Флуоресцентните антибиотици

Учените търсят начини да преодолеят бактериалната резистентност към широко използваните медикаменти

Проф. д.х.н. Иво Грабчев е професор в катедра „Химия и биохимия, физиология и патофизиология“ в Медицинския факултет на СУ „Св. Климент Охридски“. Тази година му е присъдена наградата „Питагор“ за утвърден учен в областта на природните и инженерните науки за неговия съществен принос в усилията на учените в изследване преодоляването на все по-нарастващата устойчивост на бактериите към прилаганите в медицинската практика антибиотици. Ученият прави и задълбочени in vitro изследвания на антитуморната активност на нови съединения срещу различни туморни клетъчни линии.
Специализирал е във Франция, Полша, Белгия, Китай, Испания. Той е сред малкото български учени, намерили място в първите два процента най-добри учени в света съгласно класацията на Стандфордския университет през 2020 и 2021 година. Участва в общо 31 международни, национални и университетски научни проекти. Проф. Иво Грабчев е член на управителните съвети за България по европейската научна мрежа COST в осем научни програми, две от които са действащи в момента, където той има възможност да представя научните постижения на България в съответните научни области пред специалисти от другите европейски държави.

През тази година проф. Иво Грабчев (вдясно) е удостоен за втори път с награда „Питагор“ за своя принос
в областта на природните и инженерните науки

