Les nanoparticules d'argent (AgNP) sont considérées comme un outil potentiellement utile pour contrôler divers agents pathogènes.Cependant, la libération d’AgNP dans l’environnement suscite des inquiétudes, car ils peuvent générer des effets néfastes sur la santé humaine et sur l’environnement.Dans cette étude, nous avons développé et évalué un nouveau colloïde hybride magnétique (CMH) de taille micrométrique décoré d’AgNP de différentes tailles (AgNP-MHC).Après avoir été appliquées pour la désinfection, ces particules peuvent être facilement récupérées des milieux environnementaux grâce à leurs propriétés magnétiques et restent efficaces pour inactiver les agents pathogènes viraux.Nous avons évalué l'efficacité des AgNP-MHC pour inactiver le bactériophage ϕX174, le norovirus murin (MNV) et l'adénovirus de sérotype 2 (AdV2).Ces virus cibles ont été exposés aux AgNP-MHC pendant 1, 3 et 6 h à 25 °C, puis analysés par test sur plages et PCR TaqMan en temps réel.Les AgNP-MHC ont été exposés à une large gamme de niveaux de pH et à l’eau du robinet et de surface pour évaluer leurs effets antiviraux dans différentes conditions environnementales.Parmi les trois types d’AgNP-MHC testés, les Ag30-MHC ont montré la plus grande efficacité pour inactiver les virus.Le ϕX174 et le MNV ont été réduits de plus de 2 log10 après une exposition à 4,6 × 109 Ag30-MHC/ml pendant 1 h.Ces résultats ont indiqué que les AgNP-MHC pourraient être utilisés pour inactiver les agents pathogènes viraux avec un risque minimal de libération potentielle dans l'environnement.

Avec les progrès récents de la nanotechnologie, les nanoparticules font l'objet d'une attention croissante dans le monde entier dans les domaines de la biotechnologie, de la médecine et de la santé publique (1,2).En raison de leur rapport surface/volume élevé, les matériaux nanométriques, généralement compris entre 10 et 500 nm, possèdent des propriétés physico-chimiques uniques par rapport à celles des matériaux plus gros (1).La forme et la taille des nanomatériaux peuvent être contrôlées, et des groupes fonctionnels spécifiques peuvent être conjugués à leurs surfaces pour permettre des interactions avec certaines protéines ou une absorption intracellulaire (3,–5).

Les nanoparticules d'argent (AgNP) ont été largement étudiées en tant qu'agent antimicrobien (6).L'argent est utilisé dans la création de couverts raffinés, pour l'ornementation et dans des agents thérapeutiques.Les composés d'argent tels que la sulfadiazine d'argent et certains sels ont été utilisés comme produits de soin des plaies et comme traitements contre les maladies infectieuses en raison de leurs propriétés antimicrobiennes (6,7).Des études récentes ont révélé que les AgNPs sont très efficaces pour inactiver divers types de bactéries et de virus (8,–11).Les AgNP et les ions Ag+ libérés par les AgNP interagissent directement avec les biomolécules contenant du phosphore ou du soufre, notamment l'ADN, l'ARN et les protéines (12,–14).Il a également été démontré qu'ils génèrent des espèces réactives de l'oxygène (ROS), provoquant des dommages membranaires chez les micro-organismes (15).La taille, la forme et la concentration des AgNP sont également des facteurs importants qui affectent leurs capacités antimicrobiennes (8,10,13,16,17).

Des études antérieures ont également mis en évidence plusieurs problèmes lorsque les AgNP sont utilisés pour contrôler les agents pathogènes dans un environnement aquatique.Premièrement, les études existantes sur l’efficacité des AgNP pour inactiver les agents pathogènes viraux dans l’eau sont limitées.De plus, les AgNP monodispersés sont généralement sujets à une agrégation particule-particule en raison de leur petite taille et de leur grande surface, et ces agrégats réduisent l'efficacité des AgNP contre les agents pathogènes microbiens (7).Enfin, il a été démontré que les AgNPs ont divers effets cytotoxiques (5,18,–20), et la libération d'AgNP dans un environnement aquatique pourrait entraîner des problèmes de santé humaine et écologiques.

