Хімія, фізика та технологія поверхні, 2020, 11 (2), 201-214.

Вплив поверхнево-активних речовин на біогенний синтез наночастинок срібла в клітинах лактобактерій



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp11.02.201

V. I. Podolska, O. Yu. Voitenko, N. I. Gryshchenko, O. G. Savkin, L. M. Yakubenko

Анотація


В роботі наведено результати досліджень спектральних характеристик, електронно-мікроскопічних даних і антибактеріальних властивостей матриць клітин Lactobacillus plantarum, наповнених наночастинками срібла (біоAgНЧ), які утворилися в процесі біосинтезу в присутності поверхнево-активних речовин (ПАР). Проаналізовано вплив концентрацій ПАР: катіонної двочетвертинної амоніачної сполуки (КПАР) етонію і аніонної сполуки децилфосфату натрію (АПАР) на спектри поглинання суспензій клітин лактобактерій L. plantarum, які містять синтезовані біоAgНЧ. Для контролю процесу формування біоНЧAg в клітинах мікроорганізмів використано метод спектроскопії в ультрафіолетовій і видимій областях. Проаналізовано антибактеріальні властивості модифікованих клітин диско-дифузійним методом в залежності від умов синтезу НЧ і складу композитів. Наведено результати трансмісійних електронно-мікроскопічних досліджень біонанокомпозитних препаратів після їх обробки концентрованою сірчаною кислотою.

Показано, що додавання при синтезі до розчину прекурсора іоногенних ПАР впливає на структурні і розмірні характеристики біогенного срібла, яке формується в клітинах L. plantarum. Починаючи з певних концентрацій, більших за критичну концентрацію міцелоутворення (ККМ), присутність етонію приводить до формування двох фракцій частинок: субколоїдних стабілізованих в клітинній стінці, що відповідає смузі поглинання при 380 нм, а також агрегатів частинок, яким відповідає плече при 440 нм. Додавання ПАР сприяло розширенню спектра поглинання в червону область, яке залежало від концентрації КПАР і рН середовища, проте не залежало від концентрації аніон-активної речовини. Показано, що антибактеріальні властивості модифікованих за допомогою ПАР нанобіокомпозитних матеріалів залежать переважно від вмісту і розміру НЧ в матриці лактобактерії. Спільне використання біонанокомпозиту і етонію при концентраціях, близьких до ККМ, дозволяє підвищити їхню активність по відношенню до грам(+) бактерій і одночасно на порядок зменшити (з 1.0 до 0.1 %) звичайну терапевтичну дозу етонію.


Ключові слова


нанорозмірне срібло; лактобактерії; біогенний синтез; поверхнево-активні речовини

Повний текст:

PDF

Посилання


1. Sintubin L., Windt W.D., Dick J., Mast J, van der Ha D., Verstraete W, Boon N. Lactic acid bacteria as reducing and capping agent for the fast and efficient production of silver nanoparticles. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2009. 84(4): 74. https://doi.org/10.1007/s00253-009-2032-6

2. Sintubin L., Verstraete W., Boon N. Biologically produced nanosilver: current state and perspectives. Biotechnol. Bioeng. 2012. 109(10): 2422. https://doi.org/10.1002/bit.24570

3. Podolska V.I., Voitenko O.Yu., Grishchenko N.I. Ulberg Z.R., Savkin G., Yakubenko L.N. Chemical-microbiological and biogenic formation of ultrafine silver in lactobacilli cells. Material Science of Nanostructures. 2014. (2): 53. [in Russian].

4. Podolska V.I., Voitenko O.Yu, Savkin O.G., Grishchenko N.I., Ulberg Z.R., Yakubenko L.M. Characterization of superdispersed silver particles precipitated in lactobacteria cells. Material Science of Nanostructures. 2014. (1): 64. [in Russian].

5. Voitenko O.Yu., Podolska V.I., Gryshchenko N.I., Ulberg Z.R., Yakubenko L.N. Antimicrobial activity of microorganisms and colloidal silver based on hybrid materials. Biotechnologia Acta. 2014. 7(1): 100. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/biotech7.01.100

6. Sleytr U.V., Messner P., Pum D., Sara M. Crystalline bacterial cell surface layers (S Layers): from supramolecular cell structure to biomimetics and nanotechnology. Angew. Chem. Int. Ed. 1999. 38(8):1034. https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-3773(19990419)38:8<1034::AID-ANIE1034>3.0.CO;2-#

7. Morones J.R., Elechiguerra J.L., Camacho A., Holt K., Kouri J.B., Ramírez J.T., Yacaman M.J. The bactericidal effect of silver nanoparticles. Nanotechnology. 2005. 15(10): 2346. https://doi.org/10.1088/0957-4484/16/10/059

8. Hatchett D.W., White H.S. Electrochemistry of sulfur adlayers on the low-index faces of silver. J. Phys. Chem. 1996. 100(23): 9854. https://doi.org/10.1021/jp953757z

9. Ajayan P.M., Marks L.D. Quasimelting and phases of small particles. Phys. Rev. Lett. 1988. 60(7): 585. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.60.585

10. Lok C.-N., Ho C.-M., Chen R., He Q.-Y., Yu W.-Y, Sun H. Silver nanoparticles: partial oxidation and antibacterial activities. J. Biol. Inorg. Chem. 2007. 12(4): 527. https://doi.org/10.1007/s00775-007-0208-z

11. Patent RF 241943. Krutyakov Yu.A., Kudrinsky A.A., Lisichkin G.V., Vertelov G.K., Mazhuha A.G. Antibacterial preparation and the method for its production. 2011. [in Russian].

12. Patent RF 2480203. Krutyakov Yu.A., Kudrinsky A.A., Lisichkin G.V. Antimicrobial composition and the method for its production. 2013. [in Russian].

13. Pirog T.P., Konon A.D., Sofilkanich A.D., Iutiskaya G.A. Effect of the Acinetobacter calcoaceticus IMB B-7241, Rhodococcus erythropolis IMB Ac-5017 and Nocardia vaccinii K-8 surface-active substances on phytopathogenic bacteria. Prikladnaya biokhimiya i mikrobiologiya. 2013. 49(4): 364. [in Russian]. https://doi.org/10.1134/S000368381304011X

14. Savvin S.B., Chernova R.K., Shtykov S.N. Surface-active substances. (Moscow: Nauka, 1991). [in Russian].

15. Fomin P.A., Leikin Yu.A., Cherkasova T.A. Research of bactericidal ion-exchange sorbents. Uspekhi v khimii i khimicheskoy tekhnologii. 2008. 22(13(93)): 10. [in Russian].

16. Podolska V.I., Voitenko O.Yu., Ulberg Z.R., Yakubenko L.M., Grishchenko N.I., Ermakov V.N. Influence of pulse electric field on surface properties of lactic acid bacteria Lactobacillus plantarum and biogenic formation of ultradispersed silver. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2017. 8(2): 143. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/hftp08.02.143

17. Potehina N.V. Teichoic acid of actinomycetess and other gram-positive bacteria. Uspekhi biologicheskoy khimii. 2006. 46:22. [in Russian].

18. Kamneva N.N., Bykova O.S. Effect of micellar aetonium medium on spectral and protolytic properties of the indicator dyes. Visnyk Harkivskogo Natsionalnogo Universitetu. Seria "Himiia". 2014. (1123, Vyp. 23): 39. [in Russian].

19. Slipenyuk T.S., Slipenyuk O.T., Kobitovich O.M., Lyavynets O.S. Investigation of processes of dispersed phase structuring in polyvinyl chloride latex. Naukovyi Visnyk Tchernivetskogo Univesytetu. Himiia. 2011. (Vyp. 581): 84. [in Ukrainian].

20. Domracheva L.I., Simakova V.S. Reactions of pro- and eukaryotic microorganisms on action of synthetic surface-active substances (review). Teoreticheskaya i prikladnaya ekologiya. 2018. (1): 5. [in Russian].




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp11.02.201

Copyright (©) 2020 V. I. Podolska, O. Yu. Voitenko, N. I. Gryshchenko, O. G. Savkin, L. M. Yakubenko