Зина СОКОЛОВА

През 1991 г. проф. д.х.н. Иво Грабчев защитава първата дисертация в България в областта на оптическите избелители – вещества, които повишават степента на белота на различни текстилни и полимерни материали. След това специализира една година в Университета „Клод Бернар“, Лион (Франция), в лабораторията по индустриална фотохимия под ръководството на проф. Пиер Меалие. Оттам започва развитието му в областта на флуоресцентните вещества. При завръщането си започва работа в Института по полимери на БАН.
Флуорофорите са вещества, които при облъчване с видима или ултравиолетова светлина излъчват флуоресцентна емисия с различен цвят, обяснява ученият. Веществата с такива свойства днес намират авангардни приложения при създаването на материали за „високите технологии“, в оптоелектрониката, екологията, в биомедицината, в образната диагностика и др.
В момента това е шлагерът на научните изследвания в световен мащаб, където са и оригиналните научни приноси на проф. д.х.н. Иво Грабчев.
Тази година проф. Грабчев е удостоен с награда „Питагор“ за втори път. Първия път я получава през 2017 г. за изследванията си в областта на сензорната химия, във връзка с успешното разработване на флуоресцентни молекулни устройства, задвижвани от светлината и променящи спектралните си характеристики в зависимост от параметрите на околната среда. С неговите разработки са започнали задълбочени и систематични изследвания в България в областта на сензорните системи на базата на фотоиндуциран електронен трансфер с ниско- и високомолекулни 1,8-нафталимидни флуорофори като сигнален фрагмент. Пионерски в това направление са и изследванията му в областта на гъвкавите хетерогенни сензори за откриване на биологично важни метални йони и рН промени в околната среда на база „интелигентни“ текстилни и полимерни материали, реагиращи с промяна на цветовите си характеристики и интензитета на излъчваната флуоресценция. През 2017 г.
е носител и на наградата „Акад. Богдан Куртев“ за научно постижение в областта на органичната химия.
От 2009 г. проф. Грабчев работи в Медицинския факултет на Софийския университет. Води лекции по медицинска химия, наномедицина и фитопродукти. Затова насочва изследванията си в областта на биомедицината.
Печели проект към Фонд „Научни изследвания“ за фотодинамична антибактериална терапия и получава тазгодишната награда „Питагор“ за изследванията си през последните 5 години в търсене на съединения, които имат микробиологична активност – антибактериална, противогъбична и антивирусна.
„Последните изследвания са свързани със създаване на такива биологично активни вещества, които могат да повлияят на спирането на растежа или убиването на различни патогенни микроорганизми, каквито са бактерии, гъбички и вируси – подчертава ученият. –
В момента много актуални са антибактериалните изследвания. Оказва се, че след откриването на пеницилина от Александър Флеминг през 1928 г. през 60-те години на миналия век човечеството започва безразборно и неправилно използване на антибиотиците. В резултат на това бактериите стават резистентни – т.е. устойчиви към прилаганите в клиничната практика антибиотици. Тази устойчивост се дължи на възможността за наследяване на гените както от сродни бактерии, така и от несвързани бактерии. А това позволява прехвърлянето на антибиотична устойчивост между различни класове бактерии. Друга причина за постигане на тази устойчивост е масовото използване на антибиотици в селското стопанство при отглеждане на животни с цел предотвратяване на инфекции. По този начин резистентните бактерии в тялото на животните лесно се прехвърлят при хората след консумация на месни продукти.
Не по-малко важна причина за кризата на антибактериалната резистентност е и използването на дезинфектанти и почистващи спрейове, водещи до ограничаване развитието на имунитета при хората срещу антигени от околната среда. За съжаление, всичко това води до навлизане в т.нар. постантибиотична ера, в която антибиотиците престават да действат. А в световен мащаб от бактериални инфекции годишно умират милиони хора поради невъзможност да им се помогне с конвенционалните антибиотици заради придобитата резистентност на патогените към тях.“
За да се преодолее този проблем, от три години ученият и неговите колеги проучват възможностите за приложение на т.нар. фотодинамична антибактериална терапия. Това включва създаването на такива флуоресцентни вещества, които при облъчване със светлина, генерират реактивни кислородни видове.
„Това са различни частички, и най-вече синглетен кислород, който е силно реактивен – обяснява проф. Грабчев. – Той има свойството да убива бактериите и да не закача другите клетки.
И тъй като устройството на бактериалните клетки и на клетките на по-сложно устроените организми като нашите са различни, този синглетен кислород атакува само тях. Най-интересното е, че бактериите не могат да придобият резистентност към синглетния кислород, защото кислородът е естествената среда, в която те се развиват. Сега най-актуалното в изследванията е търсенето на такива вещества, които могат да генерират синглетен кислород. И тук е ролята на флуоресцентните съединения. Това е следваща стъпка в развитието на антибиотиците.“
За първи път ученият използва 1,8-нафталимиди и модифицирани с тях дендримери като фотосенсибилизатори в антибактериална фотодинамична терапия за преодоляване предизвикателството на антимикробната резистентност спрямо използваните в клиничната практика антибиотици. Отложени върху текстилни материали и при облъчване, те не позволяват развитието на патогенни микроорганизми.
Това ги прави подходящи за получаване на антимикробен текстил и превръзки за рани.
„От друга страна, флуоресцентните антибиотици са много интересни от научна гледна точка – казва проф. Грабчев. – Когато наблюдаваме под флуоресцентен микроскоп обработените с такива антибиотици бактерии, можем да видим къде точно те атакуват бактериалната клетка, защото започват да флуоресцират в определен цвят точно там, където нарушават бактериалната мембрана. По този начин можем да съдим за механизма на тяхното действие. У нас приблизително от пет години се работи по тази тема на фундаментално ниво. Резултатите са публикувани в реномирани списания. Но кога ще се стигне до прилагането на флуоресцентните антибиотици в клиничната практика, не се знае. По принцип поне 15 години са необходими, за да стигне даден продукт от лабораторията до пазара. В света се разработват огромен брой съединения с определени свойства – примерно 5000. От тях се подбират пет, които минават на клинични изследвания. И от тях само едно отива в аптечната мрежа. Фармацевтичната индустрия влага от 1 до 2 млрд. евро за създаването на един такъв медикамент.“
Проф. Грабчев участва и в проект със свои колеги от ХТМУ – София, за текстилни материали с антивирусна активност във връзка със SARS-CoV. Те препятстват разпространението и развитието на този вид вируси и на други патогени.
„Имам много добро сътрудничество с колегите от катедра „Текстил, кожи и горива“ на Химикотехнологичния и металургичен университет – София – казва проф. Грабчев. – Без тяхното съдействие нашите изследвания за текстилните материали и за веществата, които синтезираме в нашата лаборатория, няма да намерят конкретно практическо приложение. Това е единствената катедра в България, която се занимава с текстилни изследвания у нас.
С колегите разработваме антибактериални текстилни материали, които се използват в клиничната практика за превръзки за рани, за постелъчното бельо и др., които трябва да отговарят на определени изисквания.“