Антибактериальные свойства наночастиц серебра и мембранотропные механизмы иx действия

  • Лилит Сергеевна Габриелян Ереванский государственный университет, ул. Алека Манукяна, 1, 0025, г. Ереван, Армения; Российско-Армянский университет, ул. Овсепа Эмина, 123, 0051, г. Ереван, Армения
  • Армен Амбарцумович Трчунян Ереванский государственный университет, ул. Алека Манукяна, 1, 0025, г. Ереван, Армения; Российско-Армянский университет, ул. Овсепа Эмина, 123, 0051, г. Ереван, Армения
DOI: https://doi.org/10.33581/2521-1722-2020-3-64-71

Аннотация

В настоящее время наночастицы (НЧ) металлов могут рассматриваться в качестве альтернативных агентов для преодоления антибиотикоустойчивости. Исследовано влияние НЧ серебра на грамположительные (Enterococcus hirae ATCC9790, Staphylococcus aureus MDC5233) и грамотрицательные (Escherichia coli K-12, Salmonella typhimurium MDC1759) бактерии. НЧ серебра демонстрировали антибактериальную активность в отношении использованных бактерий, что проявлялось в подавлении удельной скорости роста и уменьшении количества колониеобразующих единиц. При этом бактерицидное действие НЧ серебра на грамположительные бактерии было более выраженным, чем на грамотрицательные бактерии. Для выявления механизмов влияния НЧ также были проанализированы изменение окислительно-восстановительного потенциала (ОВП), потока протонов через бактериальную мембрану и выделение водорода (H2). При добавлении НЧ наблюдалось ингибирование выхода H2 и изменение энергозависимого переноса протонов через Fo F1-АТФазу, что свидетельствует о влиянии НЧ серебра на активность мембраносвязанных ферментов. Полученные данные указывают на то, что НЧ серебра обладают выраженным антибактериальным действием в отношении исследованных бактерий и могут применяться в биомедицине.

Биографии авторов

Лилит Сергеевна Габриелян , Ереванский государственный университет, ул. Алека Манукяна, 1, 0025, г. Ереван, Армения; Российско-Армянский университет, ул. Овсепа Эмина, 123, 0051, г. Ереван, Армения

кандидат биологических наук, доцент; доцент кафедры биохимии, микробиологии и биотехнологии биологического факультета Ереванского государственного университета, доцент кафедры медицинской биохимии и биотехнологии Института биомедицины и фармации Российско-Армянского университета.

Армен Амбарцумович Трчунян , Ереванский государственный университет, ул. Алека Манукяна, 1, 0025, г. Ереван, Армения; Российско-Армянский университет, ул. Овсепа Эмина, 123, 0051, г. Ереван, Армения

член-корреспондент НАН Республики Армения, заслуженный деятель науки Республики Армения, доктор биологических наук, профессор; заведующий кафедрой биохимии, микробиологии и биотехнологии биологического факультета Ереванского государственного университета, профессор кафедры медицинской биохимии и биотехнологии Института биомедицины и фармации Российско-Армянского университета

