ვერცხლის ნანონაწილაკები (AgNP) განიხილება პოტენციურად სასარგებლო ინსტრუმენტად სხვადასხვა პათოგენების კონტროლისთვის.თუმცა, არსებობს შეშფოთება AgNP-ების გარემოსდაცვით მედიაში გაშვებასთან დაკავშირებით, რადგან მათ შეუძლიათ გამოიწვიონ არასასურველი ადამიანის ჯანმრთელობა და ეკოლოგიური ზემოქმედება.ამ კვლევაში ჩვენ შევიმუშავეთ და შევაფასეთ ახალი მიკრომეტრის ზომის მაგნიტური ჰიბრიდული კოლოიდი (MHC), რომელიც გაფორმებულია სხვადასხვა ზომის AgNP-ებით (AgNP-MHCs).დეზინფექციისთვის გამოყენების შემდეგ, ეს ნაწილაკები ადვილად აღდგება გარემოდან მათი მაგნიტური თვისებების გამოყენებით და რჩება ეფექტური ვირუსული პათოგენების ინაქტივირებისთვის.ჩვენ შევაფასეთ AgNP-MHC-ების ეფექტურობა ბაქტერიოფაგის ϕX174, თაგვის ნოროვირუსის (MNV) და ადენოვირუსის სეროტიპის 2 (AdV2) ინაქტივირებისთვის.ეს სამიზნე ვირუსები ექვემდებარებოდა AgNP-MHCs-ს 1, 3 და 6 საათის განმავლობაში 25°C ტემპერატურაზე და შემდეგ გაანალიზდა დაფის ანალიზით და რეალურ დროში TaqMan PCR.AgNP-MHCs ექვემდებარებოდა pH დონის ფართო დიაპაზონს და ონკანის და ზედაპირულ წყალს, რათა შეფასდეს მათი ანტივირუსული ეფექტი სხვადასხვა გარემო პირობებში.შემოწმებული AgNP-MHC-ების სამ ტიპს შორის, Ag30-MHC-ებმა აჩვენეს ყველაზე მაღალი ეფექტურობა ვირუსების ინაქტივაციისთვის.ϕX174 და MNV შემცირდა 2 log10-ზე მეტით 4,6 × 109 Ag30-MHCs/მლ-ზე 1 საათის განმავლობაში ექსპოზიციის შემდეგ.ამ შედეგებმა აჩვენა, რომ AgNP-MHCs შეიძლება გამოყენებულ იქნას ვირუსული პათოგენების ინაქტივირებისთვის გარემოში პოტენციური გათავისუფლების მინიმალური შანსებით.

ნანოტექნოლოგიის ბოლოდროინდელი მიღწევებით, ნანონაწილაკებს დიდი ყურადღება ექცევა მთელ მსოფლიოში ბიოტექნოლოგიის, მედიცინისა და საზოგადოებრივი ჯანმრთელობის სფეროებში.1,2).მათი მაღალი ზედაპირისა და მოცულობის თანაფარდობის გამო, ნანო ზომის მასალებს, როგორც წესი, 10-დან 500 ნმ-მდე მერყეობს, აქვთ უნიკალური ფიზიკოქიმიური თვისებები უფრო დიდ მასალებთან შედარებით.1).ნანომასალების ფორმისა და ზომის კონტროლი შესაძლებელია და სპეციფიკური ფუნქციური ჯგუფები შეიძლება იყოს კონიუგირებული მათ ზედაპირებზე, რათა უზრუნველყონ ურთიერთქმედება გარკვეულ ცილებთან ან უჯრედშიდა ათვისება.3,-5).

ვერცხლის ნანონაწილაკები (AgNPs) ფართოდ იქნა შესწავლილი, როგორც ანტიმიკრობული აგენტი.6).ვერცხლი გამოიყენება მშვენიერი დანაჩანგლის შესაქმნელად, ორნამენტისთვის და თერაპიულ საშუალებებში.ვერცხლის ნაერთები, როგორიცაა ვერცხლის სულფადიაზინი და გარკვეული მარილები, გამოიყენებოდა როგორც ჭრილობების მოვლის საშუალებები და როგორც ინფექციური დაავადებების სამკურნალოდ მათი ანტიმიკრობული თვისებების გამო.6,7).ბოლოდროინდელმა კვლევებმა აჩვენა, რომ AgNP-ები ძალიან ეფექტურია სხვადასხვა ტიპის ბაქტერიებისა და ვირუსების ინაქტივირებისთვის.8,-11).AgNP-ები და Ag+ იონები, რომლებიც გამოიყოფა AgNP-ებიდან, უშუალოდ ურთიერთქმედებენ ფოსფორის ან გოგირდის შემცველ ბიომოლეკულებთან, მათ შორის დნმ, რნმ და ცილებთან.12,-14).ასევე ნაჩვენებია, რომ ისინი წარმოქმნიან რეაქტიულ ჟანგბადის სახეობებს (ROS), რაც იწვევს მიკროორგანიზმებში მემბრანის დაზიანებას.15).AgNP-ების ზომა, ფორმა და კონცენტრაცია ასევე მნიშვნელოვანი ფაქტორებია, რომლებიც გავლენას ახდენენ მათ ანტიმიკრობულ შესაძლებლობებზე.8,10,13,16,17).

