Ystyrir bod nanoronynnau arian (AgNPs) yn arf a allai fod yn ddefnyddiol ar gyfer rheoli pathogenau amrywiol.Fodd bynnag, mae pryderon ynghylch rhyddhau AgNPs i gyfryngau amgylcheddol, gan y gallent greu effeithiau andwyol ar iechyd dynol ac ecolegol.Yn yr astudiaeth hon, fe wnaethom ddatblygu a gwerthuso coloid hybrid magnetig newydd maint micromedr (MHC) wedi'i addurno ag AgNPs (AgNP-MHCs) o wahanol faint.Ar ôl cael eu cymhwyso ar gyfer diheintio, gellir adennill y gronynnau hyn yn hawdd o gyfryngau amgylcheddol gan ddefnyddio eu priodweddau magnetig a pharhau i fod yn effeithiol ar gyfer anactifadu pathogenau firaol.Fe wnaethom werthuso effeithiolrwydd AgNP-MHCs ar gyfer anactifadu bacteriophage ϕX174, norofeirws murine (MNV), a seroteip adenovirws 2 (AdV2).Roedd y firysau targed hyn yn agored i AgNP-MHCs am 1, 3, a 6 h ar 25 ° C ac yna eu dadansoddi trwy assay plac a TaqMan PCR amser real.Roedd yr AgNP-MHCs yn agored i ystod eang o lefelau pH ac i ddŵr tap a dŵr wyneb i asesu eu heffeithiau gwrthfeirysol o dan amodau amgylcheddol gwahanol.Ymhlith y tri math o AgNP-MHCs a brofwyd, dangosodd Ag30-MHCs yr effeithiolrwydd uchaf ar gyfer anactifadu'r firysau.Gostyngwyd yr ϕX174 a'r MNV fwy na 2 log10 ar ôl dod i gysylltiad â 4.6 × 109 Ag30-MHCs/ml am 1 h.Dangosodd y canlyniadau hyn y gellid defnyddio'r AgNP-MHCs i anactifadu pathogenau firaol gyda'r posibilrwydd lleiaf posibl o ryddhau i'r amgylchedd.

Gyda datblygiadau diweddar mewn nanotechnoleg, mae nanoronynnau wedi bod yn cael mwy o sylw ledled y byd ym meysydd biotechnoleg, meddygaeth ac iechyd y cyhoedd (1,2).Oherwydd eu cymhareb arwyneb-i-gyfaint uchel, mae gan ddeunyddiau maint nano, sy'n amrywio o 10 i 500 nm fel arfer, briodweddau ffisicocemegol unigryw o gymharu â deunyddiau mwy (1).Gellir rheoli siâp a maint nanoddeunyddiau, a gellir cyfuno grwpiau swyddogaethol penodol ar eu harwynebau i alluogi rhyngweithio â rhai proteinau neu gymeriant mewngellol (3,-5).

Mae nanoronynnau arian (AgNPs) wedi'u hastudio'n eang fel cyfrwng gwrthficrobaidd (6).Defnyddir arian i greu cyllyll a ffyrc cain, ar gyfer addurno, ac mewn cyfryngau therapiwtig.Mae cyfansoddion arian fel sulfadiazine arian a rhai halwynau wedi'u defnyddio fel cynhyrchion gofal clwyfau ac fel triniaethau ar gyfer clefydau heintus oherwydd eu priodweddau gwrthficrobaidd (6,7).Mae astudiaethau diweddar wedi datgelu bod AgNPs yn effeithiol iawn ar gyfer anactifadu gwahanol fathau o facteria a firysau (8,-11).Mae ïonau AgNPs ac Ag + sy'n cael eu rhyddhau o AgNPs yn rhyngweithio'n uniongyrchol â biomoleciwlau sy'n cynnwys ffosfforws neu sylffwr, gan gynnwys DNA, RNA, a phroteinau (12,-14).Dangoswyd eu bod hefyd yn cynhyrchu rhywogaethau ocsigen adweithiol (ROS), gan achosi difrod pilen mewn micro-organebau (15).Mae maint, siâp a chrynodiad AgNPs hefyd yn ffactorau pwysig sy'n effeithio ar eu galluoedd gwrthficrobaidd (8,10,13,16,17).

