Как спирт в геле убивает бактерии: наука о дезинфекции рук

Дезинфицирующие средства для рук работают, растворяя клеточную мембрану бактерии, а затем денатурируя белки, которые необходимы для жизни бактерий.

Пшик — и готово. Кажется, что бутылочка с гелем творит настоящую магию: секунда — и руки «чисты». Мы уже настолько привыкли к этой процедуре, что она стала таким же ритуалом, как проверка телефона по утрам. Миллиарды людей ежедневно трут ладони, веря в могущество прозрачной жидкости. Но задумывались ли вы когда-нибудь, глядя на пузырьки в геле, что именно происходит в этот момент на поле боя? Как эта субстанция превращает ваши руки в зону, свободную от бактерий?

Вопрос в том, как этот искрящийся гель на самом деле убивает бактерии?

Состав дезинфицирующих средств для рук

Если бы вы перевернули бутылку дезинфицирующего средства для рук и прочитали вкладку «ингредиенты», вы бы нашли такие названия, как изопропиловый спирт, этанол/этиловый спирт или пропанол. Дезинфицирующие средства для рук на неалкогольной основе содержат антибактериальные соединения, такие как бензалконий хлорид или триклозан. Они являются активными компонентами дезинфицирующих средств для рук и отвечают за избавление от этих неприятных бактерий.

Любопытно, что по сути мы используем на коже те же самые соединения, что и в химической лаборатории или… в баре. Изопропиловый спирт — это тот же материал, который используется в спирте, в то время как этанол — ключевой ингредиент выпивки, которую вы пьете каждую субботу, а пропанол — не что иное, как структурный родственник изопропилового спирта. Дезинфицирующее средство для рук должно содержать от 60 до 95% этих спиртовых соединений, чтобы убить микробы. Дезинфицирующее средство для рук с концентрацией алкоголя ниже 60% не эффективно для уничтожения микробов.

Активный ингредиент дезинфицирующих средств для рук, то есть алкоголь, вызывает сухость кожи. Таким образом, такие ингредиенты, как глицерин, каприлилгликоль и изопропилмиристат, используются в качестве кондиционеров для предотвращения высыхания кожи. Ароматизаторы и полимеры добавляются для обеспечения приятного запаха и гелеобразной консистенции соответственно.

Как дезинфицирующие средства для рук убивают бактерии?

Бактериальные клетки, как и любые другие клетки, имеют плазматическую / клеточную мембрану, которая охватывает все другие органеллы. Мембрана действует как барьер между внутренней частью бактерии и внешней средой. Любое повреждение клеточной мембраны откроет шлюзы для гибели бактерий. Именно так работают дезинфицирующие средства для рук. Сначала они растворяют / разъединяют клеточную мембрану, а затем денатурируют белки внутри бактериальных клеток.

Представьте себе вражескую крепость с толстыми стенами. Прежде чем пробраться внутрь и устроить там хаос, нужно эти стены разрушить. Алкоголь в геле — идеальный таран.

Распад клеточной мембраны

Клеточная мембрана бактерии в основном состоит из фосфолипидов. Фосфолипиды — это класс липидов, содержащих на одном конце две гидрофобные (ненавидящие воду и неполярные) жирные кислоты, называемые «хвостами», и «голова», которая по своей природе является гидрофильной (любящей воду и полярной). Фосфатная группа, прикрепленная к голове, делает ее полярной и гидрофильной. Эти две части обычно соединены молекулой глицерина.

Хвосты могут быть гидрофобными, но они также имеют липофильную (липидную) природу. Дезинфицирующие средства для рук используют эту липофильную природу хвостов, чтобы разрушить клеточную мембрану благодаря принципу «подобное растворяет подобное». Неполярные хвосты легко растворяются в других неполярных соединениях.

Органические растворители, то есть пропанол или этанол, используемые в дезинфицирующих средствах для рук, являются амфифильными соединениями, что означает, что они содержат как гидрофильную часть, так и липофильную (или гидрофобную) часть. Они являются основными растворителями и могут растворять как полярные, так и неполярные соединения.

Таким образом, как только молекулы этанола в вашем дезинфицирующем средстве для рук вступают в контакт с клеточной мембраной, они связываются с ней и начинают растворять липофильный хвост. Мембрана, следовательно, теряет свою структурную целостность и разрывается. Само по себе это может привести к гибели бактерий, поскольку клеточные органеллы будут вытекать, но дезинфицирующие средства для рук делают это еще дальше, даже денатурируя клеточные белки.

Денатурация бактериальных белков

Вы, наверное, не раз читали, что белки являются ключом к жизни. Уничтожьте молекулы белка и жизнь организма прекратиться. Денатурация — это разрушение белковых молекул путем приложения внешнего стресса. Внешнее напряжение может быть в форме излучения, тепла или химических соединений, таких как сильная кислота, концентрированная неорганическая соль или органический растворитель. Изопропиловый спирт, этанол и пропанол являются примерами органических растворителей.

Проще говоря, белки — это сложные оригами. Спирт просто разрывает все сгибы, превращая красивые фигурки в бесформенный лист бумаги.

Структура белка играет решающую роль в принятии решения о том, может ли молекула правильно выполнять свои функции или нет. Нарушение структуры белка любым способом сделает их бесполезными и в конечном итоге приведет к гибели клеток.
Дезинфицирующие средства для рук денатурируют белки, вмешиваясь с водородными связями во вторичные и третичные белковые структуры. Во вторичной структуре водородная связь появляется среди амидных групп, в то время как в третичной структуре водородные связи образуются боковыми цепями.

После ослабления клеточной мембраны молекулы алкоголя начинают врываться и разрушать эти водородные связи. Как только образуются новые связи между белковыми молекулами и спиртом, белковые молекулы теряют свою структуру и, следовательно, свою функциональность. Как уже установлено, без функционирования этих белков бактериальная клетка быстро умирает.

Заключение

Итак, вот как работают дезинфицирующие средства для рук, сначала смягчая защитную стенку (клеточную мембрану) бактериальной клетки, а затем атакуя их драгоценные камни (белки). Однако дезинфицирующие средства для рук не всегда работают. Исследователи обнаружили, что дезинфицирующие средства для рук неэффективны, когда руки заметно загрязнены, а также в целом менее эффективны, чем мытье рук обычным мылом и водой. Таким образом, Минздрав рекомендует мыть руки обычным мылом и водой и использовать дезинфицирующие средства для рук только тогда, когда эти ресурсы недоступны.

Так что в следующий раз, когда будете тереть ладони, знайте: вы — полководец, ведущий химическую войну. Но не забывайте, что иногда старый добрый мыльный пузырь побеждает с более высоким счетом.