Naděje v boji proti antibiotické rezistenci: Na VŠCHT vytvořili unikátní molekulu

Fotopřepínač je molekula, která vlivem světla dokáže změnit svůj tvar, barvu nebo magnetické vlastnosti. Fotopřepínač na bázi acylhydrazonů je pak speciální typ molekuly, který je stabilní a po ozáření světlem přechází do tzv. aktivního tripletového stavu, ve kterém dokáže zůstat dlouhou dobu a změnit své vlastnosti.

Tripletový stav je specifický energetický stav molekuly, kdy její elektrony nejsou spárované a mají stejný „spin“ – jejich vlastní směr otáčení. Díky tomu molekula získává hodně energie a může dlouho zůstat aktivní.

Obvykle totiž molekula vydrží v tripletovém stavu jen miliontiny sekundy až milisekundy. Výzkumný tým z VŠCHT a Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR ji ale v tomto stavu dokázal udržet desítky hodin.

Možností, jak nový objev využít v praxi, je hned několik. Jednou z nich je například katalýza řízená světlem, kdy molekula v klidovém stavu nereaguje, po ozáření se však mění na radikálový iniciátor, který dokáže spouštět chemické reakce podle potřeby a po dlouhou dobu.

Katalyzátory by tím pádem mohly být mnohem efektivnější, mít menší spotřebu energie a nižší náklady.

Dále se nabízí využití v magnetických materiálech: konkrétně v oblastech moderní elektroniky, ukládání dat, nebo třeba chytrých senzorů.

„Tripletový stav je paramagnetický, což umožňuje světlem ‚zapisovat‘ informace do materiálu a následně je číst magnetickou detekcí,“ uvedl vedoucí výzkumu Petr Kovaříček.

V neposlední řadě mohou nově objevené molekuly cíleně ničit nebezpečné bakterie  – po ozáření světlem se nové molekuly aktivují a přejdou do tripletového stavu, v němž produkují reaktivní formy kyslíku (ROS). Tyto tzv. ROS dokážou zničit více než 99,99 procenta buněk, ale jen tam, kam se posvítí.

Díky tomu lze cíleně likvidovat i antibioticky rezistentní mikroorganismy, například kmeny zlatého stafylokoka (MRSA) a další patogeny ze seznamu Světové zdravotnické organizace (WHO).

Objev tak představuje perspektivní nástroj pro budoucí fotodynamickou terapii infekcí, kdy světlem aktivované molekuly cíleně ničí antibioticky rezistentní bakterie a plísně.

Nápad využít molekuly proti rezistentním patogenům vznikl vlastně trochu náhodou. Když bakalářský student testoval jejich účinek v biologickém prostředí, očekávalo se, že pravděpodobně nebudou fungovat. Výsledek však všechny překvapil – DNA testovaných mikroorganismů byla zničena téměř úplně, což naznačilo mimořádný potenciál těchto molekul jako cílené zbraně proti nežádoucím bakteriím a plísním.

V současnosti oba týmy ve spolupráci s doktorkou Simonou Lencovou z Ústavu biochemie a mikrobiologie na VŠCHT připravují nový projekt, který má tento objev dále rozpracovat pro medicínské aplikace.

Studie byla publikovaná v časopise Journal of Materials Chemistry C, který ji zařadil mezi nejpozoruhodnější práce roku 2025.