.
В ходе предварительных испытаний на ферме новые антимикробные соединения наносились на соски коров и, как было показано, предотвращали инфицирование вымени после того, как животные подвергались воздействию бактерий.
«Наше исследование выявило альтернативный класс мощных противомикробных соединений, которые можно использовать в сельском хозяйстве для борьбы с устойчивыми к множеству лекарственных препаратов бактериями, вызывающими мастит у крупного рогатого скота», — сказала профессор Мэри Чан, один из соруководителей исследования из Школы химии, химической инженерии и биотехнологии NTU Singapore и Медицинской школы Lee Kong Chian, а также главный исследователь SMART AMR.
Эти соединения также являются многообещающими, поскольку в ходе испытаний они не вызвали серьёзных побочных эффектов у крупного рогатого скота. Они не испортили коровье молоко и не сделали его небезопасным для употребления в пищу.
Новые препараты уже привлекли внимание ряда сельскохозяйственных компаний Австралии, Бельгии, Малайзии и Новой Зеландии. Они заинтересованы в поиске более безопасных и экологичных заменителей, чем существующие препараты, для предотвращения инфицирования коровьих сосков.
Профессор Паула Хаммонд, профессор института и исполнительный вице-проректор Массачусетского технологического института, а также главный исследователь SMART AMR, которая является одним из соавторов исследования, отметила: «Учитывая успех нашего первоначального исследования как в лабораторных, так и в полевых условиях, мы теперь планируем тесно сотрудничать с отраслевыми партнерами для расширения масштабов и проведения более масштабных испытаний на молочном скоте с целью коммерциализации новых антимикробных соединений».
Профессор Кевин Пит, другой соруководитель исследования из Медицинской школы Ли Конг Чиан при NTU и главный исследователь SMART AMR, добавил, что новые соединения также очень эффективны в уничтожении полирезистентных бактерий у мышей в дозах, которые не оказывают заметного вреда для грызунов, исследованных группой. «Это открывает путь для дальнейшей разработки и оптимизации соединений для других терапевтических применений в области биомедицины в будущем», — сказал он.
При инфицировании вымени крупного рогатого скота антибиотики, используемые для лечения, часто в течение некоторого времени оказываются в молоке в высокой концентрации, поэтому молоко нельзя употреблять или продавать в соответствии с действующими правилами. Также появились бактерии, устойчивые к таким антибиотикам.
Чтобы предотвратить инфицирование сосков коров, фермеры обычно обрабатывают вымя антисептическим раствором, например, содержащим йод или хлоргексидин, чтобы уничтожить бактерии. Однако длительное использование дезинфицирующих средств может вызвать раздражение вымени или растрескивание кожи, что повышает риск инфицирования.
Ученые считают, что эти проблемы в молочном бизнесе можно решить с помощью новых соединений, называемых «олигоимидазолиевые карбоновые кислоты» (oligoimidazolium carbon acids" (OIMs)), которые они изначально разработали в качестве альтернативы для борьбы с бактериями, устойчивыми к антибиотикам.
Эти соединения убивают бактерии новым способом, в отличие от традиционных «катионных» антимикробных препаратов, и сейчас изучаются как заменители антибиотиков. Часть OIMs преобразуется в структуры, называемые карбенами, которые позволяют им быстро проникать сквозь защитные мембраны бактерий, повреждая их ДНК и убивая их. Этот метод уничтожения более эффективен, чем у типичных катионных антимикробных препаратов. Поэтому требуются более низкие дозы OIMs, что снижает вероятность побочных эффектов.
Исследовательская группа проверила возможность использования OIMs в качестве антисептического раствора для профилактики мастита у коров в ходе предварительного фермерского эксперимента, проведенного под руководством SMART AMR. У коров, соски которых обрабатывались этими составами, со временем не развивалась инфекция вымени после контакта с бактериями.
Кроме того, соединения не раздражали вымя коров и не вызывали у них аномального поведения, например, они не проявляли беспокойства и не брыкались, что является признаком зуда и раздражения. Соединения легко смывались, поскольку после обработки сосков их следов на вымени и в молоке коров не обнаружено. У них также есть преимущество с точки зрения устойчивого развития. «Эти соединения биоразлагаемы и распадаются на природные молекулы, которые не являются ни токсичными, ни загрязняющими окружающую среду, поэтому мы ожидаем, что они будут более экологичными, чем йод или хлоргексидин», — пояснил доктор Кайси Чжан, научный сотрудник SMART AMR и соавтор исследования. Испытания показали, что OIMs не влияют на качество молока.
Ученые занимаются коммерциализацией OIMs через отдельную компанию, а в Малакке (Малайзия) уже начались масштабные сельскохозяйственные испытания для оптимизации антимикробных соединений, так как молочная промышленность активно ищет новые соединения, которые смогли бы заменить существующие препараты на основе йода и хлоргексидина, десятилетиями использовавшиеся для профилактики мастита у коров.
Источник: Nanyang Technological University.
На фото (слева направо) профессор Мэри Чан из Наньянского технологического университета, Сингапур, доктор Кайси Чжан из Альянса по исследованиям и технологиям Сингапура и Массачусетского технологического института и профессор Паула Хаммонд из Массачусетского технологического института, которые участвовали в разработке более безопасного и экологически устойчивого антимикробного состава (синяя жидкость в тюбике) для предотвращения инфекций вымени коров. Состав, нанесенный на вымя коров, также не повлиял на качество коровьего молока (белая жидкость в тюбике). Фото: NTU Singapore.
