Цитотоксическое действие наночастиц окисленного графена на бактериальные клетки

Представлены результаты исследований внедрения нанотехнологий в различные сферы научной деятельности. В медицинской и ветеринарной практике перспективными считаются наночастицы различных форм углерода, так как они обладают широким арсеналом биомодулирующих эффектов на организм, проявляя незначительное экотоксическое и организмотоксическое воздействие. Большое значение для использования в медицине имеет их антибактериальное действие. Микроорганизмы являются одним из объектов изучения цитотоксических свойств новых лекарственных препаратов. Проведена оценка цитотоксического действия наночастиц окисленного графена на основные типы бактериальных клеток по результатам световой и атомно-силовой микроскопии. Световая микроскопия позволила установить, что действие субингибирующих концентраций наночастиц окисленного графена, достигнутое путем исследования колоний микроорганизмов на границе ингибиции их роста, может приводить к тинкториальной трансверсии у грамположительных микроорганизмов, в частности, золотистого стафилококка, в то время как у грамотрицательной кишечной палочки подобного феномена не отмечается. Методом атомно-силовой микроскопии установлено, что токсические концентрации наночастиц окисленного графена приводят к морфологической деградации, степень которой зависит от времени экспозиции наночастиц. При экспозиции в 30 мин наблюдали морфологическую деградацию клеток у основных типов бактерий (кокки, палочки), сопровождающуюся уменьшением контуров клеток. При увеличении экспозиции от 30 до 90 мин наблюдали полную морфологическую деструкцию бактериальных клеток и распад композиции бактериальной популяции. Цитотоксическая концентрация наночастиц окисленного графена составляет значение более 75 мкг·мл–1, что установлено по результатам микроскопии образцов тестовых культур (Escherichia coli ATCC 25922 и Staphylococcus aureus ATCC 6538). 

1. Beddoes C.M., Casec C. Patrick, Briscoe Wuge H. Understanding nanoparticle cellular entry: A physicochemical perspective // Advances in Colloid and Interface Science. 2015. Vol. 218. P. 48–68.

2. Wang, L., Hu C., Shao L. The antimicrobial activity of nanoparticles: present situation and prospects for the future // International Journal of Nanomedicine. 2017. Vol. 12. P. 1227–1249.

3. Kaweeteerawat C., Ivask A., Liu R., Zhang H., Chang C.H., Low-Kam C., Fischer H., Ji Z., Pokhrel S., Cohen Y., Telesca D., Zink J., Madler L., Holden P.A., Nel A., Godwin H. Toxicity of metal oxide nanoparticles in Escherichia coli correlates with conduction band and hydration energies // Environmental Science Technology. 2015. Vol. 49. P. 1105–1112.

4. Li Y., Zhang W., Niu J., Chen Y. Mechanism of photogenerated reactive oxygen species and correlation with the antibacterial properties of engineered metal-oxide nanoparticles // ACS Nano. 2012. Vol. 6. P. 5164–5173.

5. Xiu Z., Zhang Q., Puppala H.L., Colvin V.L., Alvarez P. J.J Negligible particlespecific antibacterial activity of silver nanoparticles // Nano Letters. 2012. Vol. 12. P. 4271–4275.

6. Красочко П.А., Корочкин Р.Б., Понаськов М.А. Определение минимальной ингибирующей и бактерицидной концентрации нано- и коллоидных частиц серебра // Ветеринарный журнал Беларуси. 2019. № 2 (11). С. 46–50.

7. Красочко П.А., Лещенко В.Г., Мансуров В.А., Красочко И.А.,Корочкин Р.Б., Понаськов М.А. Сравнительная оценка антибактериальной активности антибиотиков и наночастиц диффузионным методом // Ветеринарный журнал Беларуси. 2019. № 1 (12). С. 51–56.

8. Корочкин Р.Б., Красочко П.А., Гвоздев С.Н., Понаськов М.А. Сравнительная оценка биопленкоингибирующей активности наночастиц металлов и биоэлементов // Ветеринарный журнал Беларуси. 2020. № 2. С. 29–35.

9. Ranishenka B., Ulashchik E., Tatulchenkov M., Sharko O., Dremova N., Panarin A., Shmanai V. Graphene oxide functionalization via epoxide ring opening in bioconjugation compatible conditions // FlatChem. 2021. Vol. 27. P. 100235.

10. Valentini F. Functionalized Graphene Derivatives: Antibacterial Properties and Cytotoxicity // Journal of Nanomaterials. 2019. Vol. 2019. P. 14.

11. Humann J., Lenz Laurel L. Bacterial Peptidoglycan-Degrading Enzymes and Their Impact on Host Muropeptide Detection // Journal of Innate Immunity. 2009. Vol. 1. P. 88–97.