წინა კვლევებმა ასევე ხაზი გაუსვა რამდენიმე პრობლემას, როდესაც AgNPs გამოიყენება წყლის გარემოში პათოგენების გასაკონტროლებლად.პირველი, არსებული კვლევები AgNP-ების ეფექტურობის შესახებ წყალში ვირუსული პათოგენების ინაქტივირებისთვის შეზღუდულია.გარდა ამისა, მონოდისპერსირებული AgNP, როგორც წესი, ექვემდებარება ნაწილაკების აგრეგაციას მათი მცირე ზომისა და დიდი ზედაპირის გამო, და ეს აგრეგატები ამცირებენ AgNP-ების ეფექტურობას მიკრობული პათოგენების მიმართ.7).დაბოლოს, AgNP-ებს აქვთ სხვადასხვა ციტოტოქსიური ეფექტი (5,18,-20), და AgNP-ების გათავისუფლებას წყლის გარემოში შეიძლება გამოიწვიოს ადამიანის ჯანმრთელობა და ეკოლოგიური პრობლემები.

ცოტა ხნის წინ, ჩვენ შევიმუშავეთ ახალი მიკრომეტრის ზომის მაგნიტური ჰიბრიდული კოლოიდი (MHC), რომელიც გაფორმებულია სხვადასხვა ზომის AgNP-ებით (21,22).MHC ბირთვი შეიძლება გამოყენებულ იქნას AgNP კომპოზიტების გარემოდან აღსადგენად.ჩვენ შევაფასეთ ამ ვერცხლის ნანონაწილაკების ანტივირუსული ეფექტურობა MHC-ებზე (AgNP-MHCs) ბაქტერიოფაგის ϕX174, თაგვის ნოროვირუსის (MNV) და ადენოვირუსის გამოყენებით სხვადასხვა გარემო პირობებში.

AgNP-MHC-ების ანტივირუსული ეფექტები სხვადასხვა კონცენტრაციებში ბაქტერიოფაგის ϕX174 (a), MNV (b) და AdV2 (c) წინააღმდეგ.სამიზნე ვირუსები დამუშავდა AgNP-MHCs-ის სხვადასხვა კონცენტრაციით და OH-MHCs (4.6 × 109 ნაწილაკები/მლ), როგორც კონტროლი, შერყევის ინკუბატორში (150 rpm, 1 სთ, 25°C).დაფის ანალიზის მეთოდი გამოიყენებოდა გადარჩენილი ვირუსების გასაზომად.მნიშვნელობები არის საშუალო ± სტანდარტული გადახრები (SD) სამი დამოუკიდებელი ექსპერიმენტიდან.ვარსკვლავი მიუთითებს მნიშვნელოვნად განსხვავებულ მნიშვნელობებს (P< 0.05 ცალმხრივი ANOVA-ით დანეტის ტესტით).

ამ კვლევამ აჩვენა, რომ AgNP-MHCs ეფექტურია ბაქტერიოფაგებისა და MNV-ის, ადამიანის ნოროვირუსის სუროგატის ინაქტივაციისთვის წყალში.გარდა ამისა, AgNP-MHCs ადვილად აღდგება მაგნიტით, რაც ეფექტურად აფერხებს პოტენციურად ტოქსიკური AgNP-ების გამოყოფას გარემოში.არაერთმა წინა კვლევამ აჩვენა, რომ AgNP-ების კონცენტრაცია და ნაწილაკების ზომა არის კრიტიკული ფაქტორები მიზნობრივი მიკროორგანიზმების ინაქტივაციისთვის (8,16,17).AgNP-ების ანტიმიკრობული ეფექტი ასევე დამოკიდებულია მიკროორგანიზმების ტიპზე.AgNP-MHC-ების ეფექტურობა ϕX174-ის ინაქტივირებისთვის მოჰყვა დოზა-პასუხის ურთიერთობას.შემოწმებულ AgNP-MHC-ებს შორის Ag30-MHC-ებს ჰქონდათ უფრო მაღალი ეფექტურობა ϕX174 და MNV-ის ინაქტივირებისთვის.MNV-სთვის, მხოლოდ Ag30-MHC-ები აჩვენებდნენ ანტივირუსულ აქტივობას, სხვა AgNP-MHC-ებს არ წარმოქმნიდნენ MNV-ის რაიმე მნიშვნელოვან ინაქტივაციას.არცერთ AgNP-MHC-ს არ ჰქონდა რაიმე მნიშვნელოვანი ანტივირუსული აქტივობა AdV2-ის მიმართ.

გარდა ნაწილაკების ზომისა, ასევე მნიშვნელოვანი იყო ვერცხლის კონცენტრაცია AgNP-MHC-ებში.ვერცხლის კონცენტრაცია აღმოჩნდა AgNP-MHC-ების ანტივირუსული ეფექტების ეფექტურობის დასადგენად.ვერცხლის კონცენტრაციები Ag07-MHCs და Ag30-MHCs ხსნარებში 4.6 × 109 ნაწილაკებზე/მლ იყო 28.75 ppm და 200 ppm, შესაბამისად, და კორელაციაში იყო ანტივირუსული აქტივობის დონესთან.ცხრილი 2აჯამებს შემოწმებული AgNP-MHC-ების ვერცხლის კონცენტრაციებს და ზედაპირის ფართობებს.Ag07-MHC-ები აჩვენებდნენ ყველაზე დაბალ ანტივირუსულ აქტივობას და ჰქონდათ ყველაზე დაბალი ვერცხლის კონცენტრაცია და ზედაპირის ფართობი, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ეს თვისებები დაკავშირებულია AgNP-MHC-ების ანტივირუსულ აქტივობასთან.

ჩვენმა წინა კვლევამ აჩვენა, რომ AgNP-MHC-ების ძირითადი ანტიმიკრობული მექანიზმებია Mg2+ ან Ca2+ იონების ქიმიური აბსტრაქცია მიკრობული მემბრანებიდან, კომპლექსების შექმნა მემბრანებზე მდებარე თიოლის ჯგუფებთან და რეაქტიული ჟანგბადის სახეობების (ROS) წარმოქმნა.21).ვინაიდან AgNP-MHC-ებს აქვთ შედარებით დიდი ნაწილაკების ზომა (~500 ნმ), ნაკლებად სავარაუდოა, რომ მათ შეაღწიონ ვირუსულ კაფსიდში.ამის ნაცვლად, AgNP-MHCs, როგორც ჩანს, ურთიერთქმედებს ვირუსის ზედაპირის პროტეინებთან.აგნპ-ები კომპოზიტებზე მიდრეკილია აკავშირებს თიოლის ჯგუფის შემცველ ბიომოლეკულებს, რომლებიც ჩაშენებულია ვირუსების საფარის ცილებში.ამიტომ, ვირუსული კაფსიდური ცილების ბიოქიმიური თვისებები მნიშვნელოვანია AgNP-MHC-ების მიმართ მათი მგრძნობელობის დასადგენად.ფიგურა 1აჩვენებს ვირუსების განსხვავებულ მგრძნობელობას AgNP-MHC-ების ზემოქმედების მიმართ.ბაქტერიოფაგები ϕX174 და MNV მგრძნობიარენი იყვნენ AgNP-MHC-ების მიმართ, მაგრამ AdV2 იყო რეზისტენტული.AdV2-ის მაღალი წინააღმდეგობის დონე, სავარაუდოდ, დაკავშირებულია მის ზომასთან და სტრუქტურასთან.ადენოვირუსების ზომა მერყეობს 70-დან 100 ნმ-მდე (30), რაც მათ ბევრად აღემატება ϕX174 (27-დან 33 ნმ) და MNV (28-დან 35 ნმ-მდე) (31,32).გარდა მათი დიდი ზომისა, ადენოვირუსებს აქვთ ორჯაჭვიანი დნმ, სხვა ვირუსებისგან განსხვავებით და მდგრადია სხვადასხვა გარემო სტრესის მიმართ, როგორიცაა სითბო და ულტრაიისფერი გამოსხივება.33,34).ჩვენმა წინა კვლევამ აჩვენა, რომ MS2-ის თითქმის 3-log10 შემცირება მოხდა Ag30-MHC-ებით 6 საათის განმავლობაში (21).MS2-ს და ϕX174-ს აქვთ მსგავსი ზომები სხვადასხვა ტიპის ნუკლეინის მჟავასთან (რნმ ან დნმ), მაგრამ აქვთ ინაქტივაციის მსგავსი სიჩქარე Ag30-MHC-ებით.აქედან გამომდინარე, ნუკლეინის მჟავის ბუნება არ არის AgNP-MHC-ებისადმი წინააღმდეგობის მთავარი ფაქტორი.ამის ნაცვლად, ვირუსული ნაწილაკების ზომა და ფორმა უფრო მნიშვნელოვანი აღმოჩნდა, რადგან ადენოვირუსი გაცილებით დიდი ვირუსია.Ag30-MHC-ებმა მიაღწიეს M13-ის თითქმის 2-log10 შემცირებას 6 საათის განმავლობაში (ჩვენი გამოუქვეყნებელი მონაცემები).M13 არის ერთჯაჭვიანი დნმ ვირუსი (35) და არის ~880 ნმ სიგრძე და 6,6 ნმ დიამეტრი (36).ძაფისებრი ბაქტერიოფაგის M13 ინაქტივაციის მაჩვენებელი შუალედური იყო მცირე, მრგვალი სტრუქტურის ვირუსების (MNV, φX174 და MS2) და დიდ ვირუსებს შორის (AdV2).

