Ви є тут

Синтез нових біотехнологічних наногібридів селену та оцінювання ризику бактерій із мультирезистентністю: огляд літератури

Значною медичною та ветеринарною проблемою є поширеність резистентності до антибіотиків, адже бактерії швидко розвивають адаптивні механізми як засіб протидії ефектам традиційних ліків. Надмірний вплив антибіотиків і розвиток механізмів резистентності до антибактеріальних агентів спровокували розповсюдження стійких до антибіотиків бактерій. Наразі докладаються значні зусилля для протидії проліферації резистентних штамів шляхом ідентифікації бактерій, здатних синтезувати антибіотики, відкриваються нові хімічні варіації у їх рецептурах, природні антибіотики поєднуються з раніше невідомими природними джерелами антибіотиків. Значну увагу привертають бактеріоцини молочнокислих бактерій, пептиди або білки із антибактеріальними властивостями. Селен є життєво важливим мікроелементом для підтримки здоров’я та сприяння росту, який можна синергетично використовувати з пероральною терапією антибіотиками та як важливий складовий компонент раціону, а наночастинки селену (SeNPs) мають антиоксидантні, протипухлинні, антибактеріальні властивості та значну антибактеріальну ефективність. Отже, метою роботи було дослідити літературні дані щодо методів екстракції та очищення ентероцину, хімічного синтезу наногібридів у селену, провести їх характеристику за допомогою різних методів та оцінювання їх біологічної активності. Проведений аналіз даних літератури підтвердив виробництво селену в його хімічно чистому стані. Продемонстроване негативне значення дзета-потенціалу наночастинок Se, що сприяє їх електричній стабільності та здатності до рівномірного розподілу у розчинах без утворення агрегатів або осадів. За утворення наногібридів після додавання білка спостерігається схильність до позитивних значень, що вказує на помітний вплив білка на характеристики поверхні SeNP. Досліджено антибактеріальну активність ентероцину. Встановлено, що ефективність синтезованих наночастинок селену (SeNP) проти досліджуваних бактерій була нижчою, ніж у синтезованого наногібриду. Дослідження антиоксидантної активності наногібридів довело, що наногібриди можуть поглинати вільні радикали в більшому діапазоні, ніж ентероцин окремо. Таким чином, дані літератури ілюструють посилену антиоксидантну активність наногібриду in vitro та кращу антибактеріальну активність щодо бактерій MDR порівняно з одним ентероцином, що свідчить про можливість його використання у різних галузях, зокрема, у харчовій та медичній. У роботі вивчались публікації лише щодо in vitro антибактеріальної та антиоксидантної дії ентероцину та наногібридів. Водночас існує необхідність у дослідженнях щодо вивчення додаткових ефектів біоактивності наногібридів як протигрибкових і протипухлинних засобів.

Ключові слова: наночастинки селену, бактерії, антибактеріальна активність, антиоксидант, бактеріоцини.

  1. Abd AL-Qadir, F.A., Al-Abdaly, B.I. (2024). Green Synthesis of Nanocomposite: Based on Eugenol and Metal Oxides. Characterization and Biomedical Applications. Baghdad Science Journal, 21 (9), pp. 2893‒2893.
  2. Abed, I.J., Ahmed, M.E., MH AL-Shimma[1]ry, S. (2021). Rosemary volatile oil as a preservative agent in some canned meat foods. Iraqi Journal of Agricultural Sciences, 52 (1).
  3. Abidi, N., Abidi, N. (2021). Introduction to FTIR Microspectroscopy. FTIR Microspectroscopy: Selected Emerging Applications, pp. 1‒12.
  4. Ahmad, W., Singh, V., Ahmed, S., Nur-eAlam, M. (2022). A comprehensive study on antibacterial antioxidant and photocatalytic activity of achyranthes aspera mediated biosynthesized Fe2O3 nanoparticles. Results in Engineering, Vol. 14.
  5. Ahmed, M.E., Al-Shimmary, S.M. (2018). Comparative study between Pure Bacterocin and Vancomycin on Biofilms of MRSA isolated from medical implants. Journal of Pharmaceutical Sciences and Research, 10 (6), pp. 1476‒1480.
  6. Akhavan, O., Ghaderi, E., Esfandiar, A. (2011). Wrapping bacteria by graphene nanosheets for isolation from environment, reactivation by sonication, and inactivation by near-infrared irradiation. The journal of physical chemistry B, 115 (19), pp. 6279‒6288.
  7. Ali, Z.H., Al-Fatlawi, A.H. (2023). Efficiency of silver nano particles in removing Escherichia coli ATCC 25922 from drinking water distribution pipes. Results in Engineering, Vol. 17.
  8. Al-Shamiri, M.M., Wang, J., Zhang, S., Li, P., Odhiambo, W.O., Chen, Y., Han, S. (2023). Probiotic Lactobacillus species and their biosurfactants eliminate Acinetobacter baumannii biofilm in various manners. Microbiology Spectrum, 11 (2).
  9. Al-Shimmary, S.M., Al-Thwani, A.N. (2024). Synthesis of Novel Selenium Nanohybrid for Biotechnology and Risk Assessment of Multi-drug Resistance Bacteria. Results in Engineering.
  10. AL-Shimmary, S.M., Abdulhasan, G.A., Ahmed, M.E. (2020). Bacillus cereus in meat products: 16S rRNA phylogenetic tree analysis and antimicrobial investigation of Nisin A, rosemary essential oil and tetracycline. Indian Journal of Forensic Medicine & Toxicology, 14 (4), pp. 1816‒1822.
  11. Al-Thwani, A.N., AL-Shimmary, S.M. (2024). Selenium Oxide Nanoparticles and Their Antibacterial Applications. Journal Of AL-Turath University College, 2 (39).
  12. Alzubaidy, M.W.M., Almohaidi, A.M.S., Sultan, A.A., AL-Shimmary, S.M. (2019). Virulence gene of Pseudomonas aeruginosa with nanoparticle. In AIP Conference Proceedings. AIP Publishing, Vol. 2123, no. 1.
  13. Amani, H., Habibey, R., Shokri, F., Hajmiresmail, S.J., Akhavan, O., Mashaghi, A., Pazoki-Toroudi, H. (2019). Selenium nanoparticles for targeted stroke therapy through modulation of inflammatory and metabolic signaling. Scientific reports, 9 (1), 6044 p.
  14. Awadelkareem, A.M., Al-Shammari, E., Elkhalifa, A.O., Adnan, M., Siddiqui, A.J., Patel, M., Ashraf, S.A. (2022). Biosynthesized silver nanoparticles from eruca sativa miller leaf extract exhibits antibacterial, antioxidant, anti-quorum-sensing, antibiofilm, and anti-metastatic activities. Antibiotics, 11 (7), 853 p.
  15. Bafghi, M.H., Ghanipour, F., Nazari, R., Aghaei, S.S., Jafari, P. (2024). Enhancing the Antibacterial Impact of Lipopeptide Extracted from Bacillus licheniformis as a Probiotic against MDR Acinetobacter baumannii. Frontiers in Bioscience-Landmark, 29 (5), 171 p.
  16. Bityutskii, V., Oleshko, O., Tsekhmistrenko, S., Melnуchenko, O., Tsekhmistrenko О.M., Shulko, O.Y. (2021). The Influence of Various Forms of Selenium on Redox Processes. Gene Expression of Selenoproteins, Antioxidant Status in Biological Objects. (In Ukrainian).
  17. Bradshaw, J.P. (2003). Cationic antimicrobial peptides: issues for potential clinical use. BioDrugs, 17, pp. 233‒240.
