Эффективность биосинтезированных наночастиц серебра против изолятов Pseudomonas aeruginosa от больных муковисцидозом

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 8876 (2023) Цитировать эту статью

306 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Высокая устойчивость Pseudomonas aeruginosa (PA) к антибиотикам делает актуальной разработку альтернативных эффективных и доступных противомикробных препаратов. Одним из многих применений наночастиц серебра (НЧ Ag) является их использование в качестве противомикробного средства против бактерий, устойчивых к обычным антибиотикам. Основная цель данного исследования заключалась в оценке антибактериальной и антибиопленочной эффективности биосинтезированных НЧ Ag против шести биопленкообразующих клинически изолированных штаммов ПА и одного эталонного штамма (ATCC 27853). НЧ серебра были биосинтезированы с использованием экстракта семян Peganumharmala в качестве восстановителя. НЧ Ag были охарактеризованы методами ультрафиолетовой-видимой (УФ-Видимой) спектроскопии и сканирующей трансмиссионной электронной микроскопии (STEM). Влияние НЧ Ag на образование и эрадикацию биопленок исследовали с помощью микротитровального анализа и определяли минимальную ингибирующую (MIC) и минимальную бактерицидную (MBC) концентрации. Кроме того, были проведены полимеразные цепные реакции в реальном времени (RT-PCR) для изучения влияния Ag NP на экспрессию семи генов, кодирующих биопленки PA (LasR, LasI, LssB, rhIR, rhII, pqsA и pqsR). Биосинтезированные НЧ Ag имели сферическую форму со средним диаметром 11 нм. МИК для каждого штамма ПА составляла 15,6 мкг/мл, а МБК — 31,25 мкг/мл. Все штаммы ПА, подвергшиеся воздействию НЧ Ag в субингибирующих концентрациях (0,22–7,5 мкг/мл), продемонстрировали значительный ингибирующий эффект на рост и образование биопленок. Биомасса и метаболизм биопленок снижались в зависимости от концентрации Ag NP. Экспрессия генов, чувствительных к кворуму, всех штаммов значительно снижалась при концентрации НЧ Ag 7,5 мкг/мл. Результаты демонстрируют обширные антибактериальные и антибиопленочные свойства Ag NP in vitro и их потенциал в лечении инфекции PA. Рекомендуется, чтобы в будущих исследованиях была изучена возможная синергия между Ag NP и антибиотиками.

Pseudomonas aeruginosa (PA) является распространенным внутрибольничным патогеном, который может вызывать смерть у лиц с иммуносупрессией, злокачественными новообразованиями, ожогами, травматическими ранами и муковисцидозом1. ПА может образовывать биопленку на различных абиотических поверхностях, включая искусственные имплантаты, мочевые катетеры, эндотрахеальные трубки и контактные линзы2. Внеклеточные полимерные вещества (ЭПС) образуют матрикоподобные структуры биопленок, окружающих бактериальные сообщества3. Биопленки представляют собой серьезную проблему, поскольку они могут противостоять иммунной системе хозяина и многим противомикробным препаратам3. Антимикробные пептиды электростатически отталкиваются от матрицы биопленки или разрушаются ею, защищая клетки внутри от фагоцитоза и иммунного ответа хозяина4,5. Система межклеточной связи, называемая «чувствованием кворума» (QS), регулирует несколько процессов в ПА, включая производство биопленок6.

Клетки-мишени многих противомикробных препаратов глубоко укоренены в матриксе биопленки, что чрезвычайно затрудняет их лечение7. Устойчивость к антибиотикам в настоящее время является серьезной глобальной проблемой здравоохранения8, а потребность в неантибиотических методах лечения устойчивых к лекарствам микробных заболеваний значительно возросла. Наночастицы предлагают альтернативный, простой в синтезе подход к лечению инфекций PA, поскольку их небольшой размер и высокое соотношение поверхности к объему делают их эффективными против биопленок9.

Среди многих обычно производимых наночастиц НЧ Ag выделяются своей выдающейся способностью бороться с патогенными бактериальными изолятами с множественной лекарственной устойчивостью10. Широко признано, что НЧ Ag обладают антибактериальной и антибиопленочной активностью как в отношении нерезистентных, так и резистентных патогенных бактерий10,11,12. НЧ Ag проявляют свою антибиопленочную активность, узнавая структуру пептидогликана бактериальных мембран и связываясь с экзополисахаридным матриксом. Структура биопленки затем серьезно повреждается или разрушается из-за окислительного стресса и повреждения ДНК, вызванного выработкой АФК и высвобождением ионов13,14,15. НЧ серебра также имеют значительный потенциал для использования в медицинских и других немедицинских целях благодаря широкому диапазону размеров, способности к самосборке и высокой антибактериальной активности16.