Silwer nanopartikels (AgNPs) word beskou as 'n potensieel nuttige hulpmiddel vir die beheer van verskeie patogene.Daar is egter kommer oor die vrystelling van AgNP's in omgewingsmedia, aangesien dit nadelige menslike gesondheid en ekologiese effekte kan veroorsaak.In hierdie studie het ons 'n nuwe mikrometer-grootte magnetiese hibriede kolloïed (MHC) ontwikkel en geëvalueer wat met verskillende groottes AgNPs (AgNP-MHCs) versier is.Nadat dit vir ontsmetting aangewend is, kan hierdie deeltjies maklik van omgewingsmedia herwin word deur hul magnetiese eienskappe te gebruik en bly dit effektief vir die inaktivering van virale patogene.Ons het die doeltreffendheid van AgNP-MHC's vir die inaktivering van bakteriofaag ϕX174, muriene norovirus (MNV) en adenovirus serotipe 2 (AdV2) geëvalueer.Hierdie teikenvirusse is vir 1, 3 en 6 uur by 25°C aan AgNP-MHC's blootgestel en dan deur plaaktoets en intydse TaqMan PCR ontleed.Die AgNP-MHC's is aan 'n wye reeks pH-vlakke en aan kraan- en oppervlakwater blootgestel om hul antivirale effekte onder verskillende omgewingstoestande te bepaal.Onder die drie tipes AgNP-MHC's wat getoets is, het Ag30-MHC's die hoogste doeltreffendheid getoon om die virusse te deaktiveer.Die ϕX174 en MNV is met meer as 2 log10 verminder na blootstelling aan 4.6 × 109 Ag30-MHCs/ml vir 1 uur.Hierdie resultate het aangedui dat die AgNP-MHC's gebruik kan word om virale patogene te inaktiveer met 'n minimum kans op potensiële vrystelling in die omgewing.

Met onlangse vooruitgang in nanotegnologie, het nanopartikels wêreldwyd toenemende aandag geniet op die gebied van biotegnologie, medisyne en openbare gesondheid (1,2).As gevolg van hul hoë oppervlak-tot-volume-verhouding, het nano-grootte materiale, wat tipies wissel van 10 tot 500 nm, unieke fisies-chemiese eienskappe in vergelyking met dié van groter materiale (1).Die vorm en grootte van nanomateriale kan beheer word, en spesifieke funksionele groepe kan op hul oppervlaktes gekonjugeer word om interaksies met sekere proteïene of intrasellulêre opname moontlik te maak (3,–5).

Silwer nanopartikels (AgNP's) is wyd bestudeer as 'n antimikrobiese middel (6).Silwer word gebruik in die skepping van fyn eetgerei, vir versiering en in terapeutiese middels.Silwerverbindings soos silwersulfadiasien en sekere soute is as wondsorgprodukte en as behandelings vir aansteeklike siektes gebruik as gevolg van hul antimikrobiese eienskappe (6,7).Onlangse studies het aan die lig gebring dat AgNP's baie effektief is vir die inaktivering van verskeie tipes bakterieë en virusse (8,–11).AgNP's en Ag+ ione wat van AgNP's vrygestel word, werk direk met fosfor- of swaelbevattende biomolekules, insluitend DNA, RNA en proteïene (12,–14).Daar is ook getoon dat hulle reaktiewe suurstofspesies (ROS) genereer, wat membraanskade in mikroörganismes veroorsaak (15).Die grootte, vorm en konsentrasie van AgNP's is ook belangrike faktore wat hul antimikrobiese vermoëns beïnvloed (8,10,13,16,17).

Vorige studies het ook verskeie probleme uitgelig wanneer AgNPs gebruik word vir die beheer van patogene in 'n wateromgewing.Eerstens is bestaande studies oor die doeltreffendheid van AgNPs vir die inaktivering van virale patogene in water beperk.Daarbenewens is monodispergeerde AgNP's tipies onderhewig aan partikel-deeltjie-aggregasie vanweë hul klein grootte en groot oppervlak, en hierdie aggregate verminder die doeltreffendheid van AgNP's teen mikrobiese patogene (7).Laastens is getoon dat AgNP's verskeie sitotoksiese effekte het (5,18,–20), en die vrystelling van AgNP's in 'n wateromgewing kan menslike gesondheid en ekologiese probleme tot gevolg hê.

Onlangs het ons 'n nuwe mikrometer-grootte magnetiese hibriede kolloïed (MHC) ontwikkel wat met AgNP's van verskillende groottes versier is (21,22).Die MHC-kern kan gebruik word om die AgNP-komposiete uit die omgewing te herwin.Ons het die antivirale doeltreffendheid van hierdie silwer nanopartikels op MHCs (AgNP-MHCs) geëvalueer deur bakteriofaag ϕX174, muriene norovirus (MNV) en adenovirus onder verskillende omgewingstoestande te gebruik.

Antivirale effekte van AgNP-MHC's by verskillende konsentrasies teen bakteriofaag ϕX174 (a), MNV (b) en AdV2 (c).Teikenvirusse is behandel met verskillende konsentrasies AgNP-MHCs, en met OH-MHCs (4.6 × 109 deeltjies/ml) as kontrole, in 'n skudbroeikas (150 rpm, 1 uur, 25°C).Die plaaktoetsmetode is gebruik om oorlewende virusse te meet.Waardes is gemiddeldes ± standaardafwykings (SD) van drie onafhanklike eksperimente.Asterisks dui aansienlik verskillende waardes aan (P< 0,05 deur eenrigting ANOVA met Dunnett se toets).

Hierdie studie het getoon dat AgNP-MHC's effektief is vir die inaktivering van bakteriofage en MNV, 'n surrogaat vir menslike norovirus, in water.Daarbenewens kan AgNP-MHC's maklik met 'n magneet herwin word, wat die vrystelling van potensieel giftige AgNP's in die omgewing effektief voorkom.'n Aantal vorige studies het getoon dat die konsentrasie en deeltjiegrootte van AgNP's kritieke faktore is vir die inaktivering van geteikende mikro-organismes (8,16,17).Die antimikrobiese effekte van AgNPs hang ook af van die tipe mikro-organisme.Die doeltreffendheid van AgNP-MHC's vir die inaktivering van ϕX174 het gevolg op 'n dosis-respons verhouding.Onder die AgNP-MHC's wat getoets is, het Ag30-MHC's 'n hoër doeltreffendheid gehad vir die inaktivering van ϕX174 en MNV.Vir MNV het slegs Ag30-MHC's antivirale aktiwiteit getoon, met die ander AgNP-MHC's wat geen beduidende inaktivering van MNV genereer nie.Geen van die AgNP-MHC's het enige beduidende antivirale aktiwiteit teen AdV2 gehad nie.

Benewens deeltjiegrootte was die konsentrasie silwer in die AgNP-MHCs ook belangrik.Die konsentrasie silwer het blykbaar die doeltreffendheid van die antivirale effekte van AgNP-MHCs bepaal.Die silwer konsentrasies in oplossings van Ag07-MHCs en Ag30-MHCs by 4.6 × 109 deeltjies/ml was onderskeidelik 28.75 dpm en 200 dpm, en het gekorreleer met die vlak van antivirale aktiwiteit.Tabel 2som die silwer konsentrasies en oppervlakareas van die AgNP-MHC's wat getoets is op.Ag07-MHCs het die laagste antivirale aktiwiteit getoon en het die laagste silwer konsentrasie en oppervlakte gehad, wat daarop dui dat hierdie eienskappe verband hou met die antivirale aktiwiteit van AgNP-MHCs.

