Sudraba nanodaļiņas (AgNP) tiek uzskatītas par potenciāli noderīgu instrumentu dažādu patogēnu kontrolei.Tomēr pastāv bažas par AgNP izdalīšanos vides vidē, jo tie var radīt nelabvēlīgu ietekmi uz cilvēku veselību un ekoloģisku ietekmi.Šajā pētījumā mēs izstrādājām un novērtējām jaunu mikrometra izmēra magnētisko hibrīdu koloīdu (MHC), kas dekorēts ar dažāda izmēra AgNP (AgNP-MHC).Pēc uzklāšanas dezinfekcijai šīs daļiņas var viegli atgūt no vides vides, izmantojot to magnētiskās īpašības, un tās joprojām ir efektīvas vīrusu patogēnu inaktivēšanai.Mēs novērtējām AgNP-MHC efektivitāti bakteriofāga ϕX174, peles norovīrusa (MNV) un adenovīrusa 2. serotipa (AdV2) inaktivēšanai.Šie mērķa vīrusi tika pakļauti AgNP-MHC iedarbībai 1, 3 un 6 stundas 25 ° C temperatūrā un pēc tam analizēti ar plāksnes testu un reāllaika TaqMan PCR.AgNP-MHC tika pakļauti plašam pH līmeņu diapazonam un krāna un virszemes ūdenim, lai novērtētu to pretvīrusu iedarbību dažādos vides apstākļos.No trim pārbaudītajiem AgNP-MHC veidiem Ag30-MHC uzrādīja visaugstāko efektivitāti vīrusu inaktivēšanai.ϕX174 un MNV tika samazināti par vairāk nekā 2 log10 pēc 4, 6 × 109 Ag30-MHC / ml iedarbības 1 stundu.Šie rezultāti liecināja, ka AgNP-MHC var izmantot, lai inaktivētu vīrusu patogēnus ar minimālu iespējamību izdalīties vidē.

Līdz ar neseno nanotehnoloģiju progresu nanodaļiņām visā pasaulē tiek pievērsta pastiprināta uzmanība biotehnoloģijas, medicīnas un sabiedrības veselības jomā.1,2).Pateicoties to augstajai virsmas un tilpuma attiecībai, nanoizmēra materiāliem, kas parasti ir diapazonā no 10 līdz 500 nm, ir unikālas fizikāli ķīmiskās īpašības, salīdzinot ar lielākiem materiāliem (1).Nanomateriālu formu un izmēru var kontrolēt, un uz to virsmām var konjugēt īpašas funkcionālās grupas, lai nodrošinātu mijiedarbību ar noteiktiem proteīniem vai intracelulāru uzņemšanu (3,–5).

Sudraba nanodaļiņas (AgNP) ir plaši pētītas kā pretmikrobu līdzeklis (6).Sudrabs tiek izmantots smalku galda piederumu izveidē, dekorēšanai un ārstniecības līdzekļos.Sudraba savienojumi, piemēram, sudraba sulfadiazīns un daži sāļi, ir izmantoti kā brūču kopšanas līdzekļi un infekcijas slimību ārstēšanai to pretmikrobu īpašību dēļ (6,7).Nesenie pētījumi atklāja, ka AgNP ir ļoti efektīvi dažādu baktēriju un vīrusu veidu inaktivēšanai (8,–11).AgNP un Ag+ joni, kas izdalās no AgNP, tieši mijiedarbojas ar fosforu vai sēru saturošām biomolekulām, tostarp DNS, RNS un olbaltumvielām (12,–14).Ir arī pierādīts, ka tie rada reaktīvās skābekļa sugas (ROS), izraisot membrānas bojājumus mikroorganismos (15).AgNP lielums, forma un koncentrācija ir arī svarīgi faktori, kas ietekmē to pretmikrobu spējas (8,10,13,16,17).

Iepriekšējie pētījumi ir arī atklājuši vairākas problēmas, kad AgNP tiek izmantoti patogēnu kontrolei ūdens vidē.Pirmkārt, esošie pētījumi par AgNP efektivitāti vīrusu patogēnu inaktivēšanai ūdenī ir ierobežoti.Turklāt monodispersi AgNP parasti ir pakļauti daļiņu-daļiņu agregācijai to mazā izmēra un lielās virsmas dēļ, un šie agregāti samazina AgNP efektivitāti pret mikrobu patogēniem (7).Visbeidzot, ir pierādīts, ka AgNP ir dažādi citotoksiski efekti (5,18,–20), un AgNP izdalīšanās ūdens vidē var izraisīt cilvēku veselības un ekoloģiskas problēmas.

Nesen mēs izstrādājām jaunu mikrometra izmēra magnētisko hibrīdu koloīdu (MHC), kas dekorēts ar dažāda izmēra AgNP (21,22).MHC kodolu var izmantot, lai atgūtu AgNP kompozītmateriālus no vides.Mēs novērtējām šo sudraba nanodaļiņu pretvīrusu efektivitāti uz MHC (AgNP-MHC), izmantojot bakteriofāgu ϕX174, peles norovīrusu (MNV) un adenovīrusu dažādos vides apstākļos.

AgNP-MHC pretvīrusu iedarbība dažādās koncentrācijās pret bakteriofāgu ϕX174 (a), MNV (b) un AdV2 (c).Mērķa vīrusi tika apstrādāti ar dažādu AgNP-MHC koncentrāciju un OH-MHC (4, 6 × 109 daļiņas / ml) kā kontroli kratīšanas inkubatorā (150 apgr./min., 1 h, 25 ° C).Izdzīvojušo vīrusu noteikšanai tika izmantota plāksnes noteikšanas metode.Vērtības ir vidēji ± standartnovirzes (SD) no trim neatkarīgiem eksperimentiem.Zvaigznītes norāda ievērojami atšķirīgas vērtības (P< 0,05 ar vienvirziena ANOVA ar Daneta testu).

Šis pētījums parādīja, ka AgNP-MHC ir efektīvi bakteriofāgu un MNV, cilvēka norovīrusa surogāta, deaktivizēšanai ūdenī.Turklāt AgNP-MHC var viegli atgūt ar magnētu, efektīvi novēršot potenciāli toksisku AgNP izdalīšanos vidē.Vairāki iepriekšējie pētījumi ir parādījuši, ka AgNP koncentrācija un daļiņu izmērs ir kritiski faktori mērķa mikroorganisma inaktivēšanai (8,16,17).AgNP pretmikrobu iedarbība ir atkarīga arī no mikroorganisma veida.AgNP-MHC efektivitāte ϕX174 inaktivēšanai sekoja devas un reakcijas attiecībai.No pārbaudītajiem AgNP-MHC Ag30-MHC bija augstāka efektivitāte ϕX174 un MNV inaktivēšanai.MNV gadījumā tikai Ag30-MHC uzrādīja pretvīrusu aktivitāti, bet pārējie AgNP-MHC neizraisīja būtisku MNV inaktivāciju.Nevienam no AgNP-MHC nebija nozīmīgas pretvīrusu aktivitātes pret AdV2.

Papildus daļiņu izmēram svarīga bija arī sudraba koncentrācija AgNP-MHC.Šķiet, ka sudraba koncentrācija noteica AgNP-MHC pretvīrusu iedarbības efektivitāti.Sudraba koncentrācija Ag07-MHC un Ag30-MHC šķīdumos pie 4,6 × 109 daļiņām/ml bija attiecīgi 28,75 ppm un 200 ppm, un korelēja ar pretvīrusu aktivitātes līmeni.2. tabulaapkopo pārbaudīto AgNP-MHC sudraba koncentrācijas un virsmas laukumus.Ag07-MHC uzrādīja viszemāko pretvīrusu aktivitāti, un tiem bija viszemākā sudraba koncentrācija un virsmas laukums, kas liecina, ka šīs īpašības ir saistītas ar AgNP-MHC pretvīrusu aktivitāti.

Mūsu iepriekšējais pētījums norādīja, ka galvenie AgNP-MHC pretmikrobu mehānismi ir Mg2+ vai Ca2+ jonu ķīmiskā abstrakcija no mikrobu membrānām, kompleksu veidošana ar tiola grupām, kas atrodas pie membrānām, un reaktīvo skābekļa sugu (ROS) ģenerēšana.21).Tā kā AgNP-MHC ir salīdzinoši liels daļiņu izmērs (∼ 500 nm), maz ticams, ka tie varētu iekļūt vīrusa kapsīdā.Tā vietā šķiet, ka AgNP-MHC mijiedarbojas ar vīrusu virsmas proteīniem.AgNP uz kompozītmateriāliem mēdz saistīt tiola grupu saturošas biomolekulas, kas iestrādātas vīrusu apvalka proteīnos.Tāpēc vīrusu kapsīdu proteīnu bioķīmiskās īpašības ir svarīgas, lai noteiktu to jutību pret AgNP-MHC.1. attēlsparāda atšķirīgo vīrusu jutību pret AgNP-MHC iedarbību.Bakteriofāgi ϕX174 un MNV bija jutīgi pret AgNP-MHC, bet AdV2 bija rezistenti.Augstais AdV2 pretestības līmenis, iespējams, ir saistīts ar tā lielumu un struktūru.Adenovīrusu izmērs ir no 70 līdz 100 nm (30), padarot tos daudz lielākus par ϕX174 (27 līdz 33 nm) un MNV (28 līdz 35 nm) (31,32).Papildus lielajam izmēram adenovīrusiem, atšķirībā no citiem vīrusiem, ir divpavedienu DNS, un tie ir izturīgi pret dažādiem vides faktoriem, piemēram, karstumu un UV starojumu (33,34).Mūsu iepriekšējais pētījums ziņoja, ka MS2 samazinājums gandrīz par 3 log10 notika ar Ag30-MHC 6 stundu laikā (21).MS2 un ϕX174 ir līdzīgi izmēri ar dažāda veida nukleīnskābēm (RNS vai DNS), taču tiem ir līdzīgs Ag30-MHC inaktivācijas ātrums.Tāpēc šķiet, ka nukleīnskābes raksturs nav galvenais rezistences pret AgNP-MHC faktors.Tā vietā vīrusa daļiņas izmērs un forma izrādījās svarīgāki, jo adenovīruss ir daudz lielāks vīruss.Ag30-MHC sasniedza gandrīz 2-log10 samazinājumu M13 6 stundu laikā (mūsu nepublicētie dati).M13 ir vienpavedienu DNS vīruss (35) un ir aptuveni 880 nm garumā un 6,6 nm diametrā (36).Filamenta bakteriofāga M13 inaktivācijas ātrums bija starpposms starp maziem, apaļas struktūras vīrusiem (MNV, ϕX174 un MS2) un lielu vīrusu (AdV2).

Šajā pētījumā MNV inaktivācijas kinētika bija ievērojami atšķirīga plankuma testā un RT-PCR testā (2.b attununc).c).Ir zināms, ka molekulārie testi, piemēram, RT-PCR, ievērojami nenovērtē vīrusu inaktivācijas ātrumu (25,28), kā tika atklāts mūsu pētījumā.Tā kā AgNP-MHC galvenokārt mijiedarbojas ar vīrusa virsmu, tie, visticamāk, bojā vīrusa apvalka proteīnus, nevis vīrusu nukleīnskābes.Tāpēc RT-PCR tests vīrusu nukleīnskābes mērīšanai var ievērojami nenovērtēt vīrusu inaktivāciju.Ag+ jonu iedarbībai un reaktīvo skābekļa sugu (ROS) radīšanai vajadzētu būt atbildīgai par pārbaudīto vīrusu inaktivāciju.Tomēr daudzi AgNP-MHC pretvīrusu mehānismu aspekti joprojām ir neskaidri, un ir nepieciešami turpmāki pētījumi, izmantojot biotehnoloģiskās pieejas, lai noskaidrotu AdV2 augstās rezistences mehānismu.

Visbeidzot, mēs novērtējām Ag30-MHC pretvīrusu aktivitātes noturību, pakļaujot tos plašam pH vērtību diapazonam un krāna un virszemes ūdens paraugiem pirms to pretvīrusu aktivitātes mērīšanas (3. attunun 4).4).Ekstrēmi zemu pH apstākļu iedarbība izraisīja AgNP fizisku un/vai funkcionālu zudumu no MHC (nepublicēti dati).Nespecifisku daļiņu klātbūtnē Ag30-MHC konsekventi uzrādīja pretvīrusu aktivitāti, neskatoties uz pretvīrusu aktivitātes samazināšanos pret MS2.Pretvīrusu aktivitāte bija viszemākā nefiltrētā virszemes ūdenī, jo mijiedarbība starp Ag30-MHC un nespecifiskām daļiņām ļoti duļķainā virszemes ūdenī, iespējams, izraisīja pretvīrusu aktivitātes samazināšanos (3. tabula).Tāpēc turpmāk būtu jāveic AgNP-MHC lauka novērtējumi dažāda veida ūdenī (piemēram, ar atšķirīgu sāls koncentrāciju vai humīnskābi).

Visbeidzot, jaunajiem Ag kompozītmateriāliem, AgNP-MHC, ir lieliskas pretvīrusu spējas pret vairākiem vīrusiem, tostarp ϕX174 un MNV.AgNP-MHC saglabā spēcīgu efektivitāti dažādos vides apstākļos, un šīs daļiņas var viegli atgūt, izmantojot magnētu, tādējādi samazinot to iespējamo kaitīgo ietekmi uz cilvēku veselību un vidi.Šis pētījums parādīja, ka AgNP kompozīts var būt efektīvs pretvīrusu līdzeklis dažādos vides apstākļos bez būtiskiem ekoloģiskiem riskiem.