$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
İlaca dirençli bakteriler tıpta ciddi bir endişe nedenidir. Hızlı ortaya çıkmaları, geleneksel antibiyotiklerin etkinliğini azaltmış ve daha fazla klinik komplikasyona neden olmuştur. Halk sağlığı için büyük bir tehdit oluştururlar ve yeni antimikrobiyal ajanlar için acil bir ihtiyaç oluştururlar. Araştırma yollarından biri nanomalzemelerdir. Nanomalzemeler, mikroplarla canlılıklarını tehlikeye atacak şekilde etkileşime girmelerine izin veren benzersiz fizikokimyasal özelliklere sahiptir. Örneğin, gümüş nanopartiküller (AgNP'ler) bakterilerde oksidatif strese neden olarak protein fonksiyon bozukluğuna, zar bozulmasına, DNA hasarına ve nihayetinde hücre ölümüne neden olur1. Öte yandan altın nanopartiküller (AuNP'ler), antifungal özellikleri ile bilinir ve taşıyıcı olarak görev yaparak antibiyotiklerin bakterisidal etkisini artırabilir2.
Ek olarak, bakır nanopartiküller (CuNP'ler) de güçlü antimikrobiyal etkileri ve düşük üretim maliyetleri nedeniyle büyük ilgi görmüştür. Çalışmalar, CuNP'lerin enzimatik aktivitenin bozulması ve reaktif oksijen türlerinin (ROS) oluşumu yoluyla geniş spektrumlu bakterisidal aktivite sergilediğini göstermektedir.3. CuNP'lerin pozitif yükü, bakterilere nüfuz etmelerini kolaylaştırarak hücresel alımlarını arttırır4. Bu mekanizma, CuNP'leri enfeksiyonları önlemek için implantlar gibi yüzey kaplaması için umut verici bir seçenek haline getirir3. Bununla birlikte, ilginç bir bulgu, CuNP'lerin bakterisidal etkisinin boyuta bağlı görünmesidir. Bazı çalışmalar, daha küçük CuNP'lerin, muhtemelen üstün yüzey alanı-hacim oranları5 nedeniyle daha yüksek antibakteriyel aktivite sergilediğini bulmuştur.
ROS üretimi, lipid peroksidasyonu, protein disfonksiyonu, DNA parçalanması ve glukoneogenez/glikojenolizin inhibisyonu dahil olmak üzere hücrelerde ve bakterilerde yaygın hasara neden olur ve nekroz veya programlanmış hücre ölümü (PCD) ile ilgilidir6,7,8. Son çalışmalar, PCD sistemlerinin bakterilerde var olduğunu, ökaryotik sistemlerdekilere benzer etki modları ve efektörleri olduğunu ortaya koymuştur9. Bakteri toplulukları, bir toksin-antitoksin (TA) sistemi10 aracılığıyla oksidatif stres de dahil olmak üzere strese yanıt olarak PCD'yi indükleyebilir. Basit bir ifadeyle, toksin-antitoksin sistemi, temel hücresel süreçleri bozabilen toksinlerden ve normal büyüme koşulları altında toksisitelerini inhibe etmek için toksinlerle kararlı kompleksler oluşturabilen antitoksinlerden oluşur. Çoğu bakteri ve arke, genomlarında TA lokusları içerir ve genellikle kromozom dışı ve kromozomal DNA'nın çoklu kopyalarında bulunur. Tip II TA (MazE/MazF modülü olarak bilinir) özellikle ilgi çekici olan birkaç tür TA sistemi vardır. Stres koşulları altında, antitoksinler bozulur ve toksinlerin hücresel hedeflerini inhibe etmesine izin verir. E. coli ve S. aureus'ta, toksin MazF, oksidatif stres, yüksek sıcaklık ve amino asit açlığı gibi stres koşullarına yanıt olarak aktive edilir. Sonuç olarak, antitoksin MazE'nin ekspresyonu azalır ve toksin MazF10 serbest bırakılır. Çalışmalar, MazF'nin, küçük bir alt popülasyonun olumsuz koşullar altında hayatta kalmasına izin veren proteinlerin sentezini sağladığını, popülasyonun çoğunun ise mazEF aracılı hücre ölümüne maruz kaldığını bulmuştur. Bu hücre ölümü, ROS'un transkripsiyonel veya translasyonel inhibisyonu indüklediği ROS'a bağlı veya DNA hasarının ölüm yollarını11 tetiklediği ROS'tan bağımsız olabilir.
Bu çalışma, CuNP'lerin bakteriyel ölümü indüklediği mekanizmaları araştırmaktadır. Yalnızca TA sistemine odaklanmak yerine, bakterilerdeki potansiyel PCD yolaklarını araştırmak için daha önce araştırmamızda 7,12 kullanılan dört PCD modülatörü kullanıldı.
İki farklı boyuttaki (20 ve 60 nm) CuNP'lerin bakterisidal etkilerini farklı konsantrasyonlarda inceleyerek ve koloni tahlilleri, ROS tespiti ve PCD modülatörleri (SBI, Z-VAD, NSA ve Wortmannin) gibi yöntemleri kullanarak, bu araştırma, PCD'nin çok hücreli organizmalara özel olmadığını, aynı zamanda stres altındaki bakteri topluluklarında da meydana geldiğini vurgulamaktadır. Bu çalışma, ayrıntılı protokoller sağlayarak, araştırmacıların kendi sistemlerindeki CuNP etkinliğini ve bakterisidal mekanizmaları değerlendirmelerini sağlamayı amaçlamaktadır. Ayrıca, bu bulgular bakteriyel PCD'nin anlaşılmasını ilerletmekte ve antibiyotiğe dirençli bakterilerle savaşmak için CuNP bazlı tedavilerin geliştirilmesini desteklemektedir.