A királypitonok klasszikus védekezési manővere, hogy összegömbölyödnek, és behúzzák a fejüket. Pikkelyeik viszont egy másik, sokkal finomabb védekezési módszert rejtenek: mikroszkopikus tüskéket, amelyek gátolják a baktériumok elszaporodását. A felfedezés, amelyről március 11-én számoltak be a szakértők az ACS Omega oldalain, olyan antimikrobiális anyagok kifejlesztését inspirálhatja, amelyek vegyi védelem helyett mechanikus úton működnek. „A mechanikus módszereket együtt használhatnánk az antibiotikumokkal” – mondja Andrew Parnell, a Sheffieldi Egyetem polimerfizikusa, aki nem vett részt a kutatásban. „A régi antibiotikumok egy részét egy ilyen kétirányú megközelítéssel újrahasznosíthatnánk.”
A mikroszerkezetek a természetben mindenütt megtalálhatók. A madártollaknak ragyogó színeket kölcsönöznek. A póréhagymán, a lótuszleveleken és a rózsasziromon található apró kiemelkedések segítenek a növényeknek a víz lefolyatásában. A cápapikkelyeken levő mikroszkopikus bordázat csökkenti a közegellenállást. A kutatók azt is vizsgálják, hogy a gekkó bőrének és a kabócák szárnyainak szőrszerű struktúrái hogyan gátolhatják a baktériumok megtelepedését. És bár a kígyóbőr mikroszerkezetét is tanulmányozták már a szín és a mozgásra gyakorolt hatás tekintetében, a baktériumok elleni potenciális védelmével eddig nem nagyon foglalkoztak.
Václav Peroutka, a Prágai Vegyi és Műszaki Egyetem kutatója és az általa vezetett kutatócsoport alaposan megvizsgálta a királypiton (Python regius) pikkelyeit, amelyek sűrű mikroszkopikus tüskékből álló rácsot hordoznak. Minden tüske körülbelül 9 mikrométer hosszú, ami nagyjából egy sejt méretének felel meg. A kutatók feltételezték, hogy a tüskék gátolhatják a biofilmek kialakulását, amelyek akkor jönnek létre, amikor a mikrobiális közösségek védő nyálkarétegeket választanak ki, amelyek segítenek nekik a felületekhez tapadni. A biofilmek bent tartják a tápanyagokat és kizárják az antibakteriális szereket, miközben lehetővé teszik a mikrobák számára, hogy géneket cseréljenek egymással, beleértve az antibiotikum-rezisztenciát biztosító DNS-szakaszokat is. A biofilmmel rendelkező baktériumok akár 1000-szer rezisztensebbek lehetnek, mint a szabadon élők.
A csapat a Plzeňi Állatkertben gyűjtött, levált kígyóbőröket felhasználva az egyes pikkelyeket tűkre erősített, majd tápanyagokban gazdag táptalajban kétféle baktérium egyikével – Escherichia coli vagy Staphylococcus aureus – inkubálta őket. 48 óra elteltével a polisztirolból készült kontrollmintákat vastag, érett biofilmek borították. A kígyópikkelyek azonban sokkal ellenállóbbak voltak a mikrobákkal szemben: az E. coli és a S. aureus 88%-kal, illetve 78%-kal kevésbé tapadt hozzájuk. Mikroszkóp alatt az látszott, hogy a pikkelyek felületén csak ritkán települtek meg a baktériumok, amelyek legfeljebb a tüskék között találtak menedéket.
A kutatók több lehetséges mechanizmust is felvetnek arra vonatkozóan, hogy a tüskék hogyan gátolhatják a biofilmek kialakulását. A kiemelkedések korlátozhatják a baktériumokkal érintkező felületet, vagy geometrikusan instabil formációkba kényszeríthetik a mikrobákat. A kutatók szerint az is lehetséges, hogy a csúcsos részek fizikailag károsítják a baktériumok sejtmembránjait, vagy valamilyen módon korlátozzák a biofilm kiválasztására való képességüket.
Parnell szívesen látna további kutatásokat a konkrét hatásmechanizmus azonosítása érdekében. A konkrét folyamatok megértése ugyanis kulcsfontosságú ahhoz, hogy a biológiai ihletésű fejlesztéseket gyakorlati termékekké alakítsák és optimalizálják, mondja Gregory Watson, a Sunshine Coast Egyetem biomimetikus és nanotechnológiai kutatója is. Ugyanakkor ahhoz, hogy a hasonló mikroszerkezetű antimikrobiális termékek valaha is elterjedjenek, a közvéleménynek is el kell fogadnia a koncepcióváltást, jegyzi meg Parnell. „Ha átállunk egy olyan rendszerre, amelyben nem használunk vegyszereket, el kell fogadnunk, hogy a baktériumölő hatékonyság sokkal alacsonyabb lesz. De ezzel együtt jár az a nagy előny, hogy ezeket sokkal több helyen használhatjuk” – mondja a kutató.
