Nors ultravioletinė (UV) spinduliuotė šiandien taikoma odontologijoje ir dermatologijoje gydant paviršines odos ligas, tačiau žmogui nekenksmingi tik labai nedideli šios šviesos kiekiai. Mokslininkai ir toliau tyrinėja šviesą, ieškodami naujų metodų, kurie ne tik nužudytų bakterijas, bet ir nekenktų žmogui. Vilniaus universiteto Fizikos fakulteto Fotonikos ir nanotechnologijų instituto mokslininkės dr. Irinos Buchovec mokslinių tyrimų lauke – mėlynosios šviesos antibakterinės savybės ir plačios pritaikymo galimybės ne tik medicinoje, bet ir maisto pramonėje.

Antibiotikų vartojimo klaidos

Antibiotikai yra vienas didžiausių praėjusio šimtmečio išradimų, be kurių mūsų gyvenimas yra neįsivaizduojamas. Šiuos vaistus paskyrus laiku ir tinkamai taikant, buvo išgydyta nemaža dalis iki tol žmoniją kamavusių ligų. Tačiau dr. I. Buchovec sako, kad šiandien žmonės klaidingai mano, jog antibiotikai yra vaistai nuo visų ligų: „Antibiotikai gydo bakterines infekcijas, bet prieš virusus jie yra bejėgiai. Čia reikėtų pasitelkti antivirusinius vaistus ir antibiotikus vartoti tik tuomet, kai yra aiškus ligos sukėlėjas.“

Nepaisant antibiotikų naudos, ilgainiui žmonės įgyja šiems vaistams atsparumą ir tenka ieškoti naujų gydymo metodų. Dr. I. Buchovec teigimu, norėdami, kad bakterijos netaptų atsparios antibiotikams, turėtume šiuos vaistus vartoti tik gydytojui nurodžius ir būtinai suvartoti visą jų kursą, o likusius vaistus tinkamai utilizuoti nunešus į vaistinę.

Mokslininkė pabrėžia, kad dalis bakterijų jau pačios savaime yra atsparios antibiotikams, bet netinkamas šių vaistų vartojimas šį procesą paspartina: „Ne paslaptis, kad antibiotikai naudojami gyvūnų ir augalų ūkiuose. Antibiotikams atsparios bakterijos vystosi gyvūnų skrandžiuose ir pasiekia žmones per maistą, aplinką, tiesioginį kontaktą su gyvūnais.“

Dr. Irina Buchovec

Didėjant atsparumui antibiotikams, auga infekcijų (tokių kaip gonorėja, pneumonija ir tuberkuliozė) skaičius, o jas gydyti vis sunkiau, nes antibiotikų veiksmingumas mažėja.

„Tad mokslininkų iššūkis – sukurti metodus, kurie padėtų kovoti su sparčiai pasaulyje plintančiu atsparumu antibiotikams ir apsaugotų mus nuo tokių atsparumu pasižyminčių bakterijų sukeliamų infekcijų. Būtent tuo mūsų mokslinė grupė ir užsiima“, – pasakoja dr. I. Buchovec.

Biomedicininiai šviesos taikymai

Dr. I. Buchovec pažymi, kad nors šiandien plačiai naudojama ultravioletinė spinduliuotė veikia baktericidiškai, ji dažniausiai naudojama tik patalpų dezinfekcijai, nes yra kenksminga žmogaus akims ir odai.

„Kinijoje UV lempomis dezinfekuojami net autobusai. Šios lempos plačiai naudojamos patalpų dezinfekcijai ligoninėse. Bėda ta, kad šių lempų poveikis labai laikinas. Užtenka, kad po dezinfekcijos į patalpą įeitų žmogus, turintis antibiotikams atsparių bakterijų, ir jis vėl gali paskleisti bakterijas ore ir užkrėsti kitus žmones. UV šviesa taip pat gali tapti odos vėžio priežastimi. Svarbu, kad šviesa, kurią naudojame, ne tik nužudytų bakterijas, bet ir nekenktų žmogui“, – pasakoja mokslininkė.

Dr. I. Buchovec tyrinėjama mėlynoji šviesa yra būtent tokia – nekenkia žmogui, o ir bakterijos nesugeba įgyti jai atsparumo. Ši šviesa patenka į gilesnius sluoksnius nei UV spinduliai, bet tam reikalingi labai dideli jos kiekiai ir papildomos medžiagos.

„Mėlynąją šviesą galima kombinuoti su antibiotikais, aliejais ar šviesai jautriomis medžiagomis (fotosensibilizatoriais). Toks metodas, kuriam taikyti reikalinga šviesa, fotosensibilizatorius ir deguonis, vadinamas antimikrobine fotodinamine terapija (aFDT). Deguoninėje aplinkoje yra indukuojamos mikrobų ląsteles žudančios fotooksidacinės reakcijos. Šių reakcijų metu susidaro reaktyvios deguonies formos, dėl kurių poveikio sutrinka ląstelių veikla ir jos žūva.

aFDT yra moderni biofotoninė technologija, kuri gali būti perspektyvi alternatyva antibiotikams gydant lokalias infekcijas ir kovojant su antibiotikams atspariais mikrobais ne tik klinikoje, bet ir maisto pramonėje. Mano tyrimų laukas apima mėlynos šviesos kombinavimą su natūralios kilmės fotosensibilizatoriais: riboflavinu (vitaminu B2) ir chlorofilinu (maisto dažikliu, suteikiančiu žalią spalvą). Natūralioje aplinkoje apšvietus šias medžiagas mėlynąja šviesa, sužadinamos reakcijos, kurios sukelia ląstelės žūtį“, – pasakoja dr. I. Buchovec.