Récemment, nous avons développé un nouveau colloïde hybride magnétique (CMH) de taille micrométrique décoré d'AgNP de différentes tailles (21,22).Le noyau MHC peut être utilisé pour récupérer les composites AgNP de l’environnement.Nous avons évalué l'efficacité antivirale de ces nanoparticules d'argent sur les CMH (AgNP-MHC) en utilisant le bactériophage ϕX174, le norovirus murin (MNV) et l'adénovirus dans différentes conditions environnementales.

Effets antiviraux des AgNP-MHC à diverses concentrations contre le bactériophage ϕX174 (a), MNV (b) et AdV2 (c).Les virus cibles ont été traités avec différentes concentrations d'AgNP-MHC et avec des OH-MHC (4,6 × 109 particules/ml) comme contrôle, dans un incubateur à agitation (150 tr/min, 1 h, 25°C).La méthode de test sur plaque a été utilisée pour mesurer les virus survivants.Les valeurs sont des moyennes ± écarts types (SD) de trois expériences indépendantes.Les astérisques indiquent des valeurs significativement différentes (P< 0,05 par ANOVA unidirectionnelle avec test de Dunnett).

Cette étude a démontré que les AgNP-MHC sont efficaces pour inactiver les bactériophages et le MNV, un substitut du norovirus humain, dans l'eau.De plus, les AgNP-MHC peuvent être facilement récupérés à l’aide d’un aimant, empêchant ainsi la libération d’AgNP potentiellement toxiques dans l’environnement.Un certain nombre d'études antérieures ont montré que la concentration et la taille des particules des AgNP sont des facteurs critiques pour l'inactivation des micro-organismes ciblés (8,16,17).Les effets antimicrobiens des AgNP dépendent également du type de micro-organisme.L'efficacité des AgNP-MHC pour inactiver le ϕX174 suivait une relation dose-réponse.Parmi les AgNP-MHC testés, les Ag30-MHC avaient une efficacité plus élevée pour inactiver le ϕX174 et le MNV.Pour le MNV, seuls les Ag30-MHC présentaient une activité antivirale, les autres AgNP-MHC ne générant aucune inactivation significative du MNV.Aucun des AgNP-MHC n’avait d’activité antivirale significative contre AdV2.

Outre la taille des particules, la concentration d’argent dans les AgNP-MHC était également importante.La concentration d’argent semble déterminer l’efficacité des effets antiviraux des AgNP-MHC.Les concentrations d'argent dans les solutions de Ag07-MHC et Ag30-MHC à 4,6 × 109 particules/ml étaient respectivement de 28,75 ppm et 200 ppm et étaient corrélées au niveau d'activité antivirale.Tableau 2résume les concentrations d’argent et les surfaces des AgNP-MHC testés.Les Ag07-MHC présentaient l'activité antivirale la plus faible et avaient la concentration d'argent et la surface superficielle les plus faibles, ce qui suggère que ces propriétés sont liées à l'activité antivirale des AgNP-MHC.

