Staphylococcus aureus (S. aureus) er en viktig årsak til både overfladiske og invasive hud- og bløtvevsinfeksjoner. Forekomsten av resistente S. aureus-infeksjoner er et globalt helseproblem, som gjenspeiles i dårlige behandlingsresultater, lange sykehusopphold og en betydelig økonomisk belastning. TARDIS-prosjektet hadde som mål å utvikle innovative antimikrobielle nano-aktiverte hydrogelerstrukturer som inneholder målrettede systemer med i) høy bakteriedrepende effekt mot sykdomsfremkallende S. aureus og ii) evne til å gjenopprette en gunstig mikrobiombalanse og dermed den fysiologiske funksjonen til huden. TARDIS-prosjektet ble finansiert av M-ERA.NET-konsortiet, og prosjektpartnerne var: prosjektkoordinator Universitat Politècnica de Catalunya (Spania); SINTEF Ocean (Norge); Marmara University (Tyrkia); Sofia University (Bulgaria) og Dead Sea and Arava Science Center (Israel).
Målene for SINTEF Ocean var å identifisere og ekstrahere nye marine-deriverte antimikrobielle aktive forbindelser, bestående av peptider og lipider som forårsaker membranforstyrrelse eller dannelse av transmembrane porer i bakterier, noe som fører til cellelyse og celledød. Lipider og peptider fra ulike marine råmaterialer har blitt produsert eller samlet inn, og testet for antimikrobiell aktivitet. Eksempler på lipidprodukter som er testet inkluderer lipider fra restråstoff av norsk fisk (laks, sild), fiskeoljer og etylesterfraksjoner med ulik fettsyresammensetning (samlet inn i samarbeid med flere fiskeoljeforedlingsfabrikker). Peptidproduktene som ble testet ble produsert fra ulike restråstoffer fra fisk, maneter (Aurelia aurita, Periphylla periphylla) og tanglopper (gammarider). I samarbeid med UPC (spanske partnere og prosjektkoordinator) ble det gjennomført flere runder med antimikrobiell og bioaktivitets-evaluering av protein- og lipidfraksjonene.
En lett etylesterfraksjon av fettsyrer, rik på myristinsyre (C14:0) og palmitinsyre (C16:0), utvunnet fra sardin-/ansjosolje, viste god antimikrobiell effekt. For å ha antimikrobiell aktivitet bør etylesterfraksjonen inneholde over 10 % C14:0 og over 30 % C16:0 av de totale fettsyrene.
Siden den første teorien var at de marine omega-3 fettsyrene EPA og DHA har antimikrobiell effekt, har SINTEF Ocean dyrket ulike mikroalger med potensial til å produsere høye mengder av disse fettsyrene. N. oceanica produserte den høyeste mengden lipider, mens den høyeste andelen marine omega-3 fettsyrer ble produsert av C. vulgaris. De optimale betingelsene (dvs. algetype/høstestadie) for å oppnå høyest mulig nivå av EPA og DHA ble definert.
SINTEF Ocean produserte flere protein- og peptidrike fraksjoner fra ulike marine råmaterialer. Fraksjoner fra Periphylla periphylla viste de beste antimikrobielle egenskapene. Det ble imidlertid observert noe variasjon i aktivitet mellom ulike batcher.
TARDIS-prosjektet har generert ny kunnskap om utvinning av antimikrobielle bioaktive forbindelser (proteiner og lipider) fra marine ressurser, samt muligheter og utfordringer knyttet til inkorporering i nanopartikler og hydrogelerstrukturer. Lipidfraksjoner av etylestere rike på myristin- og palmitinsyre viser antimikrobiell effekt, men en utfordring etter inkorporering i nanopartikler er oksidativ stabilitet. Denne utfordringen kan overvinnes ved bruk av effektive antioksidanter. Proteiner utvunnet fra marine ressurser viser både antioksidative og antimikrobielle effekter som kan være nyttige i flere anvendelser. Resultatene fra TARDIS-prosjektet åpner for nye bruksområder for marine protein- og lipidingredienser.
The TARDIS nano-enabling strategies for treating S. aureus skin infections—while preventing the development of antimicrobial resistance, supporting microbiome balance, and restoring normal skin physiological functions—are expected to improve patients’ quality of life by reducing infection incidence and shortening hospitalization periods due to more effective treatment options.
SINTEF Ocean identified antimicrobial lipids and proteins from marine resources with promising activity, both in extract fractions and when incorporated into nanoparticles, which were subsequently formulated into nanogels. Although some batch-to-batch variation in antimicrobial production was observed, the main findings show that light fatty acid fractions, a low-value side stream from omega-3 oil production, as well as fractions derived from jellyfish (Periphylla periphylla), exhibit clear antimicrobial effects. These results open new commercial opportunities for currently low-value marine side streams.
The versatile TARDIS technologies and products also demonstrate potential for broader applications, strengthening collaboration between industries and SMEs within the ingredients and healthcare sectors. Furthermore, TARDIS has fostered new partnerships between research institutes and SMEs, creating a foundation for future developments and innovation.
Staphylococcus aureus (S. aureus) is a major causative agent of superficial and invasive skin and soft tissue infections. The occurrence of resistant S. aureus infections is a global healthcare concern reflected in poor treatment outcomes, long hospital stays and huge financial burden. During the infection establishment, S. aureus cell-to-cell communication process, called quorum sensing (QS), regulates the virulence factors production and formation of antibiotic resistant biofilms via the secretion of highly specific autoinducing signal molecules (AIs). TARDIS will develop innovative antimicrobial nano-enabled hydrogel scaffolds containing targeted systems with i) high bactericidal efficacy towards the pathogenic S. aureus and ii) ability to restore the beneficial microbiome balance and consequently the physiological functions of the skin. New antimicrobial marine-derived lipids and peptides will be employed for production of novel stand-alone nanoparticles with low potential for resistance development. These nano-vehicles will be incorporated into stimuli-responsive hydrogel-based 3D networks, for “on demand” delivery of the antimicrobial natural actives to the site of infection, avoiding toxic effects on human cells and beneficial skin microbiome. Taking advantage of the natural cell-cell communication principles, AIs and QS inhibitors (QSI) specifically interacting with S. aureus will be incorporated onto the surface of the developed nano-bactericides for targeted killing of the pathogen, reducing the side effects on human cells and skin microbiome. The antimicrobial efficacy and specificity of the nano-enabled hydrogels will be validated in vitro and in vivo. The treatment potential and effect of the skin microbiome balance will be further assessed by metagenome analysis, and the nano-safety of the developed antibacterials will be evaluated in accordance with OECD test guidelines.
