Strategier för att minska bakteriekolonisering av ytor

De mest svårbehandlade bakteriella infektionerna är kroniska infektioner där bakterier bildat så kallade biofilmer. Biofilmer är beläggningar som skapas på en yta och består av tätt packade samhällen av bakterier omgivna av ett lager med ämnen som de själva utsöndrat. Kemisten Shoghik Hakobyan har i sin avhandling studerat vägar till att minska bakteriekoloniseringen. Hon försvarar sin avhandling vid Umeå universitet den 24 september.

Ett exempel på en biofilm är den slemmiga beläggningen som kan bildas i avloppsröret från ett handfat. Denna typ av biofilm kan bildas på alla typer av ytor och kan orsaka stora problem i vårt samhälle, särskilt inom hälso- och sjukvården. Det har rapporterats att biofilmer är orsaken till ungefär 80 procent av infektioner från mikroorganismer och ger upphov till 100 000 dödsfall årligen. Därför är det viktigt att kunna begränsa bakteriers kolonisering av en yta.

Bakteriella infektioner behandlas oftast med antibiotika, men tyvärr leder den ökande antibiotikaresistensen till att våra mediciner blir mer och mer verkningslösa. Dessutom är bakterier inuti en biofilm skyddade från antibiotika och överlever antibiotikakoncentrationer som är upp mot 1000 gånger starkare än vad som annars skulle ta död på dem. På grund av detta är det lättaste sättet att bekämpa biofilm att förhindra att bakterier sätter sig fast på en yta och börjar bilda en biofilm.

Det kan man göra genom att ladda upp en yta med antibakteriella substanser eller genom att skapa ytor som förhindrar bakteriell vidhäftning. Flera olika strategier har utformats för att förhindra bakteriell vidhäftning och en av de mer lovande är modifiering av ytan med hjälp av så kallade polymerborstar. Polymerborstar är tunna ytfilmer där polymerkedjorna sitter fast i ytan i ena änden medan den andra sträcker sig ut från ytan, som grässtrån från en gräsmatta. De kallas borstar eftersom polymerkedjornas sidogrenar sticker ut åt sidorna som stråna på en flaskborste.

Shoghik Hakobyan har i sin avhandling använt små molekyler som kallas hydrazoner som antibakteriella substanser. Dessa substanser har möjlighet att avväpna bakterier utan att döda dem, därför anses risken till utvecklande av resistens mot dessa substanser vara mycket låg. Hydrazonerna kan också binda till metall-joner, till exempel galliumjoner. Galliumjoner kan ta död på både enskilda bakterier och bakterier i biofilm men behöver binda till andra substanser för att vara mer effektiva och för att inte fällas ut som fast material.

En del av Shoghik Hakobyans avhandlingsarbete handlar om kemiska och biologiska egenskaper hos den förening som bildas mellan galliumjoner och hydrazoner. Hon studerade två av de mest biologiskt aktiva föreningarna och resultaten visar att de bildar mycket stabila föreningar med galliumjoner. Beräkningar visade att föreningarna skulle vara stabila vid fysiologiska förhållanden och skulle kunna leverera galliumjoner till bakterier.

– Dessutom hade komplexen intressanta biologiska effekter genom att de kunde minska bakteriers infektionsförmåga eller förhindra bakteriell biofilm, säger Shoghik Hakobyan.

Den andra delen av avhandlingen handlar om ytmodifiering med hjälp av olika typer av polymerborstar och undersökning av deras antibakteriella egenskaper. För att skapa ytor som förhindrar biofilm under längre tid är det mycket viktigt att skapa ytor som har en bortstötande effekt på till exempel proteiner. Det gör nämligen att substanser som celler utsöndrar inte fastnar på ytan och därefter blockerar den biologiska effekten.

– Mina resultat visar att borstar med lika mängd positivt och negativt laddade sidokedjor till stor del minskade biofilmsbildning och även vidhäftning av proteiner och bakterier. Jag har också utvecklat och optimerat en strategi för att länka fast hydrazonföreningar på ytan av dessa borstar för att skapa biologiskt aktiva ytor.

Avhandlingen är publicerad digitalt

För mer information, kontakta gärna:

Shoghik Hakobyan, kemiska institutionen (intervjuer på engelska)

Telefon: 090-786 66 69

E-post: shoghik.hakobyan@umu.se

Pressbild för nedladdning. Foto: Ingrid Söderbergh

Om disputationen:

Torsdagen den 24 september försvarar Shoghik Hakobyan, kemiska institutionen vid Umeå universitet, sin avhandling med titeln: Antivirulent and Antibiofilm Salicylidene Acylhydrazide Complexes in Solution and at Interfaces. Svensk titel: Virulens- och biofilmsinhibierande salicylidenacylhydrazidkomplex i lösning och på ytor.

Disputationen äger rum klockan 10:00 i sal KB3B1, KBC-huset, Umeå universitet

Fakultetsopponent är professor Marcus Textor, Laboratory for Surface Science and Technology, ETH, Zurich, Switzerland.

Handledare till doktorsarbetet har varit Madeleine Ramstedt.