Notre étude précédente indiquait que les principaux mécanismes antimicrobiens des AgNP-MHC sont l'extraction chimique des ions Mg2+ ou Ca2+ des membranes microbiennes, la création de complexes avec des groupes thiol situés au niveau des membranes et la génération d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) (21).Étant donné que les AgNP-MHC ont une taille de particule relativement grande (∼500 nm), il est peu probable qu’ils puissent pénétrer dans une capside virale.Au lieu de cela, les AgNP-MHC semblent interagir avec les protéines de surface virales.Les AgNP sur les composites ont tendance à se lier aux biomolécules contenant des groupes thiol intégrées dans les protéines d’enveloppe des virus.Par conséquent, les propriétés biochimiques des protéines de capside virale sont importantes pour déterminer leur sensibilité aux AgNP-MHC.Figure 1montre les différentes susceptibilités des virus aux effets des AgNP-MHC.Les bactériophages ϕX174 et MNV étaient sensibles aux AgNP-MHC, mais AdV2 était résistant.Le niveau de résistance élevé d’AdV2 est probablement associé à sa taille et à sa structure.La taille des adénovirus varie de 70 à 100 nm (30), ce qui les rend beaucoup plus grands que ϕX174 (27 à 33 nm) et MNV (28 à 35 nm) (31,32).En plus de leur grande taille, les adénovirus possèdent un ADN double brin, contrairement aux autres virus, et résistent à divers stress environnementaux tels que la chaleur et les rayons UV (33,34).Notre étude précédente avait rapporté qu'une réduction de près de 3 log10 de MS2 s'était produite avec les Ag30-MHC en 6 heures (21).MS2 et ϕX174 ont des tailles similaires avec différents types d'acide nucléique (ARN ou ADN) mais ont des taux d'inactivation similaires par les Ag30-MHC.Par conséquent, la nature de l’acide nucléique ne semble pas être le facteur majeur de résistance aux AgNP-MHC.Au lieu de cela, la taille et la forme des particules virales semblent être plus importantes, car l’adénovirus est un virus beaucoup plus gros.Les Ag30-MHC ont obtenu une réduction de M13 de près de 2 log10 en 6 h (nos données non publiées).M13 est un virus à ADN simple brin (35) et mesure environ 880 nm de longueur et 6,6 nm de diamètre (36).Le taux d'inactivation du bactériophage filamenteux M13 était intermédiaire entre celui des petits virus à structure ronde (MNV, ϕX174 et MS2) et celui d'un gros virus (AdV2).

Dans la présente étude, les cinétiques d'inactivation du MNV étaient significativement différentes dans le test sur plaque et dans le test RT-PCR (Figure 2bet​etc).c).On sait que les tests moléculaires tels que la RT-PCR sous-estiment considérablement les taux d’inactivation des virus (25,28), comme cela a été constaté dans notre étude.Parce que les AgNP-MHC interagissent principalement avec la surface virale, ils sont plus susceptibles d’endommager les protéines de l’enveloppe virale plutôt que les acides nucléiques viraux.Par conséquent, un test RT-PCR pour mesurer l’acide nucléique viral peut sous-estimer considérablement l’inactivation des virus.L’effet des ions Ag+ et la génération d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) devraient être responsables de l’inactivation des virus testés.Cependant, de nombreux aspects des mécanismes antiviraux des AgNP-MHC restent flous et des recherches supplémentaires utilisant des approches biotechnologiques sont nécessaires pour élucider le mécanisme de la haute résistance de l'AdV2.

Enfin, nous avons évalué la robustesse de l'activité antivirale des Ag30-MHC en les exposant à une large gamme de valeurs de pH et à des échantillons d'eau du robinet et de surface avant de mesurer leur activité antivirale (Figure 3et​et4).4).L'exposition à des conditions de pH extrêmement basses a entraîné la perte physique et/ou fonctionnelle des AgNP du CMH (données non publiées).En présence de particules non spécifiques, les Ag30-MHC présentaient systématiquement une activité antivirale, malgré une baisse de l'activité antivirale contre MS2.L'activité antivirale était la plus faible dans les eaux de surface non filtrées, car une interaction entre les Ag30-MHC et les particules non spécifiques dans les eaux de surface très troubles a probablement provoqué une réduction de l'activité antivirale (Tableau 3).Par conséquent, des évaluations sur le terrain des AgNP-MHC dans différents types d'eau (par exemple, avec différentes concentrations de sel ou d'acide humique) devraient être effectuées à l'avenir.

En conclusion, les nouveaux composites Ag, AgNP-MHC, possèdent d’excellentes capacités antivirales contre plusieurs virus, dont ϕX174 et MNV.Les AgNP-MHC conservent une forte efficacité dans différentes conditions environnementales, et ces particules peuvent être facilement récupérées à l'aide d'un aimant, réduisant ainsi leurs effets nocifs potentiels sur la santé humaine et l'environnement.Cette étude a montré que le composite AgNP peut être un antiviral efficace dans divers contextes environnementaux, sans risques écologiques significatifs.