Šis metodas yra pranašesnis prieš antibiotikus ne tik todėl, kad bakterijos neįgyja atsparumo, bet ir todėl, kad pasižymi plačiu poveikio spektru, t. y. veikia tiek bakterijas, tiek virusus, grybelius ir parazitus. Be to, labai svarbu, kad kombinuojant mėlynąją šviesa su fotosensibilizatoriais galima veikti iškart kelias ląstelės vietas.

„Paprastai konkretus antibiotikas veikia vieną ląstelės tašką: suardo bakterijų sienelę (baktericidinis poveikis), sutrikdo gyvybiškai svarbias ląstelės funkcijas, pvz., slopina baltymų ar nukleorūgščių sintezę (bakteriostatinis poveikis). Tuo tarpu aFDT, priešingai nei antibiotikams, yra būdingi daugybiniai taikiniai: ji veikia įvairius membranos ir viduląstelinius komponentus“, − pasakoja mokslininkė.

Antimikrobinė fotodinaminė terapija – ne tik žmogui, bet ir augalams

Fotodinaminė terapija šiandien jau yra taikoma vėžiui gydyti, o dermatologijoje ir odontologijoje – paviršinėms infekcijoms gydyti. Šis metodas galėtų būti naudojamas ir maisto pramonėje bei augalininkystėje, apsaugant vaisius ir daržoves nuo kenkėjų.

„Ši natūrali apsauga nuo kenkėjų būtų nekenksminga žmogui. Taip pat svarbu, kad jai naudoti būtų tinkama saulės šviesa. Tad nupurškus laukus tinkamomis natūraliomis medžiagomis užtektų saulės šviesos, kad bakterijos žūtų. Ši technologija būtų veiksminga ir šiltnamiuose, kur dažnai turima problemų su pelėsiniais grybais. Pastebėta, kad taikant aFDT galime net pailginti vaisių ir daržovių galiojimo trukmę. Apipurškus juos tirpalu su fotojautria medžiaga ir pašvitinus mėlynąja šviesa, jie ilgiau išlieka geros išvaizdos, nepelija“, – pasakoja dr. I. Buchovec.

Mokslininkės tyrimų lauke – ir maisto papildas chitozanas, kuris taip pat pasižymi antimikrobinėmis savybėmis. Į jo tirpalą panardinti vaisiai apsitraukia tarsi nematoma antimikrobine plėvele.

„Kiek man yra žinoma, tiek naudojant riboflaviną, tiek chlorofiliną ar chitozaną, vaisių ir daržovių skonis nepasikeičia. Tad ši technologija ne tik yra draugiška aplinkai, bet ir nepakeičia mums įprastų maisto skoninių savybių“, – teigia dr. I. Buchovec.

Technologija būtų taikoma net kosminiuose laivuose

Dr. I. Buchovec kartu su kolegomis surinko ir apibendrino visą informaciją, kaip šį metodą būtų galima taikyti kosmoso sąlygomis. Mokslininkai atrinko kelių tipų bakterijas, kurios yra išplitusios kosminiuose laivuose, ir, pasitelkę mėlynąją šviesą ir fotojautrias medžiagas, bandė sunaikinti jų suformuojamas bioplėveles, pasižyminčias dar didesniu atsparumu. Vilniaus universiteto laboratorijose gavę nemažą šių bakterijų inaktyvaciją riboflavinu ir chlorofilinu indukuota aFDT, mokslininkai turėjo pateikti siūlymus, kaip šį metodą būtų galima pritaikyti kosminiame laive.

„Didžiausia problema ta, kad kosminis laivas yra uždara sistema: nors ir kaip steriliai viską į jį perkeltume, įvairūs mikroorganizmai vis tiek ten pakliūva. Šioje uždaroje erdvėje stengiamasi viską naudoti kuo ilgesnį laiką. Tad kosminiuose laivuose, hidroponikos sistemose, jau auginamos salotos ir kiti augalai. Bėda ta, kad pelėsiniai grybai sugeba daugintis ir šiomis sąlygomis. Bakterijos savo bioplėveles suformuoja ant visų paviršių, tad yra pavojingos ne tik žmogui ar maisto produktams, bet ir kosminio laivo įrenginiams. Naudojant šviesą ir fotoaktyvias natūralias medžiagas, šias bakterijas būtų galima sunaikinti, o užaugintas daržoves astronautai galėtų laisvai valgyti“, – teigia dr. I. Buchovec.

Kol kas šis metodas bandomas tik laboratorijoje ir pirmiausia jį reikėtų išbandyti kosminėmis sąlygomis čia, žemėje. Tam reikalinga ypatinga infrastruktūra, kurią gali pasiūlyti Europos kosminė agentūra (European Space Agency – ESA).

„Dabar, kai esame asocijuoti ESA nariai, mūsų moksliniams tyrimams atsiveria naujos galimybės. Galėdami bandymus atlikti aukščiausio lygio laboratorijose, daug sparčiau artėsime prie technologijos pritaikymo“, – džiaugiasi dr. I. Buchovec.