Күміс нанобөлшектері (AgNPs) әртүрлі патогендерді бақылауға арналған әлеуетті пайдалы құрал болып саналады.Дегенмен, AgNP-тердің қоршаған ортаны қорғау құралдарына шығарылуына қатысты алаңдаушылық бар, өйткені олар адам денсаулығына және экологияға жағымсыз әсер етуі мүмкін.Бұл зерттеуде біз әртүрлі өлшемді AgNPs (AgNP-MHCs) безендірілген жаңа микрометр өлшемді магниттік гибридті коллоидты (MHC) әзірледік және бағаладық.Дезинфекциялау үшін қолданғаннан кейін бұл бөлшектер магниттік қасиеттерін пайдалана отырып, қоршаған ортадан оңай қалпына келтірілуі мүмкін және вирустық қоздырғыштарды инактивациялау үшін тиімді болып қалады.Біз AgNP-MHCs бактериофаг ϕX174, тышқан норовирусы (MNV) және аденовирус серотип 2 (AdV2) инактивациялау үшін тиімділігін бағаладық.Бұл мақсатты вирустар 25°C температурада 1, 3 және 6 сағат бойы AgNP-MHC әсеріне ұшырады, содан кейін бляшка талдауы және нақты уақыттағы TaqMan ПТР арқылы талданды.AgNP-MHC әртүрлі қоршаған орта жағдайларында вирусқа қарсы әсерлерін бағалау үшін рН деңгейлерінің кең диапазонына және кран мен жер үсті суларына ұшырады.Тексерілген AgNP-MHC үш түрінің ішінде Ag30-MHCs вирустарды инактивациялаудың ең жоғары тиімділігін көрсетті.ϕX174 және MNV 1 сағат бойы 4,6 × 109 Ag30-MHCs/мл әсер еткеннен кейін 2 log10 астам төмендеді.Бұл нәтижелер AgNP-MHCs вирустық қоздырғыштарды қоршаған ортаға ықтимал шығарылуының ең аз мүмкіндігімен инактивациялау үшін пайдаланылуы мүмкін екенін көрсетті.

Нанотехнологиядағы соңғы жетістіктермен нанобөлшектерге бүкіл әлемде биотехнология, медицина және денсаулық сақтау салаларында көбірек көңіл бөлінуде (1,2).Нано-өлшемді материалдар, олардың беттік-көлемдік қатынасының жоғары болуына байланысты, әдетте 10-нан 500 нм-ге дейін ауытқиды, үлкенірек материалдармен салыстырғанда бірегей физика-химиялық қасиеттерге ие (1).Наноматериалдардың пішіні мен өлшемін бақылауға болады және белгілі бір ақуыздармен өзара әрекеттесу немесе жасушаішілік сіңіру үшін олардың беттерінде арнайы функционалдық топтар конъюгациялануы мүмкін (3,–5).

Күміс нанобөлшектері (AgNPs) микробқа қарсы агент ретінде кеңінен зерттелген.6).Күміс әдемі ас құралдарын жасауда, әшекейлеуде және емдік агенттерде қолданылады.Күміс сульфадиазин және кейбір тұздар сияқты күміс қосылыстары микробқа қарсы қасиеттеріне байланысты жараларды күту және жұқпалы ауруларды емдеу ретінде қолданылған.6,7).Соңғы зерттеулер AgNP әртүрлі бактериялар мен вирустарды инактивациялау үшін өте тиімді екенін көрсетті (8,–11).AgNPs және AgNP-ден бөлінген Ag+ иондары ДНҚ, РНҚ және ақуыздарды қоса, фосфор немесе күкірт бар биомолекулалармен тікелей әрекеттеседі.12,–14).Олар сондай-ақ микроорганизмдерде мембрананың зақымдалуын тудыратын реактивті оттегі түрлерін (ROS) тудыратыны көрсетілген.15).AgNP мөлшері, пішіні және концентрациясы олардың микробқа қарсы мүмкіндіктеріне әсер ететін маңызды факторлар болып табылады (8,10,13,16,17).

Алдыңғы зерттеулер сонымен қатар су ортасында патогендерді бақылау үшін AgNP пайдаланылған кездегі бірнеше проблемаларды атап көрсетті.Біріншіден, судағы вирустық қоздырғыштарды инактивациялау үшін AgNPs тиімділігі туралы бар зерттеулер шектеулі.Сонымен қатар, монодисперсті AgNP әдетте шағын өлшемдері мен үлкен бетінің ауданына байланысты бөлшектер-бөлшектердің агрегациясына ұшырайды және бұл агрегаттар микробтық патогендерге қарсы AgNP тиімділігін төмендетеді (7).Ақырында, AgNP әртүрлі цитотоксикалық әсерлері бар екені анықталды (5,18,–20) және AgNPs су ортасына шығарылуы адам денсаулығы мен экологиялық проблемаларға әкелуі мүмкін.

Жақында біз әртүрлі өлшемдегі AgNP-мен безендірілген жаңа микрометрлік магниттік гибридті коллоидты (MHC) жасадық.21,22).MHC өзегін қоршаған ортадан AgNP композиттерін қалпына келтіру үшін пайдалануға болады.Біз осы күміс нанобөлшектерінің MHCs (AgNP-MHCs) бойынша вирусқа қарсы тиімділігін бактериофаг ϕX174, тышқанның норовирусы (MNV) және аденовирусты қолдану арқылы әртүрлі қоршаған орта жағдайларында бағаладық.

AgNP-MHCs әртүрлі концентрациядағы бактериофаг ϕX174 (a), MNV (b) және AdV2 (c) қарсы вирусқа қарсы әсері.Мақсатты вирустар шайқау инкубаторында (150 айн/мин, 1 сағ, 25°C) бақылау құралы ретінде AgNP-MHCs әртүрлі концентрацияларымен және OH-MHCs (4,6 × 109 бөлшектер/мл) көмегімен өңделді.Тірі қалған вирустарды өлшеу үшін плакты талдау әдісі қолданылды.Мәндер үш тәуелсіз эксперименттен алынған орташа ± стандартты ауытқулар (SD) болып табылады.Жұлдызшалар айтарлықтай әртүрлі мәндерді көрсетеді (P< 0,05 Даннетт сынағымен бір жақты ANOVA).

Бұл зерттеу AgNP-MHCs судағы бактериофагтарды және адам норовирусының суррогаты MNV-ны инактивациялау үшін тиімді екенін көрсетті.Сонымен қатар, AgNP-MHC-терді магнит арқылы оңай қалпына келтіруге болады, бұл потенциалды уытты AgNP-тердің қоршаған ортаға шығуын тиімді болдырмайды.Алдыңғы бірқатар зерттеулер AgNP концентрациясы мен бөлшектерінің мөлшері мақсатты микроорганизмді инактивациялау үшін маңызды факторлар болып табылатынын көрсетті (8,16,17).AgNPs микробқа қарсы әсері микроорганизмнің түріне де байланысты.ϕX174 инактивациясына арналған AgNP-MHC тиімділігі доза-жауап қатынасынан кейін болды.Тексерілген AgNP-MHCs ішінде Ag30-MHCs ϕX174 және MNV инактивациялау үшін жоғары тиімділікке ие болды.MNV үшін тек Ag30-MHC вирусқа қарсы белсенділікті көрсетті, басқа AgNP-MHCs MNV-нің маңызды инактивациясын тудырмайды.AgNP-MHC бірде-біреуі AdV2-ге қарсы маңызды вирусқа қарсы белсенділікке ие болмады.

Бөлшектердің өлшемінен басқа, AgNP-MHCs құрамындағы күміс концентрациясы да маңызды болды.Күміс концентрациясы AgNP-MHCs вирусқа қарсы әсерінің тиімділігін анықтау үшін пайда болды.Ag07-MHCs және Ag30-MHCs ерітінділеріндегі күміс концентрациясы 4,6 × 109 бөлшектер/мл тиісінше 28,75 ppm және 200 ppm болды және вирусқа қарсы белсенділік деңгейімен корреляцияланды.2-кестесыналған AgNP-MHCs күміс концентрациялары мен бетінің аудандарын қорытындылайды.Ag07-MHCs ең төмен вирусқа қарсы белсенділікті көрсетті және күмістің ең төмен концентрациясы мен бетінің ауданына ие болды, бұл бұл қасиеттердің AgNP-MHCs вирусқа қарсы белсенділігімен байланысты екенін көрсетеді.