წინამდებარე კვლევაში, MNV-ის ინაქტივაციის კინეტიკა მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდა ნადების ანალიზში და RT-PCR ანალიზში (ნახ. 2ბდადა გ).გ).ცნობილია, რომ მოლეკულური ანალიზი, როგორიცაა RT-PCR, მნიშვნელოვნად არ აფასებს ვირუსების ინაქტივაციის მაჩვენებელს (25,28), როგორც აღმოჩნდა ჩვენს კვლევაში.იმის გამო, რომ AgNP-MHCs ურთიერთქმედებენ უპირველეს ყოვლისა ვირუსულ ზედაპირთან, ისინი უფრო მეტად აზიანებენ ვირუსული საფარის ცილებს, ვიდრე ვირუსულ ნუკლეინის მჟავებს.ამიტომ, RT-PCR ანალიზმა ვირუსული ნუკლეინის მჟავის გასაზომად შეიძლება მნიშვნელოვნად შეაფასოს ვირუსების ინაქტივაცია.Ag+ იონების ეფექტი და რეაქტიული ჟანგბადის სახეობების (ROS) წარმოქმნა უნდა იყოს პასუხისმგებელი ტესტირებული ვირუსების ინაქტივაციაზე.თუმცა, AgNP-MHC-ების ანტივირუსული მექანიზმების მრავალი ასპექტი ჯერ კიდევ გაურკვეველია და საჭიროა შემდგომი კვლევა ბიოტექნოლოგიური მიდგომების გამოყენებით AdV2-ის მაღალი წინააღმდეგობის მექანიზმის გასარკვევად.

დაბოლოს, ჩვენ შევაფასეთ Ag30-MHC-ების ანტივირუსული აქტივობის გამძლეობა მათი ანტივირუსული აქტივობის გაზომვამდე მათ pH მნიშვნელობების ფართო დიაპაზონის და ონკანის და ზედაპირული წყლის ნიმუშების გამოვლენით.სურ. 3დადა 4).4).უკიდურესად დაბალ pH პირობებში ზემოქმედებამ გამოიწვია AgNP-ების ფიზიკური და/ან ფუნქციური დაკარგვა MHC-დან (გამოუქვეყნებელი მონაცემები).არასპეციფიკური ნაწილაკების თანდასწრებით, Ag30-MHC-ები მუდმივად აჩვენებდნენ ანტივირუსულ აქტივობას, მიუხედავად MS2-ის მიმართ ანტივირუსული აქტივობის შემცირებისა.ანტივირუსული აქტივობა ყველაზე დაბალი იყო გაუფილტრავ ზედაპირულ წყალში, რადგან Ag30-MHCs და არასპეციფიკურ ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედება მაღალ მღვრიე ზედაპირულ წყალში, სავარაუდოდ, იწვევდა ანტივირუსული აქტივობის შემცირებას.ცხრილი 3).ამიტომ, AgNP-MHC-ების საველე შეფასებები სხვადასხვა ტიპის წყალში (მაგ. მარილის სხვადასხვა კონცენტრაციით ან ჰუმინის მჟავით) უნდა ჩატარდეს მომავალში.

დასასრულს, ახალ Ag კომპოზიტებს, AgNP-MHC-ებს აქვთ შესანიშნავი ანტივირუსული შესაძლებლობები რამდენიმე ვირუსის წინააღმდეგ, მათ შორის ϕX174 და MNV.AgNP-MHC-ები ინარჩუნებენ ძლიერ ეფექტურობას სხვადასხვა გარემო პირობებში და ამ ნაწილაკების ადვილად აღდგენა შესაძლებელია მაგნიტის გამოყენებით, რაც ამცირებს მათ პოტენციურ მავნე ზემოქმედებას ადამიანის ჯანმრთელობასა და გარემოზე.ამ კვლევამ აჩვენა, რომ AgNP კომპოზიტი შეიძლება იყოს ეფექტური ანტივირუსული საშუალება სხვადასხვა გარემო გარემოში, მნიშვნელოვანი ეკოლოგიური რისკების გარეშე.