Противомикробный эффект наночастиц оксида меди оказался зависим от окружающей среды

Ученые установили, что наночастицы оксида меди максимально эффективно убивают микробы, находясь в обычной дистиллированной воде или в питательном бульоне для выращивания бактерий со стабилизатором SDS — натриевой солью органической кислоты. Физиологический раствор, широко используемый в медицине, например, при обезвоживании и интоксикации организма, напротив, снижал действенность наночастиц. Полученные результаты будут полезны при создании антибактериальных покрытий и препаратов на основе оксида меди и помогут добиться их максимальной эффективности с учетом предполагаемых условий применения. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Nanomaterials.

Бактерии, устойчивые к существующим лекарствам, ежегодно становятся причиной смерти более миллиона человек. В частности, внутрибольничные инфекции, вызванные такими микроорганизмами, обнаруживаются в среднем у 4–10% пациентов и занимают шестое место среди причин смертности в развитых странах. Поэтому ученые ищут новые антимикробные вещества и материалы, которые востребованы не только в медицине, но и в сельском хозяйстве и биотехнологии. Один из кандидатов — наночастицы оксида меди, которые проявляют высокую активность против болезнетворных микроорганизмов. Так, согласно исследованиям, такие наночастицы убивают около 99,9% бактерий всего за два часа, что делает их перспективными для использования в качестве противомикробных покрытий. Однако достичь такого сильного антибактериального эффекта на практике непросто, поскольку свойства наночастиц оксида меди сильно зависят от внешних факторов и условий синтеза.

Ученые из Тамбовского государственного университета имени Г.Р. Державина (Тамбов) выяснили, как химическое окружение наночастиц оксида меди влияет на их антибактериальные свойства.

Авторы смоделировали различные реалистичные условия, в которых наночастицы оксида меди могут воздействовать на кишечную палочку (Escherichia coli) — бактерию, вызывающую внутрибольничные кишечные инфекции и устойчивую к большинству известных антибиотиков. Исследователи использовали коммерчески доступные наночастицы трех разных форм — хлопьевидные, палочковидные и сферические. Их поместили в жидкие среды, которые готовили на основе дистиллированной воды, физиологического раствора, бульона для роста бактерий LB и стабилизаторов Тритона X-100 и SDS — органических поверхностно-активных веществ. Среды различались между собой комбинациями этих компонентов. В них поместили клетки Escherichia coli и спустя 12 часов проверили жизнеспособность бактерий.

Оказалось, больше всего на антибактериальное действие влияли не размер или форма наночастиц, а химический состав окружающей среды. Так, все типы наночастиц были наиболее эффективны в дистиллированной воде — здесь они уменьшили количество клеток бактерий на 30% по сравнению с исходным. Если в дистиллированную воду вносили стабилизаторы, они практически не влияли на свойства наночастиц, однако в другой среде — с питательным бульоном LB — стабилизатор SDS усилил токсичность оксида меди на 30–80%, в результате чего антибактериальный эффект наночастиц был примерно таким же, как в дистиллированной воде. В физиологическом растворе антибактериальные эффекты были минимальными, или вовсе наблюдался рост микроорганизмов. Это говорит о том, что такую среду не стоит использовать при приготовлении препаратов на основе наночастиц.

«Полученные результаты будут полезны при создании бактерицидных и фунгицидных препаратов и покрытий для медицины, сельского хозяйства, пищевых технологий и биотехнологий на основе наночастиц оксида меди. Наше исследование помогает лучше понять противомикробный потенциал наночастиц и подтверждает, что нужно только правильно смоделировать ожидаемые условия их применения. В дальнейшем мы планируем расширить перечень исследуемых патогенных микроорганизмов и запатентовать наиболее эффективные комбинации наночастиц и их химического окружения в качестве нового способа борьбы с бактериями», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Ольга Захарова, кандидат биологических наук, директор НОЦ «Экологии и биотехнологий» ТГУ имени Г.Р. Державина.