Литература

  1. Raghunath A, Perumal E. Metal oxide nanoparticles as antimicrobial agents: a promise for the future. International Journal of Antimicrobial Agents. 2017;49(2):137–152. DOI: 10.1016/j.ijantimicag.2016.11.011.
  2. Singh R, Smitha MS, Singh SP. The role of nanotechnology in combating multi-drug resistant bacteria. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2014;14(7):4745– 4756. DOI: 10.1166/jnn.2014.9527.
  3. Trchounian A, Gabrielyan L, Mnatsakanyan N. Nanoparticles of various transition metals and their applications as antimicrobial agents. In: Saylor Y, Irby V, editors. Metal nanoparticles: properties, synthesis and applications. Hauppauge: Nova Science Publishers; 2018. p. 161–211.
  4. Wang L, Hu Ch, Shao L. The antimicrobial activity of nanoparticles: present situation and prospects for the future. International Journal of Nanomedicine. 2017;12:1227–1249. DOI: 10.2147/IJN.S121956.
  5. Burdușel AC, Gherasim O, Grumezescu AM, Mogoantă L, Ficai A, Andronescu E. Biomedical applications of silver nanoparticles: an up-to-date overview. Nanomaterials. 2018;8(9):681. DOI: 10.3390/nano8090681.
  6. Lee SH, Jun BH. Silver nanoparticles: synthesis and application for nanomedicine. International Journal of Molecular Science. 2019;20(4):865. DOI: 10.3390/ijms20040865.
  7. Franci G, Falanga A, Galdiero S, Palomba L, Rai M, Morelli G, Galdiero M. Silver nanoparticles as potential antibacterial agents. Molecules. 2015;20(5):8856–8874. DOI: 10.3390/molecules20058856.
  8. Gurunathan S, Han JW, Kwon DN, Kim JH. Enhanced antibacterial and anti-biofilm activities of silver nanoparticles against gram-negative and gram-positive bacteria. Nanoscale Research Letters. 2014;9(1):373. DOI: 10.1186/1556-276X-9-373.
  9. Sathyanarayanan MB, Balachandranath R, Srinivasulu YG, Kannaiyan SK, Subbiahdoss G. The effect of gold and iron oxide nanoparticles on biofilm-forming pathogens. International Scholar Research Notices. 2013;2013:272086. DOI: 10.1155/2013/272086.
  10. Gabrielyan L, Hovhannisyan A, Gevorgyan V, Ananyan M, Trchounian A. Antibacterial effects of iron oxide (Fe3O4) nanoparticles: distinguishing concentration-dependent effects with different bacterial cells growth and membrane-associated mechanisms. Applied Microbiology and Biotechnology. 2019;103(6):2773–2782. DOI: 10.1007/s00253-019-09653-x.
  11. Gabrielyan L, Hakobyan L, Hovhannisyan A, Trchounian A. Effects of iron oxide (Fe3O4) nanoparticles on Escherichia coli antibiotic-resistant strains. Journal of Applied Microbiology. 2019;126(4):1108–1116. DOI: 10.1111/jam.14214.
  12. McShan D, Ray PC, Yu H. Molecular toxicity mechanism of nanosilver. Journal of Food and Drug Analysis. 2014;22(1):116–127. DOI: 10.1016/j.jfda.2014.01.010.
  13. Arokiyaraj S, Hairul Islam VI, Bharanidraran R, Raveendar S, Lee J, Kim DH, et al. Antibacterial, anti-inflammatory and probiotic potential of Enterococcus hirae isolated from the rumen of Bos primigenius. World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2014;30(7):2111–2118. DOI: 10.1007/s11274-014-1625-0.
  14. Vardanyan Z, Gevorkyan V, Ananyan M, Vardapetyan H, Trchounian A. Effects of various heavy metal nanoparticles on Enterococcus hirae and Escherichia coli growth and proton-coupled membrane transport. Journal of Nanobiotechnology. 2015;13(69):1–9. DOI: 10.1186/s12951-015-0131-3.
  15. Clements A, Young JC, Constantinou N, Frankel G. Infection strategies of enteric pathogenic Escherichia coli. Gut Microbes. 2012;3(2):71–87. DOI: 10.4161/gmic.19182.
  16. Foulquié Moreno MR, Sarantinopoulos P, Tsakalidou E, De Vuyst L. The role and application of enterococci in food and health. International Journal of Food Microbiology. 2006;106(1):1–24. DOI: 10.1016/j.ijfoodmicro.2005.06.026.
  17. Akbar A, Sadiq MB, Ali I, Muhammad N, Rehman Z, Khan MN, et al. Synthesis and antimicrobial activity of zinc oxide nanoparticles against foodborne pathogens Salmonella typhimurium and Staphylococcus aureus. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2019;17:36–42. DOI: 10.1016/j.bcab.2018.11.005.
  18. Ayala-Núñez NV, Lara Villegas HH, del Carmen Ixtepan Turrent L, Padilla CR. Silver nanoparticles toxicity and bactericidal effect against methicillin-resistant Staphylococcus aureus: nanoscale does matter. Nanobiotechnology. 2009;5:2–9. DOI: 10.1007/s12030-009-9029-1.
  19. Poladyan A, Avagyan A, Vassilian A, Trchounian A. Oxidative and reductive routes of glycerol and glucose fermentation by Escherichia coli batch cultures and their regulation by oxidizing and reducing reagents at different pHs. Current Microbiology. 2013;66(1):49–55. DOI: 10.1007/s00284-012-0240-2.
  20. Trchounian A. Mechanisms for hydrogen production by different bacteria during mixed-acid and photofermentation and perspectives of hydrogen production biotechnology. Critical Reviews in Biotechnology. 2015;35(1):103–113. DOI: 10.3109/07388551.2013.809047.
  21. Gabrielyan L, Sargsyan H, Trchounian A. Novel properties of photofermentative biohydrogen production by purple bacteria Rhodobacter sphaeroides: effects of protonophores and inhibitors of responsible enzymes. Microbial Cell Factories. 2015;14:131–140. DOI: 10.1186/s12934-015-0324-3.
  22. Manoyan J, Gabrielyan L, Kozel N, Trchounian A. Regulation of biohydrogen production by protonophores in novel green microalgae Parachlorella kessleri. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2019;199:111597. DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2019.111597.
Опубликован
2021-01-15
Ключевые слова: наночастицы серебра, рост бактерий, окислительно-восстановительный потенциал, энергозависимый поток протонов, выделение водорода
Поддерживающие организации Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках финансирования научно-исследовательской деятельности Российско-Армянского университета.
Как цитировать
Габриелян , Л. С., & Трчунян , А. А. (2021). Антибактериальные свойства наночастиц серебра и мембранотропные механизмы иx действия. Экспериментальная биология и биотехнология, 3, 64-71. https://doi.org/10.33581/2521-1722-2020-3-64-71
Выпуск
№ 3 (2020): Журнал Белорусского государственного университета. Биология
Раздел
Биотехнология и микробиология

Copyright (c) 2021 Журнал Белорусского государственного университета. Биология

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).