Антибиотики используются для профилактики и лечения бактериальных инфекций. Они сыграли важную роль в борьбе с инфекционными заболеваниями, такими как туберкулез, пневмония, брюшной тиф и менингит в 20 ^веке веке. Однако неправильное использование антибиотиков также привело к развитию так называемой множественной лекарственной устойчивости (МЛУ), при которой бактерии изменяют свою реакцию на эти лекарства и переживают их.

По данным ВОЗ, устойчивость к антибиотикам сегодня является одной из самых больших угроз для глобального здоровья, продовольственной безопасности и развития. Это то, что глубоко беспокоит специалистов, в то время как многие предприятия и общество в целом мало обеспокоены. По сравнению, например, с онкологией (лечение рака), на поиск новых антибиотиков вкладываются относительно небольшие средства. Во-первых, это связано с тем, что для этого требуются многолетние испытания (от 10 до 20) – хотя можно легко найти химические вещества, убивающие бактерии, гораздо труднее обнаружить и разработать вещества, которые также не токсичны для человека. Во-вторых, самые инновационные продукты не могут продаваться свободно, так как это приведет к чрезмерному использованию, что, в свою очередь, препятствует инвестициям в бизнес.

Таким образом, эта проблема требует новых стратегий лечения и источников финансирования. Недавние усовершенствования в нанотехнологии для создания наночастиц с желаемыми физико-химическими свойствами могут стать новой линией защиты от микроорганизмов с множественной лекарственной устойчивостью. Примером может служить проект MARA, финансируемый программой FET Open Европейской комиссии. Этот проект, возглавляемый Австрийским технологическим институтом, поддерживается междисциплинарным консорциумом, стремящимся заменить регулярные исследования антибиотиков новым методом нанотехнологий на основе ДНК для борьбы с бактериями. Этот подход основан на 3 новых дополнительных технологиях.

Первый метод, названный «Нуклеиновые кислоты автономного обнаружения» (AUDENA), представляет собой новый метод обнаружения антигена, ассоциированного с патогенами. Он использует чистую ДНК в качестве сенсора, который распознает целевые молекулы в водорастворимых веществах и реагирует, изменяя цвет. Эту реакцию можно увидеть невооруженным глазом, а это означает, что не требуется никаких лабораторных инструментов или сложной обработки. Поэтому производство и реализация AUDENA дешевле.

Второй – это новый подход к мимикрии белков, основанный на искусственных ферментах (структурах ДНК, имитирующих реакции белков), которые можно использовать для самых разных приложений, например, в биотехнологии, биомедицинском производстве и даже в энергетическом секторе, если он можно производить более дешевые и стабильные ферменты.

Третий основан на молекулярных роботах (MORO), которые в настоящее время уже применяются в некоторых промышленных процессах. В контексте MARA функциональные ДНК-нанороботы могут определять местонахождение бактериальных патогенов или опухолевых клеток, прежде чем уничтожить их, просверлив их клеточные стенки. Соединение машин с элементами распознавания цели позволяет разрабатывать различные специализированные MORO, создавая подход, который может революционизировать терапию заболеваний и открыть новую область в молекулярной медицине.

Все эти технологии связаны с нанотехнологиями ДНК с использованием нуклеиновых кислот, а не белков, как это было до сих пор. Благодаря этим результатам MARA может помочь сократить использование антибиотиков, сделав их более целенаправленными (цель AUDENAS), что, в свою очередь, замедлит развитие устойчивости к антибиотикам, но не остановит его. Однако мы надеемся, что две другие технологии позволят по-новому взглянуть на бактерии. Следовательно, влияние MARA может быть огромным на здравоохранение в обществе в целом.

Проект уже породил следующий проект. Благодаря переходу EIC к инновационной деятельности – новой программе финансирования, запущенной в 2019 году в рамках схемы Horizon 2020 для повышения эксплуатационного потенциала проектов, финансируемых ЕС, проект MARILIA создал новую концепцию обнаружения, основанную на результатах MARA, для быстрого, недорогая идентификация патогенов человека в пробах воды. Быстрое и экономичное обнаружение патогенов очень важно во многих секторах, таких как здравоохранение, сельское хозяйство и пищевая промышленность. Коммерческий потенциал результатов MARILIA может привести к созданию стартапа для вывода продукта на рынок и улучшения здоровья и безопасности людей во всем мире.