Ons vorige studie het aangedui dat die belangrikste antimikrobiese meganismes van AgNP-MHCs die chemiese onttrekking van Mg2+ of Ca2+ ione uit mikrobiese membrane is, die skepping van komplekse met tiolgroepe wat by die membrane geleë is, en die generering van reaktiewe suurstofspesies (ROS) (21).Omdat AgNP-MHC's 'n relatief groot deeltjiegrootte (~500 nm) het, is dit onwaarskynlik dat hulle 'n virale kapsied kan binnedring.In plaas daarvan blyk dit dat AgNP-MHC's met virale oppervlakproteïene interaksie het.AgNPs op die komposiete is geneig om tiolgroepbevattende biomolekules wat in die mantelproteïene van virusse ingebed is, te bind.Daarom is die biochemiese eienskappe van virale kapsiedproteïene belangrik vir die bepaling van hul vatbaarheid vir AgNP-MHC's.Figuur 1toon die verskillende vatbaarheid van die virusse vir die effekte van AgNP-MHCs.Die bakteriofage ϕX174 en MNV was vatbaar vir AgNP-MHCs, maar AdV2 was weerstandbiedend.Die hoë weerstandsvlak van AdV2 sal waarskynlik geassosieer word met sy grootte en struktuur.Adenovirusse wissel in grootte van 70 tot 100 nm (30), wat hulle baie groter maak as ϕX174 (27 tot 33 nm) en MNV (28 tot 35 nm) (31,32).Benewens hul groot grootte, het adenovirusse dubbelstrengs DNA, anders as ander virusse, en is weerstand teen verskeie omgewingstremmings soos hitte en UV-straling (33,34).Ons vorige studie het gerapporteer dat byna 'n 3-log10-vermindering van MS2 plaasgevind het met Ag30-MHC's binne 6 uur (21).MS2 en ϕX174 het soortgelyke groottes met verskillende tipes nukleïensuur (RNA of DNA), maar het soortgelyke tempo van inaktivering deur Ag30-MHC's.Daarom blyk die aard van die nukleïensuur nie die belangrikste faktor vir weerstand teen AgNP-MHCs te wees nie.In plaas daarvan het die grootte en vorm van virale deeltjies meer belangrik geblyk te wees, want adenovirus is 'n baie groter virus.Die Ag30-MHC's het byna 'n 2-log10-vermindering van M13 binne 6 uur behaal (ons ongepubliseerde data).M13 is enkelstring DNA-virus (35) en is ~880 nm lank en 6,6 nm in deursnee (36).Die tempo van inaktivering van die filamentagtige bakteriofaag M13 was intermediêr tussen dié van klein, ronde-gestruktureerde virusse (MNV, ϕX174 en MS2) en 'n groot virus (AdV2).

In die huidige studie was die inaktiveringskinetika van MNV beduidend verskillend in die plaak-toets en die RT-PCR-toets (Fig. 2benenc).c).Dit is bekend dat molekulêre toetse soos RT-PCR die inaktiveringstempo van virusse aansienlik onderskat (25,28), soos in ons studie gevind is.Omdat AgNP-MHC's hoofsaaklik met die virale oppervlak interaksie het, is dit meer geneig om virale mantelproteïene te beskadig eerder as virale nukleïensure.Daarom kan 'n RT-PCR-toets om virale nukleïensuur te meet die inaktivering van virusse aansienlik onderskat.Die effek van Ag+ ione en die generering van reaktiewe suurstofspesies (ROS) behoort verantwoordelik te wees vir die inaktivering van die getoetste virusse.Baie aspekte van die antivirale meganismes van AgNP-MHC's is egter steeds onduidelik, en verdere navorsing met behulp van biotegnologiese benaderings is nodig om die meganisme van die hoë weerstand van AdV2 toe te lig.

Laastens het ons die robuustheid van die antivirale aktiwiteit van Ag30-MHC's geëvalueer deur hulle bloot te stel aan 'n wye reeks pH-waardes en aan kraan- en oppervlakwatermonsters voordat hul antivirale aktiwiteit gemeet is (Fig. 3enen4).4).Blootstelling aan uiters lae pH-toestande het gelei tot die fisiese en/of funksionele verlies van AgNP's vanaf die MHC (ongepubliseerde data).In die teenwoordigheid van nie-spesifieke deeltjies het Ag30-MHC's konsekwent antivirale aktiwiteit vertoon, ten spyte van 'n afname in die antivirale aktiwiteit teen MS2.Die antivirale aktiwiteit was die laagste in ongefiltreerde oppervlakwater, aangesien 'n interaksie tussen Ag30-MHC's en niespesifieke deeltjies in die hoogs troebel oppervlakwater waarskynlik 'n vermindering van antivirale aktiwiteit veroorsaak het (Tabel 3).Daarom moet veldevaluasies van AgNP-MHC's in verskeie tipes water (bv. met verskillende soutkonsentrasies of humiensuur) in die toekoms uitgevoer word.

Ten slotte, die nuwe Ag-komposiete, AgNP-MHC's, het uitstekende antivirale vermoëns teen verskeie virusse, insluitend ϕX174 en MNV.AgNP-MHC's handhaaf sterk doeltreffendheid onder verskillende omgewingstoestande, en hierdie deeltjies kan maklik met behulp van 'n magneet herwin word, en sodoende hul potensiële skadelike uitwerking op menslike gesondheid en die omgewing verminder.Hierdie studie het getoon dat die AgNP-samestelling 'n effektiewe antivirale middel in verskeie omgewingsinstellings kan wees, sonder noemenswaardige ekologiese risiko's.