Mae astudiaethau blaenorol hefyd wedi amlygu nifer o broblemau pan ddefnyddir AgNPs i reoli pathogenau mewn amgylchedd dŵr.Yn gyntaf, mae astudiaethau presennol ar effeithiolrwydd AgNPs ar gyfer anactifadu pathogenau firaol mewn dŵr yn gyfyngedig.Yn ogystal, mae AgNPs monodispersed fel arfer yn destun agregu gronynnau-gronynnau oherwydd eu maint bach a'u harwynebedd mawr, ac mae'r agregau hyn yn lleihau effeithiolrwydd AgNPs yn erbyn pathogenau microbaidd (7).Yn olaf, dangoswyd bod gan AgNPs effeithiau sytotocsig amrywiol (5,18,-20), a gallai rhyddhau AgNPs i amgylchedd dŵr arwain at broblemau iechyd dynol ac ecolegol.

Yn ddiweddar, fe wnaethom ddatblygu colloid hybrid magnetig maint micromedr newydd (MHC) wedi'i addurno ag AgNPs o wahanol feintiau (21,22).Gellir defnyddio'r craidd MHC i adennill y cyfansoddion AgNP o'r amgylchedd.Gwerthuswyd effeithiolrwydd gwrthfeirysol y nanoronynnau arian hyn ar MHCs (AgNP-MHCs) gan ddefnyddio bacteriophage ϕX174, norofeirws murine (MNV), ac adenofirws o dan amodau amgylcheddol gwahanol.

Effeithiau gwrthfeirysol AgNP-MHCs mewn crynodiadau amrywiol yn erbyn bacterioffag ϕX174 (a), MNV (b), ac AdV2 (c).Cafodd firysau targed eu trin â chrynodiadau gwahanol o AgNP-MHCs, a chydag OH-MHCs (4.6 × 109 gronynnau / ml) fel rheolydd, mewn deorydd ysgwyd (150 rpm, 1 h, 25 ° C).Defnyddiwyd y dull assay plac i fesur firysau sydd wedi goroesi.Mae gwerthoedd yn golygu ± gwyriadau safonol (SD) o dri arbrawf annibynnol.Mae seren yn dangos gwerthoedd gwahanol iawn (P< 0.05 gan ANOVA unffordd gyda phrawf Dunnett).

Dangosodd yr astudiaeth hon fod AgNP-MHCs yn effeithiol ar gyfer anactifadu bacteriophages a MNV, dirprwy ar gyfer norofeirws dynol, mewn dŵr.Yn ogystal, gellir adennill AgNP-MHCs yn hawdd gyda magnet, gan atal rhyddhau AgNPs a allai fod yn wenwynig i'r amgylchedd yn effeithiol.Mae nifer o astudiaethau blaenorol wedi dangos bod crynodiad a maint gronynnau AgNPs yn ffactorau hanfodol ar gyfer anactifadu micro-organeb wedi'i dargedu (8,16,17).Mae effeithiau gwrthficrobaidd AgNPs hefyd yn dibynnu ar y math o ficro-organeb.Roedd effeithiolrwydd AgNP-MHCs ar gyfer anactifadu ϕX174 yn dilyn perthynas ymateb dos.Ymhlith yr AgNP-MHCs a brofwyd, roedd gan Ag30-MHCs effeithiolrwydd uwch ar gyfer anactifadu ϕX174 a MNV.Ar gyfer MNV, dim ond Ag30-MHCs oedd yn arddangos gweithgaredd gwrthfeirysol, ac nid oedd yr AgNP-MHCs eraill yn cynhyrchu unrhyw anactifadu MNV sylweddol.Nid oedd gan yr un o'r AgNP-MHCs unrhyw weithgarwch gwrthfeirysol sylweddol yn erbyn AdV2.