Біздің алдыңғы зерттеуіміз көрсеткендей, AgNP-MHCs негізгі микробқа қарсы механизмдері микробтық мембраналардан Mg2+ немесе Ca2+ иондарын химиялық абстракциялау, мембраналарда орналасқан тиол топтары бар кешендерді құру және реактивті оттегі түрлерін (ROS) генерациялау болып табылады.21).AgNP-MHCs салыстырмалы түрде үлкен бөлшектер өлшеміне (~500 нм) ие болғандықтан, олардың вирустық капсидке енуі екіталай.Оның орнына, AgNP-MHC вирустың беткі ақуыздарымен әрекеттеседі.Композиттердегі AgNPs вирустардың қабық ақуыздарына енгізілген тиол тобы бар биомолекулаларды байланыстырады.Сондықтан вирустық капсид белоктарының биохимиялық қасиеттері олардың AgNP-MHC-ге сезімталдығын анықтау үшін маңызды.1-суретвирустардың AgNP-MHC әсерлеріне әртүрлі сезімталдығын көрсетеді.ϕX174 және MNV бактериофагтары AgNP-MHC-ге сезімтал болды, бірақ AdV2 төзімді болды.AdV2 жоғары қарсылық деңгейі оның өлшемі мен құрылымына байланысты болуы мүмкін.Аденовирустардың өлшемдері 70-тен 100 нм-ге дейін.30), оларды ϕX174 (27 - 33 нм) және MNV (28 - 35 нм) өлшемдерінен әлдеқайда үлкен етеді (31,32).Аденовирустар үлкен өлшемдерден басқа, басқа вирустарға қарағанда екі тізбекті ДНҚ-ға ие және жылу мен ультракүлгін сәулелену сияқты әртүрлі қоршаған ортаның стресстеріне төзімді (33,34).Біздің алдыңғы зерттеуіміз 6 сағат ішінде Ag30-MHCs қолданғанда MS2-нің 3-log10-ға дерлік азаюы болғанын хабарлады (21).MS2 және ϕX174 әртүрлі типтегі нуклеин қышқылымен (РНҚ немесе ДНҚ) ұқсас өлшемдерге ие, бірақ Ag30-MHCs арқылы инактивациялау жылдамдығы ұқсас.Сондықтан, нуклеин қышқылының табиғаты AgNP-MHCs төзімділігінің негізгі факторы болып табылмайды.Оның орнына, вирустық бөлшектердің мөлшері мен пішіні маңыздырақ болды, өйткені аденовирус әлдеқайда үлкен вирус.Ag30-MHCs 6 сағат ішінде M13 деңгейінің 2-log10 дерлік төмендеуіне қол жеткізді (біздің жарияланбаған деректеріміз).M13 – бір тізбекті ДНҚ вирусы (35) және ұзындығы ~880 нм және диаметрі 6,6 нм (36).Жіп тәрізді M13 бактериофагының инактивация жылдамдығы шағын, дөңгелек құрылымды вирустар (MNV, ϕX174 және MS2) мен үлкен вирустың (AdV2) арасында аралық болды.

Осы зерттеуде MNV инактивация кинетикасы бляшка талдауында және RT-ПТР талдауында айтарлықтай өзгеше болды (2b-суретжәнежәне с).c).RT-ПТР сияқты молекулалық талдаулар вирустардың инактивация жылдамдығын айтарлықтай төмендететіні белгілі (25,28), біздің зерттеуімізде анықталғандай.AgNP-MHC негізінен вирус бетімен әрекеттесетіндіктен, олардың вирустық нуклеин қышқылдарынан гөрі вирустық қабық ақуыздарын зақымдауы ықтимал.Сондықтан, вирустық нуклеин қышқылын өлшеуге арналған RT-ПТР талдауы вирустардың инактивациясын айтарлықтай бағаламауы мүмкін.Ag+ иондарының әсері және реактивті оттегі түрлерінің (ROS) генерациясы тексерілген вирустардың инактивациясына жауап беруі керек.Дегенмен, AgNP-MHC вирусқа қарсы механизмдерінің көптеген аспектілері әлі де түсініксіз және AdV2 жоғары төзімділігінің механизмін түсіндіру үшін биотехнологиялық тәсілдерді қолданатын қосымша зерттеулер қажет.

Соңында, біз Ag30-MHC вирусқа қарсы белсенділігінің беріктігін рН мәндерінің кең диапазонына әсер ету арқылы және олардың вирусқа қарсы белсенділігін өлшемес бұрын су және жер үсті су үлгілеріне әсер етіп бағаладық (3-суретжәнежәне4).4).Өте төмен рН жағдайларының әсері MHC (жарияланбаған деректер) AgNPs физикалық және/немесе функционалдық жоғалуына әкелді.Бейспецификалық бөлшектер болған кезде, Ag30-MHCs MS2-ге қарсы вирусқа қарсы белсенділіктің төмендеуіне қарамастан, тұрақты түрде вирусқа қарсы белсенділікті көрсетті.Вирусқа қарсы белсенділік сүзгіден өтпеген жер үсті суларында ең төмен болды, өйткені Ag30-MHC және жоғары лайланған жер үсті суларындағы спецификалық емес бөлшектер арасындағы әрекеттесу вирусқа қарсы белсенділіктің төмендеуіне себеп болуы мүмкін (3-кесте).Сондықтан, судың әртүрлі түрлеріндегі (мысалы, әртүрлі тұз концентрациясы немесе гумин қышқылымен) AgNP-MHC-ті далалық бағалау болашақта жүргізілуі керек.

Қорытындылай келе, жаңа Ag композиттері, AgNP-MHCs, ϕX174 және MNV қоса алғанда, бірнеше вирустарға қарсы тамаша вирусқа қарсы мүмкіндіктерге ие.AgNP-MHC әртүрлі қоршаған орта жағдайларында күшті тиімділікті сақтайды және бұл бөлшектерді магнит арқылы оңай қалпына келтіруге болады, осылайша олардың адам денсаулығы мен қоршаған ортаға ықтимал зиянды әсерін азайтады.Бұл зерттеу AgNP композиті айтарлықтай экологиялық қауіп-қатерсіз әртүрлі қоршаған орта жағдайларында тиімді вирусқа қарсы құрал бола алатындығын көрсетті.