Микроскопические шипы на змеиной коже препятствуют образованию бактериальных пленок
Свое название королевские питоны получили за классический оборонительный прием: они сворачиваются в клубок и прячут голову внутрь. Однако в их чешуе скрыта другая, куда более тонкая форма защиты — микроскопические шипы, которые подавляют рост бактериальных биопленок. Это открытие может вдохновить на создание антимикробных материалов, действующих за счет физики, а не химии.
Микроструктуры повсеместно встречаются в природе. На птичьих перьях они создают яркие цвета. Мельчайшие неровности на листьях лука-порея, лотоса и роз помогают отталкивать капли. Микроскопические ребра на чешуе акулы снижают сопротивление воды. Ученые уже изучали, как волоски на коже гекконов и крыльях цикад препятствуют размножению бактерий. Однако микроархитектура змеиной чешуи исследовалась лишь с точки зрения цвета и движения, а ее потенциальное антибактериальное действие оставалось без внимания.
Исследователи под руководством Вацлава Пероутки из Пражского химико-технологического университета подробно изучили чешую королевского питона Python regius, результатами чего поделились в журнале ACS Omega.
Поверхность кожи питона усеяна микроскопическими шипами. Длина каждого шипа — около 9 микрометров, что сопоставимо с размером одной клетки. Исследователи предположили, что эти шипы могут препятствовать образованию биопленок — защитных слизистых слоев, которые выделяют микробные сообщества, чтобы закрепиться на поверхностях. Биопленки удерживают питательные вещества, не пропускают антимикробные средства и позволяют микроорганизмам обмениваться генами, в том числе отвечающими за устойчивость к антибиотикам. Бактерии в составе биопленки в тысячи раз устойчивее по сравнению со свободноживущими формами.
Используя сброшенную кожу змей из зоопарка Пльзеня, ученые закрепили отдельные чешуйки на иглах и инкубировали их в питательных средах с двумя видами бактерий — кишечной палочкой Escherichia coli и золотистым стафилококком Staphylococcus aureus.
Через 48 часов контрольные образцы из полистирольного пластика покрылись толстыми зрелыми биопленками. А вот змеиная чешуя оказалась гораздо устойчивее к микроорганизмам: прилипаемость E. coli и S. aureus снизилась на 88% и 78% соответственно. Под микроскопом поверхность чешуи была лишь местами заселена бактериями, нашедшими убежище между шипами.
Авторы предлагают несколько гипотез, объясняющих антибактериальное действие змеиной кожи. Шипы могут ограничивать площадь контакта бактерий с поверхностью или заставлять их принимать геометрически неустойчивые формы. Также не исключено, что острые кончики физически повреждают клеточные мембраны бактерий или каким-то образом ограничивают их способность выделять гель биопленки.
Понимание конкретных механизмов необходимо для практического применения открытия, убежден специалист по биомиметике и нанотехнологиям Грегори Уотсон из Университета Саншайн-Кост. «Мы можем еще больше усилить эти свойства. Химия способна создать многое из того, что природа не может произвести», — резюмировал он.
