Ученые определили условия антибактериального действия наночастиц оксида меди
Ученые Тамбовского государственного университета имени Г.Р. Державина установили, что ключевую роль в проявлении антибактериальных свойств наночастиц оксида меди, которые рассматривают в качестве альтернативы антибиотикам, играет их химическое окружение.
Инфекции, устойчивые к уже существующим антибиотикам, ежегодно становятся причиной смерти сотен тысяч людей. Помимо медицины, антибактериальные вещества необходимы и в других сферах, таких как сельское хозяйство и биотехнологии. Поэтому ученые активно исследуют различные материалы, способные преодолеть резистентность бактерий, выступить в качестве альтернативных антибиотиков.
Одними из перспективных кандидатов на эту роль являются наночастицы оксида меди (CuO), которые проявляют высокую активность против патогенных микроорганизмов. Такие частицы коммерчески доступны, их можно использовать в составе красок, тканей, а также в качестве антимикробных покрытий. По оценкам ученых, подобные покрытия способны убивать около 99,9% бактерий за 2 часа. Однако достичь таких рекордных показателей на практике не просто. Противомикробные свойства наночастиц оксида меди сильно зависят от различных внешних факторов.
«В отличие от грамположительных бактерий, грамотрицательные, имеющие толстую клеточную мембрану, гораздо лучше защищены от химических повреждений, что делает борьбу с ними более трудоемкой. Поэтому мы выбрали грамотрицательную кишечную палочку и постарались смоделировать различные реалистичные условия, в которых на нее могут воздействовать наночастицы оксида меди. Мы использовали разные типы жидких сред, различные стабилизаторы коллоидных частиц. Кроме того, сами частицы взяли трех разных форм — хлопьевидные, палочковидные и сферические», — рассказала ведущий автор исследования, директор НОЦ экологии и биотехнологий ТГУ им. Г.Р. Державина Ольга Захарова.
Главным фактором, определяющим силу антибактериального действия, оказался не размер или форма наночастиц, а химический состав окружающей среды. Так, в дистиллированной воде все типы наночастиц проявили наибольшие антибактериальные эффекты. Мощным фактором, усиливающим токсичность наночастиц оксида меди, стало использование стабилизатора коллоидных систем — додецилсульфата натрия, особенно в сочетании с другим типом среды — бульоном LB. Любопытно, что этот же стабилизатор в водной среде снижал антибактериальное действие наночастиц. А вот другой стабилизатор — Тритон Х100, а также физиологический раствор в качестве окружающей среды не способствовали негативному воздействию наночастиц на бактерии. Более того, в некоторых случаях наблюдался рост бактериальной культуры.
По словам ученых, полученные результаты могут быть использованы при создании бактерицидных и фунгицидных препаратов и покрытий для медицины, сельского хозяйства, пищевых технологий и биотехнологий на основе наночастиц оксида меди. В дальнейшем ученые планируют расширить перечень исследуемых патогенных микроорганизмов и запатентовать наиболее эффективные комбинации наночастиц и их химического окружения в качестве нового способа борьбы с ними.
Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда.