یافته های نوین در علوم زیستی

اثرات ضد باکتریایی نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن زیستی و بررسی سینتیک مرگ و میر سویه های شایع در عفونت های بالینی

نویسندگان

محسن فاطمی
نسرین ملانیا
مجید مومنی مقدم
فاطمه صادقی فر

دانشگاه حکیم سبزواری

https://doi.org/10.29252/nbr.6.1.30
چکیده
خواص جدید مواد در ابعاد نانو باعث شده که نانوتکنولوژی به یکی از بخش­ های پیشرو در تمامی علوم از جمله زیست شناسی و پزشکی تبدیل گردد. در این راستا نانوذرات مغناطیسی بر پایه آهن با توجه به قابلیت­ های متنوع خود، بسیار مورد توجه محققین قرار گرفته اند. امروزه افزایش مقاومت به آنتی بیوتیک ها یکی از مشکلات عمده در درمان عفونت­ های بالینی است، از این رو یافتن عوامل ضد باکتریایی جدید برای مبارزه با سویه­ های مقاوم امری ضروری است. در این مطالعه تولید زیستی نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن با استفاده از سوپرناتانت محیط کشت یک باکتری تازه استخراج شده و با هدف بررسی میزان اثر بازدارنگی این نانوذرات بر سویه­ هایی که در بروز عفونت­ های بالینی نقش عمده دارند، انجام شد. تولید زیستی نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن به کمک آنزیم­های باکتریایی بوسیله دستگاه اسپکتروسکوپی UV-Vis بررسی گردیده و اندازه متوسط نانوذرات حاصل با استفاده از تکنیک پراکندگی نور دینامیکی تخمین زده شد. خاصیت ضدباکتریایی نانوذرات اکسید آهن علیه باکتری­های اشرشیاکلی و استافیلوکوکوس اورئوس با روش­های محاسبه ضریب حساسیت باکتری­ها بررسی گردید. در حضور این نانوذرات بیشترین ضریب حساسیت در یک برابر غلظت ممانعت کننده رشد برای اشرشیاکلی و کمترین مقدار برای استافیلوکوکوس اورئوس مشاهده شد. میزان مرگ در دو سویه در تماس با سوسپانسیون نانوذرات از واکنش سینتیک درجه یک پیروی کرده و نسبت بقای باکتری ­ها با افزایش زمان تماس کاهش یافت. با توجه به نتایج حاصل و پتانسیل بالای نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن زیستی، می توان از آن­ها در پیشگیری و درمان عفونت­ های بیمارستانی بهره برد.




کلیدواژه‌ها

تولید زیستی نانوذرات
حداقل غلظت مهاری
ضریب حساسیت
مقاومت آنتی بیوتیکی
نانوتکنولوژی

عنوان مقاله English

The anti-bacterial effects of magnetic iron oxide nanoparticles produced by biological method and the kinetic study of mortality of common strains in clinical infections

نویسندگان English

Mohsen Fatemi
Nasrin Mollania
Madjid Momeni-Moghaddam
Fatemeh Sadeghifar
Hakim Sabzevari University
چکیده English

New properties of nano-materials have made nanotechnology the leading part of biology and medical sciences. Due to their various biomedical properties, iron-based magnetic nanoparticles (MNPs) have been highly considered by biological researchers. Nowadays, increasing resistance to antibiotics is a major problem in treating clinical infections. Finding new antibacterial agents is therefore essential for the treatment of resistant strains. In this study, the iron oxide MNPs were produced using culture-medium supernatant of a newly isolated bacterium to investigate the inhibitory effects of the NPs on strains with a major role in clinical infections. Biosynthesis of iron oxide MNPs were detected by UV-Vis spectroscopy and the average size of particles was estimated by dynamic light scattering technique. The anti-bacterial activity of these NPs against E. coli and S. aureus was investigated using methods for the calculation of bacterial sensitivity coefficient. In the presence of NPs, the highest sensitivity coefficient value was observed for E. coli in 1xMIC concentration. On the other hand, S. aureus showed the lowest value. The death rate of the two strains in contact with NPs followed the first order kinetic equation and the survival rate decreased with the increase of exposure time. The results of this study as well as the high functionality of iron oxide MNPs, make its application desirable in the prevention and treatment of clinical infections.


کلیدواژه‌ها English

antibiotic resistance
minimum inhibitory concentration
nanoparticles biosynthesis
Nanotechnology
sensitivity coefficientty Coefficient
Arakha, M., Pal, S., Samantarrai, D., Panigrahi, T.K., Mallick, B.C., Pramanik, K., Mallick, B. and Jha, S. 2015. Antimicrobial activity of iron oxide nanoparticle upon modulation of nanopar-ticle-bacteria interface. - Sci. Rep. 5: 1-12. [DOI:10.1038/srep14813]
Arakha, M., Pal, S., Samantarrai, D., Panigrahi, T.K., Mallick, B.C., Pramanik, K., Mallick, B. and Jha, S. 2015. Antimicrobial activity of iron oxide nanoparticle upon modulation of nanopar-ticle-bacteria interface. - Sci. Rep. 5: 1-12. [DOI:10.1038/srep14813]
Bhabra, G., Sood, A., Fisher, B., Cartwright, L., Saunders, M., Evans, W.H., Surprenant, A., Lopez-Castejon, G., Mann, S., Davis, S.A., Hails, L.A., Ingham, E., Verkade, P., Lane, J., Heesom, K., Newson, R. and Case, C.P. 2009. Nanoparticles can cause DNA damage across a cellular barrier. - Nat. Nanotechnol. 4: 876-883. [DOI:10.1038/nnano.2009.313]
Bhabra, G., Sood, A., Fisher, B., Cartwright, L., Saunders, M., Evans, W.H., Surprenant, A., Lopez-Castejon, G., Mann, S., Davis, S.A., Hails, L.A., Ingham, E., Verkade, P., Lane, J., Heesom, K., Newson, R. and Case, C.P. 2009. Nanoparticles can cause DNA damage across a cellular barrier. - Nat. Nanotechnol. 4: 876-883. [DOI:10.1038/nnano.2009.313]
Bharde, A., Rautaray, D., Bansal, V., Ahmad, A., Sarkar, I., Yusuf , S.M., Sanyal, M. and Sastry, M. 2006. Extracellular biosynthesis of magnetite using fungi. - Small. 2: 135-141. [DOI:10.1002/smll.200500180]
Bharde, A., Rautaray, D., Bansal, V., Ahmad, A., Sarkar, I., Yusuf , S.M., Sanyal, M. and Sastry, M. 2006. Extracellular biosynthesis of magnetite using fungi. - Small. 2: 135-141. [DOI:10.1002/smll.200500180]
Bharde, A., Wani, A., Shouche, Y., Joy, P.A., Prasad, B.L.V. and Sastry, M. 2005. Bacterial aerobic synthesis of nanocrystalline magnetite. - J. Am. Chem. Soc. 127: 9326-9327. [DOI:10.1021/ja0508469]
Bharde, A., Wani, A., Shouche, Y., Joy, P.A., Prasad, B.L.V. and Sastry, M. 2005. Bacterial aerobic synthesis of nanocrystalline magnetite. - J. Am. Chem. Soc. 127: 9326-9327. [DOI:10.1021/ja0508469]
Brar, S. K. and Verma, M. 2011. Measurement of nanoparticles by light-scattering techniques. - Trends Anal. Chem. 30: 4-17. [DOI:10.1016/j.trac.2010.08.008]
Brar, S. K. and Verma, M. 2011. Measurement of nanoparticles by light-scattering techniques. - Trends Anal. Chem. 30: 4-17. [DOI:10.1016/j.trac.2010.08.008]
Hajipour, M.J., Fromm, K.M., Ashkarran, A.A., Aberasturi, D.J. De, Larramendi I.R. De, Rojo, T., Serpooshan, V., Parak, W.J. and Mahmoudi, M. 2012. Antibacterial properties of nanoparticles. - Trends Biotechnol. 30: 499-511. [DOI:10.1016/j.tibtech.2012.06.004]
Hajipour, M.J., Fromm, K.M., Ashkarran, A.A., Aberasturi, D.J. De, Larramendi I.R. De, Rojo, T., Serpooshan, V., Parak, W.J. and Mahmoudi, M. 2012. Antibacterial properties of nanoparticles. - Trends Biotechnol. 30: 499-511. [DOI:10.1016/j.tibtech.2012.06.004]
Hulkoti, N.I. and Taranath, T.C. 2014. Biosynthesis of nanoparticles using microbes- a review. - Colloids Surf. B Biointerfaces 121: 474-83. [DOI:10.1016/j.colsurfb.2014.05.027]
Hulkoti, N.I. and Taranath, T.C. 2014. Biosynthesis of nanoparticles using microbes- a review. - Colloids Surf. B Biointerfaces 121: 474-83. [DOI:10.1016/j.colsurfb.2014.05.027]
Ismail, R. A., Sulaiman, G.M., Abdulrahman, S. A. and Marzoog, T.R. 2015. Antibacterial activity of magnetic iron oxide nanoparticles synthesized by laser ablation in liquid. - Mater. Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl. 53: 286-297. [DOI:10.1016/j.msec.2015.04.047]
Ismail, R. A., Sulaiman, G.M., Abdulrahman, S. A. and Marzoog, T.R. 2015. Antibacterial activity of magnetic iron oxide nanoparticles synthesized by laser ablation in liquid. - Mater. Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl. 53: 286-297. [DOI:10.1016/j.msec.2015.04.047]
LIoyd, J.R., Byrne, J.M. and Coker, V.S. 2011. Biotechnological synthesis of functional nanom-aterials. - Curr. Opin. Biotechnol. 22: 509-515. [DOI:10.1016/j.copbio.2011.06.008]
LIoyd, J.R., Byrne, J.M. and Coker, V.S. 2011. Biotechnological synthesis of functional nanom-aterials. - Curr. Opin. Biotechnol. 22: 509-515. [DOI:10.1016/j.copbio.2011.06.008]
Makarov, V.V., Makarova, S.S., Love, A.J., Sinit-syna, O.V., Dudnik, A.O., Yaminsky, I.V., Taliansky, M.E. and Kalinina, N.O. 2014. Biosynthesis of stable iron oxide nanoparticles in aqueous extracts of Hordeum vulgare and Rumex acetosa Plants. - Langmuir. 30: 5982-5988. [DOI:10.1021/la5011924]
Makarov, V.V., Makarova, S.S., Love, A.J., Sinit-syna, O.V., Dudnik, A.O., Yaminsky, I.V., Taliansky, M.E. and Kalinina, N.O. 2014. Biosynthesis of stable iron oxide nanoparticles in aqueous extracts of Hordeum vulgare and Rumex acetosa Plants. - Langmuir. 30: 5982-5988. [DOI:10.1021/la5011924]
Nasrollahi, Y.K., Kim, B.H. and Jung, G. 2009. Antifungal activity of silver nanoparticles on some fungi. - Plant Dis. 93: 1037-1043. [DOI:10.1094/PDIS-93-10-1037]
Nasrollahi, Y.K., Kim, B.H. and Jung, G. 2009. Antifungal activity of silver nanoparticles on some fungi. - Plant Dis. 93: 1037-1043. [DOI:10.1094/PDIS-93-10-1037]
Nel, A.E., Mädler, L., Velegol, D., Xia, T., Hoek, E.M. V., Somasundaran, P., Klaessig, F., Castranova, V. and Thompson, M. 2009. Understanding biop-hysicochemical interactions at the nano-bio interface. - Nat. Mater. 8: 543-557. [DOI:10.1038/nmat2442]
