Kimya mühendisleri, gastrointestinal hastalıkları tedavi etmek için organizmaları yerleştirmeyi kolaylaştıracak mikroplar için bir kılıf oluşturmuşlardır. İnsan bağırsağı binlerce bakteri türüne ev sahipliği yapar ve bu bakterilerin bazıları çeşitli gastrointestinal hastalıkları tedavi etme potansiyeline sahiptir. Bazı türler kolon kanseri ile mücadeleye yardımcı olabilirken, diğerleri C. difficile gibi enfeksiyonların tedavisine veya önlenmesine yardımcı olabilmektedir. Yararlı olabilecek bu "canlı biyoterapötiklerin" geliştirilmesinin önündeki engellerden biri çoğunun oksijenden zarar görmesi, bunların üretilmesini, depolanmasını ve teslim edilmesini zorlaştırmasıdır. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MTE) kimya mühendisleri artık bu bakterileri üretim sürecinde hayatta kalmalarına yardımcı olan bir kılıf ile koruyabileceklerini göstermiştir. Amerikan Kimya Derneği Dergisi'nde yayınlanan yeni bir çalışmada araştırmacılar, kılıfı bir E. coli suşunun yanı sıra bitki nişastalarının sindirimine yardımcı olabilecek başka bir tür üzerinde Laurent Kariyer Gelişimi Kimya Mühendisliği Profesörü ve yeni çalışmanın kıdemli yazarı Raymond ve Helen St. Ariel Furst, "Bu kılıfın hemen tüm mikropları korumak için kullanılabileceğine inanıyoruz. Çeşitli hastalıklara yardımcı olabilecek mikroplar olduğunu ve bunları üretim ve üretim için koruyabileceğimizi düşünüyoruz." demiştir. MTE postdoc Gang Fan çalışmanın başyazarıdır. Bir MTE lisans öğrencisi olan Pris Wasuwanich ve eski bir MTE Malzeme Araştırma Laboratuvarı Yaz Araştırmacısı olan Mariela Rodriguez-Otero da makalenin diğer yazarlarıdır.
Koruyucu kılıf
İnsan bağırsağında yaşayan mikropların çoğu değişik düzeyde anaerobiktir, bazıları biraz oksijene tolerans gösterebilirken, diğerleri için oksijen ölümcüldür. Bakterilerin dondurulması ve terapötik olarak kullanılabilmesi için kapsül olarak formüle edilmesi gerektiğinden hastalıkları için tedavi olarak potansiyellerini araştırmak zordur. Bu çalışmada Furst ve meslektaşları, anaerobik bakterileri, metal iyonlarından ve polifenoller adı verilen organik bileşiklerden yapılmış bir malzeme ile kaplayarak korumayı denemeye karar vermişlerdir.
Polifenoller ve metal iyonları bir çözeltiye konulduğunda, iki boyutlu, ızgara benzeri bir tabaka oluşturur. Bu çalışma için araştırmacılar, insan tüketimi için güvenli olan demiri ve Gıda ve İlaç İdaresi tarafından GRAS (genellikle güvenli olarak kabul edilir) olarak sınıflandırılan ve hepsi çayda ve diğer bitki ürünlerinde bulunan üç polifenol kullandılar: gallik asit, tanik asit ve epigallokateşin (EGKG). Çözeltiye bakteriler de eklenirse, malzeme tek tek bakteri hücreleri üzerinde bir kılıf oluşturacak şekilde kendiliğinden toplanır. Bu kaplama, dondurarak kurutma ve üretim sürecinde bakterileri korur. Araştırmacılar, kaplanmış hücrelerin sağlıklı olduğunu ve büyümelerinin geçici olarak engellenmesine rağmen normal hücresel aktiviteleri gerçekleştirebildiğini gösterdi. Midedeki gibi asidik bir ortama maruz kaldığında, kaplama parçalanır ve bakterileri serbest bırakmaktadır.
Bakterileri dağıtma
Araştırmacıların kaplamayı test etmek için kullandıkları suşlardan biri Bacteroides thetaiotaomicron'dur. Karbonhidratları sindirmek için uzmanlaşmış enzimlere sahip olan bu tür, sağlıklı insanların bağırsak mikrobiyomunda daha bol görünmektedir. Bununla birlikte, oksijene karşı çok hassas olan bu bakterilerin biyoterapötik olarak verildiğinde sağlığa nasıl faydaları olacağını incelemek zor olmuştur.
Bu tür koruyucu kaplamaya sahip bakteriler, mahsulleri trese daha dayanıklı hale getirmeye yardımcı olmak gibi tarımsal uygulamalar için de yararlı olabilir. Kaplama için bir başka olası uygulama, aşı olarak kullanılan mikropları korumak için kullanmaktır. Tüberküloza neden olan bakterinin sığır versiyonundan oluşan BCG aşısının üretilmesi zordur ve düşük sıcaklıklarda depolanması gerekir. Furst, koruyucu bir tabaka ile kaplamanın soğuk hava deposuna olan ihtiyacı ortadan kaldırabileceğini ve dağıtımı kolaylaştırabileceğini söylüyor. "Soğuk hava deposu ve nakliye ihtiyacını ortadan kaldırabilirsek, bunun birçok ilacı daha yaygın hale getireceğini düşünüyoruz" demiştir.
Gang Fan, Pris Wasuwanich, Mariela R. Rodriguez-Otero, Ariel L. Furst. Protection of Anaerobic Microbes from Processing Stressors Using Metal–Phenolic Networks. Journal of the American Chemical Society, 2021; DOI: 10.1021/jacs.1c09018.+ Tüm Referansları Göster