Yn ogystal â maint gronynnau, roedd y crynodiad o arian yn yr AgNP-MHCs hefyd yn bwysig.Roedd yn ymddangos bod y crynodiad o arian yn pennu effeithiolrwydd effeithiau gwrthfeirysol AgNP-MHCs.Roedd y crynodiadau arian mewn hydoddiannau o Ag07-MHCs ac Ag30-MHCs ar 4.6 × 109 gronynnau/ml yn 28.75 ppm a 200 ppm, yn y drefn honno, ac yn cydberthyn â lefel y gweithgaredd gwrthfeirysol.Tabl 2yn crynhoi crynoadau arian ac arwynebedd yr AgNP-MHCs a brofwyd.Ag07-MHCs a ddangosodd y gweithgaredd gwrthfeirysol isaf ac roedd ganddynt y crynodiad arian a'r arwynebedd isaf, sy'n awgrymu bod yr eiddo hyn yn gysylltiedig â gweithgaredd gwrthfeirysol AgNP-MHCs.

Nododd ein hastudiaeth flaenorol mai prif fecanweithiau gwrthficrobaidd AgNP-MHCs yw tynnu cemegol ïonau Mg2+ neu Ca2+ o bilenni microbaidd, creu cyfadeiladau â grwpiau thiol sydd wedi'u lleoli wrth y pilenni, a chynhyrchu rhywogaethau ocsigen adweithiol (ROS) (21).Oherwydd bod gan AgNP-MHCs faint gronynnau cymharol fawr (∼500 nm), mae'n annhebygol y gallant dreiddio i gapsid firaol.Yn lle hynny, mae'n ymddangos bod AgNP-MHCs yn rhyngweithio â phroteinau arwyneb firaol.Mae AgNPs ar y cyfansoddion yn tueddu i rwymo biomoleciwlau sy'n cynnwys grŵp thiol sydd wedi'u hymgorffori ym mhroteinau cot firysau.Felly, mae priodweddau biocemegol proteinau capsid firaol yn bwysig ar gyfer pennu a ydynt yn agored i AgNP-MHCs.Ffigur 1yn dangos gwahanol dueddiadau'r firysau i effeithiau AgNP-MHCs.Roedd y bacteriophages ϕX174 a MNV yn agored i AgNP-MHCs, ond roedd AdV2 yn gwrthsefyll.Mae lefel ymwrthedd uchel AdV2 yn debygol o fod yn gysylltiedig â'i faint a'i strwythur.Mae adenoviruses yn amrywio o ran maint o 70 i 100 nm (30), gan eu gwneud yn llawer mwy na ϕX174 (27 i 33 nm) a MNV (28 i 35 nm) (31,32).Yn ogystal â'u maint mawr, mae gan adenovirysau DNA dwy-sownd, yn wahanol i firysau eraill, ac maent yn gallu gwrthsefyll straen amgylcheddol amrywiol fel gwres ac ymbelydredd UV (33,34).Nododd ein hastudiaeth flaenorol fod gostyngiad o bron 3-log10 o MS2 wedi digwydd gydag Ag30-MHCs o fewn 6 h (21).Mae gan MS2 a ϕX174 feintiau tebyg gyda gwahanol fathau o asid niwclëig (RNA neu DNA) ond mae ganddynt gyfraddau anactifadu tebyg gan Ag30-MHCs.Felly, nid yw'n ymddangos mai natur yr asid niwclëig yw'r prif ffactor ar gyfer ymwrthedd i AgNP-MHCs.Yn lle hynny, roedd yn ymddangos bod maint a siâp gronynnau firaol yn bwysicach, oherwydd bod adenovirws yn firws llawer mwy.Cyflawnodd yr Ag30-MHCs bron 2-log10 o ostyngiad o M13 o fewn 6 awr (ein data heb ei gyhoeddi).Mae M13 yn firws DNA un edefyn (35) ac mae'n ∼880 nm o hyd a 6.6 nm mewn diamedr (36).Roedd cyfradd anactifadu'r bacterioffag ffilamentaidd M13 yn ganolraddol rhwng firysau bach, crwn (MNV, ϕX174, ac MS2) a firws mawr (AdV2).

