Gümüş nanopartiküllerinin (AgNP'ler) çeşitli patojenlerin kontrolünde potansiyel olarak yararlı bir araç olduğu düşünülmektedir.Bununla birlikte, AgNP'lerin çevresel medyaya salınması konusunda, insan sağlığına ve ekolojik etkilere olumsuz etkiler yaratabileceğinden endişeler bulunmaktadır.Bu çalışmada, çeşitli boyutlardaki AgNP'lerle (AgNP-MHC'ler) süslenmiş yeni bir mikrometre boyutunda manyetik hibrit kolloid (MHC) geliştirdik ve değerlendirdik.Dezenfeksiyon için uygulandıktan sonra bu parçacıklar, manyetik özellikleri sayesinde çevresel ortamdan kolaylıkla geri kazanılabilir ve viral patojenleri etkisiz hale getirme konusunda etkili kalabilir.AgNP-MHC'lerin bakteriyofaj ϕX174, murin norovirüs (MNV) ve adenovirüs serotip 2'yi (AdV2) etkisiz hale getirmedeki etkinliğini değerlendirdik.Bu hedef virüsler, 25°C'de 1, 3 ve 6 saat boyunca AgNP-MHC'lere maruz bırakıldı ve ardından plak tahlili ve gerçek zamanlı TaqMan PCR ile analiz edildi.AgNP-MHC'ler, farklı çevresel koşullar altında antiviral etkilerini değerlendirmek için geniş bir pH seviyesi aralığına ve musluk ve yüzey suyuna maruz bırakıldı.Test edilen üç AgNP-MHC türü arasında Ag30-MHC'ler, virüsleri etkisizleştirmede en yüksek etkinliği sergiledi.ϕX174 ve MNV, 1 saat boyunca 4,6 x 109 Ag30-MHC/ml'ye maruz bırakıldıktan sonra 2 log10'dan fazla azaldı.Bu sonuçlar, AgNP-MHC'lerin, viral patojenleri çevreye minimum potansiyel salınım şansı ile etkisiz hale getirmek için kullanılabileceğini gösterdi.

Nanoteknolojideki son gelişmelerle birlikte nanopartiküller dünya çapında biyoteknoloji, tıp ve halk sağlığı alanlarında artan ilgi görmektedir.1,2).Yüksek yüzey-hacim oranları nedeniyle, tipik olarak 10 ila 500 nm arasında değişen nano boyutlu malzemeler, daha büyük malzemelerle karşılaştırıldığında benzersiz fizikokimyasal özelliklere sahiptir.1).Nanomateryallerin şekli ve boyutu kontrol edilebilir ve belirli proteinlerle veya hücre içi alımla etkileşimi sağlamak için yüzeylerine spesifik fonksiyonel gruplar konjuge edilebilir.3,–5).

Gümüş nanopartikülleri (AgNP'ler) antimikrobiyal bir ajan olarak geniş çapta incelenmiştir.6).Gümüş, kaliteli çatal-bıçak yapımında, süslemede ve tedavi edici maddelerde kullanılır.Gümüş sülfadiazin ve bazı tuzlar gibi gümüş bileşikleri, antimikrobiyal özelliklerinden dolayı yara bakım ürünleri ve bulaşıcı hastalıkların tedavisinde kullanılmaktadır.6,7).Son zamanlarda yapılan çalışmalar AgNP'lerin çeşitli bakteri ve virüs türlerini etkisizleştirmede çok etkili olduğunu ortaya çıkarmıştır.8,–11).AgNP'lerden salınan AgNP'ler ve Ag+ iyonları, DNA, RNA ve proteinler de dahil olmak üzere fosfor veya kükürt içeren biyomoleküllerle doğrudan etkileşime girer.12,–14).Ayrıca mikroorganizmalarda membran hasarına neden olan reaktif oksijen türleri (ROS) ürettikleri de gösterilmiştir.15).AgNP'lerin boyutu, şekli ve konsantrasyonu da antimikrobiyal yeteneklerini etkileyen önemli faktörlerdir.8,10,13,16,17).

Önceki çalışmalar, AgNP'lerin su ortamındaki patojenleri kontrol etmek için kullanıldığında çeşitli sorunları da vurgulamıştır.Birincisi, AgNP'lerin sudaki viral patojenleri etkisiz hale getirmedeki etkinliğine ilişkin mevcut çalışmalar sınırlıdır.Ek olarak, tek dağılımlı AgNP'ler küçük boyutları ve geniş yüzey alanları nedeniyle tipik olarak parçacık-parçacık agregasyonuna maruz kalırlar ve bu agregatlar, AgNP'lerin mikrobiyal patojenlere karşı etkinliğini azaltır.7).Son olarak AgNP'lerin çeşitli sitotoksik etkilere sahip olduğu gösterilmiştir.5,18,–20) ve AgNP'lerin su ortamına salınması insan sağlığına ve ekolojik sorunlara yol açabilir.

Son zamanlarda, çeşitli boyutlarda AgNP'lerle süslenmiş yeni bir mikrometre boyutunda manyetik hibrit kolloid (MHC) geliştirdik (21,22).MHC çekirdeği, AgNP kompozitlerini ortamdan kurtarmak için kullanılabilir.Bu gümüş nanopartiküllerin MHC'ler (AgNP-MHC'ler) üzerindeki antiviral etkinliğini, farklı çevresel koşullar altında bakteriyofaj ϕX174, murin norovirüs (MNV) ve adenovirüs kullanarak değerlendirdik.

AgNP-MHC'lerin çeşitli konsantrasyonlarda bakteriyofaj ϕX174 (a), MNV (b) ve AdV2 (c)'ye karşı antiviral etkileri.Hedef virüsler, çalkalamalı bir inkübatörde (150 rpm, 1 saat, 25°C) farklı konsantrasyonlarda AgNP-MHC'lerle ve kontrol olarak OH-MHC'lerle (4,6 x 109 parçacık/ml) işlendi.Hayatta kalan virüsleri ölçmek için plak tahlili yöntemi kullanıldı.Değerler, üç bağımsız deneyden elde edilen ortalama ± standart sapmalardır (SD).Yıldız işaretleri önemli ölçüde farklı değerleri gösterir (P< 0,05, Dunnett testiyle tek yönlü ANOVA ile).

Bu çalışma, AgNP-MHC'lerin sudaki bakteriyofajları ve insan norovirüsünün bir vekili olan MNV'yi etkisiz hale getirmede etkili olduğunu gösterdi.Ek olarak, AgNP-MHC'ler bir mıknatısla kolayca geri kazanılabilir ve bu da potansiyel olarak toksik AgNP'lerin çevreye salınmasını etkili bir şekilde önler.Önceki bir dizi çalışma, AgNP'lerin konsantrasyonunun ve parçacık boyutunun, hedeflenen mikroorganizmanın etkisizleştirilmesinde kritik faktörler olduğunu göstermiştir.8,16,17).AgNP'lerin antimikrobiyal etkileri aynı zamanda mikroorganizmanın türüne de bağlıdır.AgNP-MHC'lerin ϕX174'ü etkisiz hale getirmedeki etkinliği bir doz-yanıt ilişkisini takip etti.Test edilen AgNP-MHC'ler arasında Ag30-MHC'ler, ϕX174 ve MNV'yi etkisizleştirmede daha yüksek etkinliğe sahipti.MNV için yalnızca Ag30-MHC'ler antiviral aktivite sergiledi; diğer AgNP-MHC'ler ise MNV'de anlamlı bir inaktivasyon oluşturmadı.AgNP-MHC'lerin hiçbirinin AdV2'ye karşı anlamlı bir antiviral aktivitesi yoktu.

Parçacık boyutunun yanı sıra AgNP-MHC'lerdeki gümüş konsantrasyonu da önemliydi.Gümüş konsantrasyonunun AgNP-MHC'lerin antiviral etkilerinin etkinliğini belirlediği ortaya çıktı.Ag07-MHC ve Ag30-MHC çözeltilerindeki 4,6 x 109 parçacık/ml'deki gümüş konsantrasyonları sırasıyla 28,75 ppm ve 200 ppm idi ve antiviral aktivite seviyesi ile koreleydi.Tablo 2test edilen AgNP-MHC'lerin gümüş konsantrasyonlarını ve yüzey alanlarını özetler.Ag07-MHC'ler en düşük antiviral aktiviteyi sergiledi ve en düşük gümüş konsantrasyonuna ve yüzey alanına sahipti; bu, bu özelliklerin AgNP-MHC'lerin antiviral aktivitesi ile ilişkili olduğunu ortaya koyuyor.