  18. Cavalu, S., Antoniac, I. V., Fritea, L., Mates, I. M., Milea, C., Laslo, V., Mohan, A. (2018). Surface modifications of the titanium mesh for cranioplasty using selenium nanoparticles coating. Journal of Adhesion Science and Technology, 32 (22), pp. 2509‒2522.
  19. Du, R., Ping, W., Ge, J. (2022). Purification, characterization and mechanism of action of enterocin HDX-2, a novel class IIa bacteriocin produced by Enterococcus faecium HDX-2. Lwt, Vol. 153.
  20. E. Khaledizade, E., Tafvizi, F., Jafari, P. (2024). Anti-breast cancer activity of biosynthesized selenium nanoparticles using Bacillus coagulans supernatant. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, 82.
  21. El Lateef Gharib, F.A., Zeid, I.M., Ghazi, S.M., Ahmed, E.Z. (2019). The response of cowpea (Vigna unguiculata L.) plants to foliar application of sodium selenate and selenium nanoparticles (SeNPs). J. Nanomater. Mol. Nanotechnol, (4).
  22. El-Deeb, B., Al-Talhi, A., Mostafa, N., Abou-assy, R. (2018). Biological synthesis and structural characterization of selenium nanoparticles and assessment of their antimicrobial properties. Am. Sci. Res. J. Eng. Technol. Sci, 45(1), pp. 135‒170.
  23. Elshikh, M., Ahmed, S., Funston, S., Dunlop, P., McGaw, M., Marchant, R., Banat, I. M. (2016). Resazurin-based 96-well plate microdilution method for the determination of minimum inhibitory concentration of biosurfactants. Biotechnology letters, 38, pp. 1015‒1019.
  24. Gallagher, W. (2009). FTIR analysis of protein structure. Course manual Chem, 455 p.
  25. García-Vela, S., Guay, L.D., Rahman, M.R.T., Biron, E., Torres, C., Fliss, I. (2024). Antimicrobial activity of synthetic enterocins A, B, P, SEK4, and L50, alone and in combinations, against Clostridium perfringens. International Journal of Molecular Sciences, 25 (3), 1597 p.
  26. Gbassi, G.K., Yolou, F.S., Sarr, S.O., Atheba, P.G., Amin, C.N., Ake, M. (2012). Whey proteins analysis in aqueous medium and in artificial gastric and intestinal fluids. International Journal of Biological and Chemical Sciences, 6(4), pp. 1828‒1837.
  27. Glassford, S.E., Byrne, B., Kazarian, S.G. (2013). Recent applications of ATR FTIR spectroscopy and imaging to proteins. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Proteins and Proteomics. 1834 (12), pp. 2849‒2858.
  28. K. Kalishwaralal, K., Jeyabharathi, S., Sundar, K., & Muthukumaran, A. (2016). A novel onepot green synthesis of selenium nanoparticles and evaluation of its toxicity in zebrafish embryos. Artificial cells, nanomedicine, and biotechnology. 44 (2), pp. 471‒477.
  29. Kadhim, Z. H., Ahmed, M. E., Şimşek, I. (2023). Biologically synthesized Copper Nanoparticles from S. epidermidis on re-sistant S. aureus and cytotoxic assay. Bionatura, 8, pp. 1‒12.
  30. Keshtmand, Z., Khademian, E., Jafroodi, P. P., Abtahi, M. S., Yaraki, M. T. (2023). Green synthesis of selenium nanoparticles using Artemisia chamaemelifolia: toxicity effects through regulation of gene expression for cancer cells and bacteria. Nano-Structures & Nano-Objects, 36.
  31. Lazzari, S., Moscatelli, D., Codari, F., Salmona, M., Morbidelli, M., Diomede, L. (2012). Colloidal stability of polymeric nanoparticles in biological fluids. Journal of nanoparticle research, 14, pp. 1‒10.
  32. Mahesh, B. (2023). A comprehensive review on current trends in greener and sustainable synthesis of ferrite nanoparticles and their promising applications. Results in Engineering, 101702.
  33. Moghaddam, N.A., Eskandari, A., Khodadadi, B., Hafezi, Y., Paduvilan, J. K., Yaraki, M.T. (2024). Green synthesis of bimetallic AgZnO Nanoparticles: Synergistic anticancer effects through regulation of gene expression for lung cancer treatment. Results in Engineering, 102329.
  34. Moradi, S., Akhavan, O., Tayyebi, A., Rahighi, R., Mohammadzadeh, M., Rad, H.S. (2015). Magnetite/dextran-functionalized graphene oxide nanosheets for in vivo positive contrast magnetic resonance imaging. RSC Advances, 5 (59), pp. 47529‒47537.
  35. Morales-Avila, E., Ferro-Flores, G., Ocampo-García, B.E., López-Téllez, G., López-Ortega, J., Rogel-Ayala, D.G., Sánchez-Padilla, D. (2017). Antibacterial efficacy of gold and silver nanoparticles functionalized with the ubiquicidin (29–41) antimicrobial peptide. Journal of Nanomaterials, 2017 (1).
  36. Morens, D.M., Folkers, G.K., Fauci, A.S. (2008). Emerging infections: a perpetual challenge. The Lancet infectious diseases, 8 (11), pp. 710–719.
  37. Nilsen, T., Nes, I.F., Holo, H. (2003). Enterolysin A, a cell wall-degrading bacteriocin from Enterococcus faecalis LMG 2333. Applied and environmental microbiology. 69 (5), pp. 2975–2984.
  38. Patel, M., Siddiqui, A. J., Hamadou, W. S., Surti, M., Awadelkareem, A. M., Ashraf, S. A., Adnan, M. (2021). Inhibition of bacterial adhesion and antibiofilm activities of a glycolipid biosurfactant from Lactobacillus rhamnosus with its physicochemical and functional properties. Antibiotics, 10 (12), 1546 p.
  39. Qiao, X., Du, R., Wang, Y.U., Han, Y.E., Zhou, Z. (2020). Purification, characterization and mode of action of enterocin, a novel bacteriocin produced by Enterococcus faecium TJUQ1. International Journal of Biological Macromolecules, 144, pp. 151–159.
  40. Rabiee, N., Ahmadi, S., Akhavan, O., Luque, R. (2022). Silver and gold nanoparticles for antimicrobial purposes against multi-drug resistance bacteria. Materials, 15 (5), 1799 p.
  41. Rabiee, N., Akhavan, O., Fatahi, Y., Ghadiri, A.M., Kiani, M., Makvandi, P., Lima, E.C. (2022). CaZnO-based nanoghosts for the detection of ssDNA, pCRISPR and recombinant SARS-CoV-2 spike antigen and targeted delivery of doxorubicin. Chemosphere, 306.
  42. Revathy, R., Sajini, T., Augustine, C., Joseph, N. (2023). Iron-based magnetic nanomaterials: sustainable approaches of synthesis and applications. Results in Engineering, 18.
  43. Rochín-Medina, J.J., Ramírez-Medina, H.K., Rangel-Peraza, J.G., Pineda-Hidalgo, K.V., Iribe-Arellano, P. (2018). Use of whey as a culture medium for Bacillus clausii for the production of protein hydrolysates with antimicrobial and antioxidant activity. Food Science and Technology International. 24 (1), pp. 35–42.
  44. Saadati, M., Akhavan, O., Fazli, H., Nemati, S., Baharvand, H. (2023). Controlled differentiation of human neural progenitor cells on molybdenum disulfide/graphene oxide heterojunction scaffolds by photostimulation. ACS Applied Materials & Interfaces, 15 (3), pp. 3713–3730.
  45. Senthamarai, M.D., Hillary, V.E., Rajan, M.R., Ceasar, S.A. (2024). Biosynthesis of selenium nanoparticles and its biological applications: A systematic review. Nano-Structures & Nano-Objects, 39.
