Ağustos böceği kanatları temas ettiği dirençli mikropları öldürüyor!

Kateter gibi tıbbi cihazlar, bakterilere tutunabileceği bir yüzey sağlıyor ve bu alanlarda mikrobiyal kolonizasyon (mikroorganizmaların yerleşip çoğalması) ve biyofilm (mikroorganizmaların dayanıklı bir tabaka halinde bir yere yerleştiği bir yapı) oluşumu söz konusu olabiliyor. Bilim insanları da bu sorunu çözmek amacıyla daha etkili bakterisidal (bakteri öldürücü) yüzeyler geliştirmek için çalışıyor.

Ağustos böceği kanatları, yüzeyindeki çok küçük çıkıntılar sayesinde şaşırtıcı bir özelliğe sahip. Araştırmacılar burada etkili olan doğal süreçlerin anlaşılması için bazı simülasyonlar kullandı ve şaşırtıcı sonuçlar elde etti.

New York'taki Stony Brook Üniversitesi'nde kimya mühendisi olan Tadanori Koga, “Şu anda ağustos böceği kanadının bakterilerin yapışmasını önleyebildiğini biliyoruz, ancak etkili olan mekanizma net değil” diyor.

Ağustos böceği kanatlarının bakteri hücrelerini öldürücü şekilde delmesi üzerine 2012 yılında yapılan bir araştırmayı okuduktan sonra Koga ve Stony Brook Üniversitesi’nde polimer fizikçisi olan Maya Endoh, kanatlarda bulunan nano yapıları çoğaltmaya ve incelemeye karar verdi.

Kanadın yapısı laboratuvar ortamında taklit edildi

Bu büyüleyici canlıların kanadını taklit etmek için Stony Brook Üniversitesi'nden malzeme bilimci Daniel Salatto, silikon bir taban üzerinde sütun şeklinde küçük yapılar oluşturmak için genellikle ambalajlamada kullanılan bir polimeri kullandı.

Laboratuvar testleri sırasında; yaklaşık 10 nm boyunda, 50 nm genişliğinde ve 70 nm aralıklı süper küçük nano çıkıntılı yapıların Escherichia coli bakterilerini öldürmede çok etkili olduğu, yüzeylerde bakteri veya bakteri kalıntısı kalmamasını sağladığı bulundu.

Salatto, “Bakteri hücreleri öldüğünde ve yüzeylere tutunduğunda, kalıntılarının yüzeyde kalacağı ve bu nedenle aynı türden bakterilerin üzerlerine gelerek yerleşmesi için uygun bir ortam oluşturacağı biliniyor. İşte bu noktada pek çok biyomedikal malzemenin başarısız olduğunu görüyoruz. Çünkü, çevre için toksik olabilecek kimyasallar kullanmadan, kalıntıların uzaklaştırılmasını sağlayan hiçbir seçenek yok” diye konuştu.

Kanatların etki mekanizması için simülasyon

Ancak nano çıkıntıların bakteriler öldürme ve kanatlardan uzaklaştırma gibi 2 görevi birden nasıl yerine getirdiği halen tam olarak bilinmiyordu. Bu yüzeylerin nasıl çalıştığını anlamak için, Tennessee'deki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda kimyager olan Jan-Michael Carrillo'nun yardımı ile bir simülasyon oluşturuldu.

Simülasyon sayesinde bakterilerin sütun yüzeyiyle temas ettiğinde, lipid dış kabuklarının (membran) nano çıkıntılarla güçlü bir etkileşime girdiği anlaşıldı. Carrillo, “Lipitler hidrofilik sütun yüzeylerini güçlü bir şekilde emiyor ve zarın şeklini sütunların yapısına veya eğriliğine uygun hale getiriyor.

Daha güçlü bir etkileşim, sütun yüzeylerine daha fazla membran bağlanmasını teşvik ediyor. Simülasyonlar sütunların kenarlarında kenetlenmiş lipid çift tabakası içinde yeterli gerilimi oluşturduğunda, membran yırtıldığını gösterdi” diye konuştu.

Membran yırtıldıktan sonra gerilmeye devam ediyor ve bakteriler sütunlardan ayrılıp yüzey temizlenene kadar gerilim artıyor.

Çalışmada sütunlara ince bir titanyum oksit (TiO2) tabakası eklenmesinin, bakteri öldürme ve temizleme özelliklerini daha da iyi hale getirdiği ve Listeria monocytogenes adı verilen Gram-pozitif bakterilere karşı da işe yaradığı belirlendi.

Ekip, diğer mekanizmaları, özellikle de kendi kendini temizleme işlevini ortaya çıkarmak için daha fazla simülasyon kullanmayı ve sonunda tıp alanında kullanılmak üzere antibakteriyel kaplamaları geliştirmeyi planlıyor.

Araştırmadan elde edilen sonuçlar ACS Applied Materials & Interfaces dergisinde yayınlandı.