Yn yr astudiaeth bresennol, roedd cineteg anactifadu MNV yn sylweddol wahanol yn y assay plac a'r assay RT-PCR (Ffig. 2ba​ac).c).Mae'n hysbys bod profion moleciwlaidd fel RT-PCR yn tanamcangyfrif cyfraddau anactifadu firysau yn sylweddol (25,28), fel y canfuwyd yn ein hastudiaeth.Oherwydd bod AgNP-MHCs yn rhyngweithio'n bennaf â'r wyneb firaol, maent yn fwy tebygol o niweidio proteinau cot firaol yn hytrach nag asidau niwclëig firaol.Felly, gall assay RT-PCR i fesur asid niwclëig firaol danamcangyfrif yn sylweddol anactifadu firysau.Dylai effaith ïonau Ag + a chynhyrchu rhywogaethau ocsigen adweithiol (ROS) fod yn gyfrifol am anactifadu'r firysau a brofwyd.Fodd bynnag, mae llawer o agweddau ar fecanweithiau gwrthfeirysol AgNP-MHCs yn aneglur o hyd, ac mae angen ymchwil bellach gan ddefnyddio dulliau biotechnolegol i egluro mecanwaith ymwrthedd uchel AdV2.

Yn olaf, gwnaethom werthuso cadernid gweithgaredd gwrthfeirysol Ag30-MHCs trwy eu hamlygu i ystod eang o werthoedd pH ac i samplau dŵr tap a dŵr wyneb cyn mesur eu gweithgaredd gwrthfeirysol (Ffig. 3aa 4).4).Arweiniodd amlygiad i gyflyrau pH isel iawn at golli AgNPs yn gorfforol a/neu'n ymarferol o'r MHC (data heb ei gyhoeddi).Ym mhresenoldeb gronynnau amhenodol, roedd Ag30-MHCs yn arddangos gweithgaredd gwrthfeirysol yn gyson, er gwaethaf dirywiad yn y gweithgaredd gwrthfeirysol yn erbyn MS2.Roedd y gweithgaredd gwrthfeirysol ar ei isaf mewn dŵr wyneb heb ei hidlo, gan fod rhyngweithio rhwng Ag30-MHCs a gronynnau amhenodol yn y dŵr wyneb cymylog iawn yn ôl pob tebyg wedi achosi gostyngiad mewn gweithgaredd gwrthfeirysol (Tabl 3).Felly, dylid cynnal gwerthusiadau maes o AgNP-MHCs mewn gwahanol fathau o ddŵr (ee, gyda chrynodiadau halen gwahanol neu asid humig) yn y dyfodol.

I gloi, mae gan y cyfansoddion Ag newydd, AgNP-MHCs, alluoedd gwrthfeirysol rhagorol yn erbyn sawl firws, gan gynnwys ϕX174 a MNV.Mae AgNP-MHCs yn cynnal effeithiolrwydd cryf o dan amodau amgylcheddol gwahanol, a gellir adennill y gronynnau hyn yn hawdd gan ddefnyddio magnet, gan leihau eu heffeithiau niweidiol posibl ar iechyd pobl a'r amgylchedd.Dangosodd yr astudiaeth hon y gall y cyfansawdd AgNP fod yn wrthfeirysol effeithiol mewn amrywiol leoliadau amgylcheddol, heb risgiau ecolegol sylweddol.