Önceki çalışmamız, AgNP-MHC'lerin ana antimikrobiyal mekanizmalarının, Mg2+ veya Ca2+ iyonlarının mikrobiyal membranlardan kimyasal olarak soyutlanması, membranlarda bulunan tiyol gruplarıyla komplekslerin oluşturulması ve reaktif oksijen türlerinin (ROS) üretilmesi olduğunu gösterdi (21).AgNP-MHC'lerin nispeten büyük parçacık boyutuna (∼500 nm) sahip olması nedeniyle viral kapsid'e nüfuz etmeleri pek olası değildir.Bunun yerine AgNP-MHC'lerin viral yüzey proteinleri ile etkileşime girdiği görülmektedir.Kompozitlerdeki AgNP'ler, virüslerin kaplama proteinlerine gömülü tiyol grubu içeren biyomolekülleri bağlama eğilimindedir.Bu nedenle viral kapsid proteinlerinin biyokimyasal özellikleri AgNP-MHC'lere duyarlılıklarının belirlenmesi açısından önemlidir.Şekil 1AgNP-MHC'lerin etkilerine karşı virüslerin farklı duyarlılıklarını gösterir.ϕX174 ve MNV bakteriyofajları AgNP-MHC'lere duyarlıydı ancak AdV2 dirençliydi.AdV2'nin yüksek direnç seviyesi muhtemelen boyutu ve yapısıyla ilişkilidir.Adenovirüslerin boyutları 70 ila 100 nm arasında değişmektedir (30ϕX174 (27 ila 33 nm) ve MNV'den (28 ila 35 nm) çok daha büyük olmalarını sağlar (31,32).Adenovirüsler, büyük boyutlarının yanı sıra diğer virüslerden farklı olarak çift sarmallı DNA'ya sahiptirler ve ısı, UV radyasyonu gibi çeşitli çevresel streslere karşı dayanıklıdırlar.33,34).Önceki çalışmamız, Ag30-MHC'lerle 6 saat içinde MS2'de neredeyse 3 log10'luk bir azalmanın meydana geldiğini bildirdi (21).MS2 ve ϕX174, farklı nükleik asit türleri (RNA veya DNA) ile benzer boyutlara sahiptir ancak Ag30-MHC'ler tarafından benzer inaktivasyon oranlarına sahiptir.Bu nedenle, nükleik asidin doğası AgNP-MHC'lere karşı direnç için ana faktör olarak görünmemektedir.Bunun yerine viral partikülün boyutu ve şeklinin daha önemli olduğu ortaya çıktı çünkü adenovirüs çok daha büyük bir virüs.Ag30-MHC'ler 6 saat içinde M13'te neredeyse 2 log10'luk bir azalma elde etti (yayınlanmamış verilerimiz).M13 tek sarmallı DNA virüsüdür (35) ve uzunluğu ∼880 nm ve çapı 6,6 nm'dir (36).İpliksi bakteriyofaj M13'ün inaktivasyon hızı, küçük, yuvarlak yapılı virüsler (MNV, ϕX174 ve MS2) ile büyük bir virüs (AdV2) arasında orta düzeydeydi.

Bu çalışmada MNV'nin inaktivasyon kinetiği plak tahlilinde ve RT-PCR tahlilinde önemli ölçüde farklıydı (Şekil 2bVe​vec).c).RT-PCR gibi moleküler analizlerin, virüslerin inaktivasyon oranlarını önemli ölçüde eksik tahmin ettiği bilinmektedir.25,28), bizim çalışmamızda da görüldüğü gibi.AgNP-MHC'ler öncelikle viral yüzeyle etkileşime girdiğinden, viral nükleik asitlerden ziyade viral kaplama proteinlerine zarar verme olasılıkları daha yüksektir.Bu nedenle viral nükleik asidi ölçmek için yapılan bir RT-PCR tahlili, virüslerin inaktivasyonunu önemli ölçüde eksik tahmin edebilir.Ag+ iyonlarının etkisi ve reaktif oksijen türlerinin (ROS) üretimi, test edilen virüslerin etkisizleştirilmesinden sorumlu olmalıdır.Bununla birlikte, AgNP-MHC'lerin antiviral mekanizmalarının birçok yönü hala belirsizdir ve AdV2'nin yüksek direncinin mekanizmasını aydınlatmak için biyoteknolojik yaklaşımların kullanıldığı daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.

Son olarak, Ag30-MHC'lerin antiviral aktivitesinin sağlamlığını, antiviral aktivitelerini ölçmeden önce bunları geniş bir pH değerleri aralığına ve musluk ve yüzey suyu örneklerine maruz bırakarak değerlendirdik (Şek. 3Ve​ve4).4).Son derece düşük pH koşullarına maruz kalma, AgNP'lerin MHC'den fiziksel ve/veya işlevsel kaybına neden oldu (yayınlanmamış veriler).Spesifik olmayan parçacıkların varlığında Ag30-MHC'ler, MS2'ye karşı antiviral aktivitedeki düşüşe rağmen tutarlı bir şekilde antiviral aktivite sergiledi.Ag30-MHC'ler ile oldukça bulanık yüzey suyundaki spesifik olmayan parçacıklar arasındaki etkileşim muhtemelen antiviral aktivitede bir azalmaya neden olduğundan, antiviral aktivite filtrelenmemiş yüzey suyunda en düşüktü.Tablo 3).Bu nedenle gelecekte çeşitli su türlerinde (örneğin farklı tuz konsantrasyonları veya hümik asit içeren) AgNP-MHC'lerin saha değerlendirmeleri yapılmalıdır.

Sonuç olarak, yeni Ag kompozitleri AgNP-MHC'ler, ϕX174 ve MNV dahil olmak üzere çeşitli virüslere karşı mükemmel antiviral yeteneklere sahiptir.AgNP-MHC'ler farklı çevresel koşullar altında güçlü etkinliğini korur ve bu parçacıklar bir mıknatıs kullanılarak kolayca geri kazanılabilir, böylece insan sağlığı ve çevre üzerindeki potansiyel zararlı etkileri azaltılabilir.Bu çalışma, AgNP kompozitinin, önemli ekolojik riskler olmadan, çeşitli çevresel ortamlarda etkili bir antiviral olabileceğini gösterdi.