  46. Shakibaie, M., Forootanfar, H., Golkari, Y., Mohammadi-Khorsand, T., & Shakibaie, M. R. (2015). Anti-biofilm activity of biogenic selenium nanoparticles and selenium dioxide against clinical isolates of Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, and Proteus mirabilis. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, 29, pp. 235–241.
  47. Siddiqui, A.J., Patel, M., Adnan, M., Jahan, S., Saxena, J., Alshahrani, M. M., Ouhtit, A. (2023). Bacteriocin-nanoconjugates (Bac10307-AgNPs) biosynthesized from Lactobacillus acidophilus-derived bacteriocins exhibit enhanced and promising biological activities. Pharmaceutics, 15 (2), 403 p.
  48. Skalickova, S., Milosavljevic, V., Cihalova, K., Horky, P., Richtera, L., Adam, V. (2017). Selenium nanoparticles as a nutritional supplement. Nutrition, 33, pp. 83–90.
  49. Stefanescu, R., Brebu, S., Matei, M., Risca, I.M., Surleva, A., Drochioiu, G. (2017). Contribution to casein determination by UV spectrophotometry. Acta Chem. Iasi, 25, pp. 112–126.
  50. Sulthana, R., Archer, A.C. (2021). Bacteriocin nanoconjugates: Boon to medical and food industry. Journal of Applied Microbiology, 131 (3), pp. 1056–1071.
  51. Thirumurugan, A., Ramachandran, S., Shiamala Gowri, A.J.I.F.R.J. (2013). Combined effect of bacteriocin with gold nanoparticles against food spoiling bacteria-an approach for food packaging material preparation. International Food Research Journal, 20 (4).
  52. Tiwari, R., Gupta, R.P., Singh, V.K., Kumar, A., Rajneesh, Madhukar, P., Kumar, R. (2023). Nanotechnology-based strategies in parasitic disease management: from prevention to diagnosis and treatment. ACS omega, 8 (45), pp. 42014–42027.
  53. Tsekhmistrenko, O., Bityutskii, V., Tsekhmistrenko, S. (2020). Biological and physiological role and using of selenium compounds in livestock and poultry. (In Ukrainian).
  54. Tymoshok, N.O., Demchenko, О.А., Bityutskyy, V.S., Tsekhmistrenko, S. I., Kharchuk, M.S., Tsekhmistrenko, О.S. (2023). Bionanotechnology of Selenite Ions Recovery into Nanoselenium by Probiotic Strains of Lactobacteria and Tolerance of Lactobacteria to Sodium Selenite. Microbiological Journal, 85 (4), pp. 9–20. (In Ukrainian).
  55. Vahdati, M., Tohidi Moghadam, T. (2020). Synthesis and characterization of selenium nanoparticles-lysozyme nanohybrid system with synergistic antibacterial properties. Scientific reports, 10 (1), 510 p.
  56. Xie, M., Gao, M., Yun, Y., Malmsten, M., Rotello, V.M., Zboril, R., Li, R. (2023). Antibacterial nanomaterials: mechanisms, impacts on antimicrobi of ferrite nanoparticles and their promising applications. Results in Engineering, 101702. 33.
  57. Tsekhmistrenko, O., Bityutskyi, V., Tsekhmistrenko, S., Kharchyshyn, V. (2020). Use of selenium nanoparticles synthesized using "green" technologies in quail feeding. European dimensions of sustainable development. (In Ukrainian).
  58. Tsekhmistrenko, S.I., Bityutsky, V.S., Tsekhmistrenko, O.S., Demchenko, O.A., Tymoshok, N.O., Melnychenko, O.M. (2022). Environmental biotechnology of “green” synthesis of metal nanoparticles, metal oxides, metalloids and their use. (In Ukrainian).
ДолученняРозмір
PDF icon tsekhmistrenko_2_2024.pdf517.35 КБ