Preview

Российские нанотехнологии

Расширенный поиск

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ СВЕЖЕПРИГОТОВЛЕННЫХ И СУТОЧНЫХ ВОДНЫХ ДИСПЕРСИЙ НАНОЧАСТИЦ МЕДИ И ОКСИДА МЕДИ НА БАКТЕРИИ E. COLI

Полный текст:

Аннотация

Наночастицы меди и оксида меди — перспективные кандидаты на роль «новых антибиотиков». Однако характеристики их воздействия на микроорганизмы в зависимости от природы дисперсионной среды и времени хранения суспензий до конца не изучены, что ограничивает возможности практического применения.

Проводилась сравнительная оценка эффектов свежеприготовленных и суточных суспензий наночастиц меди и оксида меди размером 100 нм на бактерии E. coli с помощью биолюминесцентного теста. В качестве дисперсионных сред использовались дистиллированная вода и физиологический раствор, концентрация наночастиц составляла 1…0.0001 г/л. Выявлены существенные различия антибактериальных свойств свежеприготовленных суспензий наночастиц оксида меди и меди. В обоих типах дисперсионных сред коллоидные растворы оксида меди оказали значительное токсическое действие во всех исследуемых концентрациях (выживаемость бактерий составила менее 20–40 %). Для наночастиц меди отмечено антибактериальное действие только при 1 г/л (выживаемость менее 50 %) в свежих водных дисперсиях и при 0.01…1 г/л в растворах на основе физиологической жидкости (выживаемость 15–75 %), т.е. в данном случае существенна роль дисперсионной среды. Суточное выдерживание растворов привело к значительному снижению токсичности коллоидных систем наночастиц оксида меди как в воде, так и в физиологическом растворе, тогда как антибактериальное действие суспензий наночастиц меди практически не менялось вне зависимости от типа среды. Причиной данных явлений могут быть отмеченные изменения устойчивости коллоидных систем, сопровождающиеся процессами агрегации наночастиц.

Полученные результаты указывают на важность учета природы дисперсионной среды и времени хранения суспензий наночастиц на основе меди для эффективного использования их в качестве противомикробных агентов.

Об авторах

О. В. Захарова
Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина; НИТУ «МИСиС»
Россия

392000, Тамбов, ул. Интернациональная, 33; 119049, Москва, Ленинский просп., 4



А. А. Гусев
Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина
Россия

392000, Тамбов, ул. Интернациональная, 33; 119049, Москва, Ленинский просп., 4



Ю. В. Алтабаева
Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина
Россия

392000, Тамбов, ул. Интернациональная, 33



С. Ю. Перова
НИТУ «МИСиС»
Россия

119049, Москва, Ленинский просп., 4



Список литературы

1. Kolar M., Urbanek K., Latal T. Antibiotic selective pressure and development of bacterial resistance // Int. J. Antimicrob. Agents. 2001. V. 17. P. 357–363.

2. Antibiotic resistance major public health problem [Digital resource] — URL: http://www.medicalnewstoday.com/articles/252956.php

3. What is antibiotic resistance and why is it a problem? [Digital resource] // Alliance for the Prudent Use of Antibiotics (APUA) — URL: http://www.tufts.edu/med/apua/about_issue/antibiotic_res.shtml

4. WHO report published on April 30, 2014 Atibiotic resistance reveals serious, worldwide threat to public health [Digital resource] // World Health Organization. Media centre URL: http://www.who.int/mediacentre/news/releases/2014/amr-report/ru/ (accessed: 10.07.2014)

5. Wang L., Hu Ch., and Shao L. The antimicrobial activity of nanoparticles: present situation and prospects for the future // Int. J Nanomedicine. 2017. V. 12. P. 1227–1249.

6. Gould I.M., Bal A.M. New antibiotic agents in the pipeline and how they can overcome microbial resistance // Virulence. 2013. V. 4. № 2. P. 185–191.

7. Wright G.D. Something new: revisiting natural products in antibiotic drug discovery // Can. J Microbiol. 2014. V. 60. № 3. P. 147–154.

8. Sengupta S., Chattopadhyay M.K., Grossart H.P. The multifaceted roles of antibiotics and antibiotic resistance in nature // Front Microbiol. 2013. V.4. P. 47.

9. Centers for disease control and prevention, Office of infectious disease antibiotic resistance threats in the United States, 2013. Apr, 2013. Available at: http://www.cdc.gov/drugresistance/threat-report-2013. Accessed January 28, 2015.

10. Tenover F.C. Mechanisms of antimicrobial resistance in bacteria // Am J Med. 2006. V. 119. № 6. P. S10.

11. Azam A., Ahmed A.S., Oves M., Khan M.S., Habib S.S., Memic A. Antimicrobial activity of metal oxide nanoparticles against Gram-positive and Gram-negative bacteria: a comparative study // Int. J. Nanomed. 2012. V. 7. P. 6003–6009.

12. Liu W., Su P., Chen S., Wang N., Ma Y., Liu Y., Wang J., Zhang Z., Li H., Webster T.J. Synthesis of TiO2 nanotubes with ZnO nanoparticles to achieve antibacterial properties and stem cell compatibility // Nanoscale. 2014. V. 6. P. 9050–9062.

13. Besinis A., De Peralta T., Handy R.D. The antibacterial effects of silver, titanium dioxide and silica dioxide nanoparticles compared to the dental disinfectant chlorhexidine on Streptococcus mutans using a suite of bioassays // Nanotoxicology. 2014. V. 8. № 1. P. 1–16.

14. Peng C., Zhang W., Gao H., Li Y., Tong X., Li K., Zhu X., Wang Y., Chen Y. Behavior and potential impacts of metal-based engineered nanoparticles in aquatic environments // Nanomaterials (Basel). 2017. V. 22. P. 7.

15. Slavin Y.N., Asnis J., Häfeli U.O., Bach H. Metal nanoparticles: understanding the mechanisms behind antibacterial activity // J Nanobiotechnology. 2017. V. 15. P. 65.

16. Hajipour M.J., Fromm K.M., Ashkarran A.A., Jimenez de Abe-rasturi D., de Larramendi I.R., Rojo T., Serpooshan V., Parak W.J., Mahmoudi M. Antibacterial properties of nanoparticles // Trends Biotechnol. 2012. V. 30. № 10. P. 499–511.

17. Vimbela G.V., Ngo S.M., Fraze C., Yang L., Stout D.A. Antibacterial properties and toxicity from metallic nanomaterials // Int. J. Nanomedicine. 2017. V. 12. P. 3941–3965.

18. Zhang W., Li Y., Niu J., Chen Y. Photogeneration of reactive oxygen species on uncoated silver, gold, nickel, and silicon nanoparticles and their antibacterial effects // Langmuir. 2013. V. 29. № 15. P. 4647–4651.

19. Nieder R., Benbi D.K., Reichl F.X. (2018) Microelements and their role in human health. Soil components and human health. Springer, Dordrecht. рр. 317–374.

20. Prashanth L., Kattapagari K.K., Chitturi R.T., Baddam V.R.R., Prasad L.K. A review on role of essential trace elements in health and disease // J. Dr. NTR Univ. Health Sci. 2015. V. 4. № 2. P. 75–85.

21. Gunawan C., Teoh W.Y., Marquis Ch.P., Amal R. Cytotoxic origin of copper(II) oxide nanoparticles: comparative studies with micron-sized particles, leachate, and metal salts // ACS Nano. 2011. V. 5. № 9. P. 7214–7225.

22. Dimkpa Ch.O., Calder A., Britt D.W., McLean J.E., Anderson A.J. Responses of a soil bacterium, Pseudomonas chlororaphis O6 to commercial metal oxide nanoparticles compared with responses to metal ions // Environ Pollut. 2011. V. 159. № 7. P. 1749–1756.

23. DeAlba-Montero I., Guajardo-Pacheco J., Morales-Sánchez E., Araujo-Martínez R., Loredo-Becerra G.M., Martínez-Castañón G.A., Ruiz F., Compeán Jasso M.E.. Antimicrobial properties of copper nanoparticles and amino acid chelated copper nanoparticles produced by using a soya extract // Bioinorg. Chem. Appl. 2017. P. 1064918.

24. Godymchuk A., Frolov G., Gusev A., Zakharova O., Yunda E., Kuznetsov D., Kolesnikov E. Antibacterial properties of copper nanoparticle dispersions: influence of synthesis conditions and physicochemical characteristics // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2015. V. 98. P. 012033.

25. Zakharova O.V., Godymchuk A.Yu., Gusev A.A., Gulchenko S.I., Vasyukova I.A., Kuznetsov D.V. Considerable variation of antibacterial activity of Cu nanoparticles suspensions depending on the storage time, dispersive medium, and particle sizes // BioMed. Res. Int. 2015. P. 412530.

26. Ren G., Hu D., Cheng E.W., Vargas-Reus M.A., Reip P., Allaker R.P. Characterisation of copper oxide nanoparticles for antimicrobial applications // Int. J. Antimicrob. Agents. 2009. V. 33. № 6. P. 587–590.

27. Hsueh Y.H., Tsai P.H., Lin K.S. pH-Dependent antimicrobial properties of copper oxide nanoparticles in staphylococcus aureus // Int. J. Mol. Sci. 2017. V. 8. P. 18 (4 pp.).

28. Baranwal A., Srivastava A., Kumar P., Bajpai V.K., Maurya P.K., Chandra P. Prospects of nanostructure materials and their composites as antimicrobial agents // Front Microbiol. 2018. V. 9. P. 422.

29. Дезинфицирующее средство «Ника-хлор» [электронный ресурс] — URL: http://geniks.ru/catalog/medical/hlors/

30. Diez D.M., Barr Ch.D., Mine C.R. (2017). OpenIntro Statistics (3rd ed.). OpenIntro. Retrieved 11 November 2017.

31. McQuillan J.S., Shaw A.M. Differential gene regulation in the Ag nanoparticle and Ag(+)-induced silver stress response in Escherichia coli: a full transcriptomic profile // Nanotoxicology. 2014. V. 8. P. 177–184.

32. Wang D., Lin Z., Wang T., Yao Z., Qin M., Zheng S., Lu W. Where does the toxicity of metal oxide nanoparticles come from: The nanoparticles, the ions, or a combination of both? // J. Hazard Mater. 2016. V. 5. P. 328–334.

33. Годымчук, А.Ю., Савельев Г.Г., Горбатенко Д.В. Растворение нанопорошков меди в неорганических биологических средах // Журн. общей химии. 2010. Т. 80. № 5. С. 711–718.

34. Nair S., Sasidharan A., Rani V.V.D., Menon D., Manzoor K., Raina S. Role of size scale of ZnO nanoparticles and microparticles on toxicity toward bacteria and osteoblast cancer cells // J. Mater. Sci. Mater. Med. 2009. V. 20. № 1. P. 235–241.

35. Martínez-Castañón G.A., Niño-Martínez N., Martínez-Gutierrez F., Martínez-Mendoza J.R., Ruiz F. Synthesis and antibacterial activity of silver nanoparticles with different sizes // J. Nanopart. Res. 2008. V. 10. № 8. P. 1343–1348.

36. Karlsson H.L., Gustafsson J., Cronholm P., M¨oller L. Sizedependent toxicity of metal oxide particles — a comparison between nano- and micrometer size // Toxicol. Lett. 2009. V. 188. № 2. P. 112–118.


Просмотров: 95


ISSN 1992-7223 (Print)