Nel, A.E., Mädler, L., Velegol, D., Xia, T., Hoek, E.M. V., Somasundaran, P., Klaessig, F., Castranova, V. and Thompson, M. 2009. Understanding biop-hysicochemical interactions at the nano-bio interface. - Nat. Mater. 8: 543-557. [DOI:10.1038/nmat2442]
Panáček, A., Kolář, M., Večeřová, R., Prucek, R., Soukupová, J., Kryštof, V., Hamal, P., Zbořil, R. and Kvítek, L. 2009. Antifungal activity of silver nanoparticles against Candida spp. - Biomat-erials. 30: 6333-6340. [DOI:10.1016/j.biomaterials.2009.07.065]
Panáček, A., Kolář, M., Večeřová, R., Prucek, R., Soukupová, J., Kryštof, V., Hamal, P., Zbořil, R. and Kvítek, L. 2009. Antifungal activity of silver nanoparticles against Candida spp. - Biomat-erials. 30: 6333-6340. [DOI:10.1016/j.biomaterials.2009.07.065]
Seil, J.T. and Webster, T.J. 2012. Antimicrobia applications of nanotechnology: methods and literature. - Int. J. Nanomedicine. 7: 2767-2781. [DOI:10.2147/IJN.S24805]
Seil, J.T. and Webster, T.J. 2012. Antimicrobia applications of nanotechnology: methods and literature. - Int. J. Nanomedicine. 7: 2767-2781. [DOI:10.2147/IJN.S24805]
Stoimenov, P.K., Klinger, R.L., Marchin, G.L. and Klabunde, K.J. 2002. Metal oxide nanoparticles as bactericidal agents. pdf. - Langmuir. pp 6679-6686. [DOI:10.1021/la0202374]
Stoimenov, P.K., Klinger, R.L., Marchin, G.L. and Klabunde, K.J. 2002. Metal oxide nanoparticles as bactericidal agents. pdf. - Langmuir. pp 6679-6686. [DOI:10.1021/la0202374]
Thukkaram, M., Sitaram, S., Kannaiyan, S.K. and Subbiahdoss, G. 2014. Antibacterial efficacy of iron-oxide nanoparticles against biofilms on different biomaterial surfaces. - Int. J. Biomater. 2014:1-6. [DOI:10.1155/2014/716080]
Thukkaram, M., Sitaram, S., Kannaiyan, S.K. and Subbiahdoss, G. 2014. Antibacterial efficacy of iron-oxide nanoparticles against biofilms on different biomaterial surfaces. - Int. J. Biomater. 2014:1-6. [DOI:10.1155/2014/716080]
Tran, N., Mir, A., Mallik, D., Sinha, A., Nayar, S. and Webster, T.J. 2010. Bactericidal effect of iron oxide nanoparticles on Staphylococcus aureus. - Int. J. Nanomedicine 5: 277-283. [DOI:10.2147/IJN.S9220]
Tran, N., Mir, A., Mallik, D., Sinha, A., Nayar, S. and Webster, T.J. 2010. Bactericidal effect of iron oxide nanoparticles on Staphylococcus aureus. - Int. J. Nanomedicine 5: 277-283. [DOI:10.2147/IJN.S9220]
Yoon, K.Y., Byeon, J.H., Park, J.H. and Hwang, J. 2007. Susceptibility constants of Escherichia coli and Bacillus subtilis to silver and copper nanopar-ticles. - Sci. Total Environ. 373: 572-575. [DOI:10.1016/j.scitotenv.2006.11.007]
Yoon, K.Y., Byeon, J.H., Park, J.H. and Hwang, J. 2007. Susceptibility constants of Escherichia coli and Bacillus subtilis to silver and copper nanopar-ticles. - Sci. Total Environ. 373: 572-575. [DOI:10.1016/j.scitotenv.2006.11.007]

  • تاریخ دریافت 18 خرداد 1405
  • تاریخ انتشار 18 خرداد 1405

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما