은 나노입자(AgNP)는 다양한 병원체를 제어하는 ​​데 잠재적으로 유용한 도구로 간주됩니다.그러나 AgNP가 환경 매체로 방출되면 인간 건강과 생태학적 영향을 미칠 수 있다는 우려가 있습니다.본 연구에서는 다양한 크기의 AgNP(AgNP-MHC)로 장식된 새로운 마이크로미터 크기의 자기 하이브리드 콜로이드(MHC)를 개발하고 평가했습니다.소독을 위해 적용된 후 이러한 입자는 자기 특성을 사용하여 환경 매체에서 쉽게 회수될 수 있으며 바이러스 병원체를 비활성화하는 데 효과적인 상태로 유지됩니다.우리는 박테리오파지 фX174, 쥐 노로바이러스(MNV) 및 아데노바이러스 혈청형 2(AdV2)를 비활성화하기 위한 AgNP-MHC의 효능을 평가했습니다.이들 표적 바이러스를 25°C에서 1시간, 3시간, 6시간 동안 AgNP-MHC에 노출시킨 후 플라크 분석 및 실시간 TaqMan PCR로 분석했습니다.AgNP-MHC는 다양한 환경 조건에서 항바이러스 효과를 평가하기 위해 광범위한 pH 수준과 수돗물 및 지표수에 노출되었습니다.테스트된 세 가지 유형의 AgNP-MHC 중에서 Ag30-MHC가 바이러스 비활성화에 가장 높은 효능을 나타냈습니다.4.6 x 109 Ag30-MHCs/ml에 1시간 동안 노출된 후 фX174 및 MNV는 2 log10 이상 감소했습니다.이러한 결과는 AgNP-MHC가 환경으로 방출될 가능성을 최소화하면서 바이러스 병원체를 비활성화하는 데 사용될 수 있음을 나타냅니다.

최근 나노기술의 발전으로 나노입자는 생명공학, 의학, 공중보건 분야에서 전 세계적으로 주목을 받고 있습니다.1,2).표면 대 부피 비율이 높기 때문에 일반적으로 10~500 nm 범위의 나노 크기 물질은 더 큰 물질에 비해 독특한 물리화학적 특성을 가지고 있습니다.1).나노물질의 모양과 크기는 제어될 수 있으며, 특정 기능 그룹이 표면에 결합되어 특정 단백질과 상호작용하거나 세포내 흡수가 가능해집니다.3,–5).

은나노입자(AgNP)는 항균제로 널리 연구되어 왔다.6).은은 고급 식기류 제작, 장식 및 치료제에 사용됩니다.은 설파디아진 및 특정 염과 같은 은 화합물은 항균 특성으로 인해 상처 관리 제품 및 전염병 치료제로 사용되어 왔습니다.6,7).최근 연구에 따르면 AgNP는 다양한 유형의 박테리아와 바이러스를 비활성화하는 데 매우 효과적이라는 것이 밝혀졌습니다.8,–11).AgNP와 AgNP에서 방출된 Ag+ 이온은 DNA, RNA 및 단백질을 포함한 인 또는 황 함유 생체 분자와 직접 상호 작용합니다.12,–14).또한 활성산소종(ROS)을 생성하여 미생물의 막 손상을 일으키는 것으로 나타났습니다.15).AgNP의 크기, 모양 및 농도도 항균 능력에 영향을 미치는 중요한 요소입니다.8,10,13,16,17).

이전 연구에서는 또한 AgNP가 수질 환경에서 병원체를 제어하는 ​​데 사용될 때 몇 가지 문제를 강조했습니다.첫째, 물에서 바이러스 병원체를 비활성화하기 위한 AgNP의 효과에 대한 기존 연구는 제한적입니다.또한, 단분산된 AgNP는 크기가 작고 표면적이 크기 때문에 일반적으로 입자-입자 응집이 일어나며, 이러한 응집은 미생물 병원체에 대한 AgNP의 효과를 감소시킵니다.7).마지막으로, AgNP는 다양한 세포독성 효과를 갖는 것으로 나타났습니다.5,18,–20), AgNP가 수질 환경으로 방출되면 인간의 건강과 생태학적 문제가 발생할 수 있습니다.

최근에는 다양한 크기의 AgNP로 장식된 새로운 마이크로미터 크기의 자기 하이브리드 콜로이드(MHC)를 개발했습니다.21,22).MHC 코어는 환경에서 AgNP 복합재를 복구하는 데 사용될 수 있습니다.우리는 다양한 환경 조건에서 박테리오파지 ψX174, 쥐 노로바이러스(MNV) 및 아데노바이러스를 사용하여 MHC(AgNP-MHC)에 대한 이러한 은 나노입자의 항바이러스 효능을 평가했습니다.

박테리오파지 фX174(a), MNV(b) 및 AdV2(c)에 대한 다양한 농도의 AgNP-MHC의 항바이러스 효과.표적 바이러스는 진탕 인큐베이터(150rpm, 1시간, 25°C)에서 다양한 농도의 AgNP-MHC와 대조군인 OH-MHC(4.6 x 109 입자/ml)로 처리되었습니다.생존 바이러스를 측정하기 위해 플라크 분석 방법이 사용되었습니다.값은 세 번의 독립적인 실험의 평균 ± 표준 편차(SD)입니다.별표는 상당히 다른 값을 나타냅니다(PDunnett 테스트를 통한 일원 분산 분석에 의한 < 0.05).

이 연구는 AgNP-MHC가 박테리오파지와 인간 노로바이러스의 대용물인 MNV를 물에서 비활성화하는 데 효과적이라는 것을 입증했습니다.또한 AgNP-MHC는 자석으로 쉽게 회수할 수 있어 잠재적으로 독성이 있는 AgNP가 환경으로 방출되는 것을 효과적으로 방지합니다.이전의 여러 연구에서는 AgNP의 농도와 입자 크기가 표적 미생물을 비활성화하는 데 중요한 요소인 것으로 나타났습니다.8,16,17).AgNP의 항균 효과는 미생물의 유형에 따라 달라집니다.фX174를 비활성화하는 AgNP-MHC의 효능은 용량-반응 관계를 따랐습니다.테스트된 AgNP-MHC 중에서 Ag30-MHC는 фX174 및 MNV를 비활성화하는 데 더 높은 효능을 보였습니다.MNV의 경우 Ag30-MHC만 항바이러스 활성을 나타냈고 다른 AgNP-MHC는 MNV의 중요한 비활성화를 생성하지 않았습니다.AgNP-MHC 중 어느 것도 AdV2에 대해 유의미한 항바이러스 활성을 갖지 않았습니다.

입자 크기 외에도 AgNP-MHC의 은 농도도 중요했습니다.은의 농도는 AgNP-MHC의 항바이러스 효과의 효능을 결정하는 것으로 나타났습니다.4.6 x 109 입자/ml의 Ag07-MHC 및 Ag30-MHC 용액의 은 농도는 각각 28.75ppm 및 200ppm이었으며 항바이러스 활성 수준과 상관관계가 있었습니다.표 2테스트된 AgNP-MHC의 은 농도와 표면적을 요약합니다.Ag07-MHC는 가장 낮은 항바이러스 활성을 나타냈고 은 농도와 표면적이 가장 낮았으며, 이는 이러한 특성이 AgNP-MHC의 항바이러스 활성과 관련이 있음을 시사합니다.

우리의 이전 연구에서는 AgNP-MHC의 주요 항균 메커니즘이 미생물 막에서 Mg2+ 또는 Ca2+ 이온의 화학적 추출, 막에 위치한 티올 그룹과의 복합체 생성, 활성 산소종(ROS)의 생성이라는 것을 나타냈습니다.21).AgNP-MHC는 상대적으로 큰 입자 크기(~500 nm)를 갖기 때문에 바이러스 캡시드를 통과할 가능성이 거의 없습니다.대신 AgNP-MHC는 바이러스 표면 단백질과 상호작용하는 것으로 보입니다.복합재의 AgNP는 바이러스의 외피 단백질에 내장된 티올 그룹 함유 생체분자와 결합하는 경향이 있습니다.따라서 바이러스 캡시드 단백질의 생화학적 특성은 AgNP-MHC에 대한 감수성을 결정하는 데 중요합니다.그림 1AgNP-MHC의 효과에 대한 바이러스의 다양한 민감성을 보여줍니다.박테리오파지 фX174와 MNV는 AgNP-MHC에 감수성이 있었지만 AdV2는 저항성이 있었습니다.AdV2의 높은 저항 수준은 크기 및 구조와 관련이 있을 가능성이 높습니다.아데노바이러스의 크기는 70~100 nm입니다(30), фX174(27~33nm) 및 MNV(28~35nm)보다 훨씬 커집니다(31,32).아데노바이러스는 크기가 크다는 점 외에도 다른 바이러스와 달리 이중나선 DNA를 가지고 있어 열, 자외선 등 다양한 환경적 스트레스에 저항력이 있다.33,34).우리의 이전 연구에서는 Ag30-MHC를 사용하여 6시간 이내에 MS2가 거의 3-log10 감소했다고 보고했습니다.21).MS2와 фX174는 다양한 유형의 핵산(RNA 또는 DNA)과 비슷한 크기를 갖지만 Ag30-MHC에 의한 비활성화 비율은 비슷합니다.따라서 핵산의 성질은 AgNP-MHC에 대한 저항성의 주요 요인이 아닌 것으로 보입니다.대신 아데노바이러스는 훨씬 더 큰 바이러스이기 때문에 바이러스 입자의 크기와 모양이 더 중요한 것으로 나타났습니다.Ag30-MHC는 6시간 이내에 M13의 거의 2-log10 감소를 달성했습니다(미공개 데이터).M13은 단일 가닥 DNA 바이러스(35) 길이는 ~880 nm이고 직경은 6.6 nm입니다(36).사상형 박테리오파지 M13의 불활성화 속도는 작고 둥근 구조의 바이러스(MNV, ψX174 및 MS2)와 대형 바이러스(AdV2)의 중간 수준이었습니다.

본 연구에서 MNV의 불활성화 동역학은 플라크 분석과 RT-PCR 분석에서 크게 달랐습니다.그림 2b그리고andc).c).RT-PCR과 같은 분자 분석은 바이러스의 불활성화 비율을 상당히 과소평가하는 것으로 알려져 있습니다.25,28), 우리 연구에서 발견된 바와 같습니다.AgNP-MHC는 주로 바이러스 표면과 상호작용하기 때문에 바이러스 핵산보다는 바이러스 외피 단백질을 손상시킬 가능성이 더 높습니다.따라서 바이러스 핵산을 측정하기 위한 RT-PCR 분석은 바이러스의 불활성화를 상당히 과소평가할 수 있습니다.Ag+ 이온의 효과와 활성 산소종(ROS)의 생성은 테스트된 바이러스의 비활성화에 영향을 미칩니다.그러나 AgNP-MHC의 항바이러스 메커니즘에 대한 많은 측면은 아직 불분명하며 AdV2의 높은 저항성 메커니즘을 밝히기 위해서는 생명공학적 접근법을 사용한 추가 연구가 필요합니다.

마지막으로 우리는 항바이러스 활성을 측정하기 전에 Ag30-MHC를 다양한 pH 값에 노출시키고 수돗물과 지표수 샘플에 노출시켜 Ag30-MHC의 항바이러스 활성의 견고성을 평가했습니다.그림 3그리고그리고4).4).극도로 낮은 pH 조건에 노출되면 MHC에서 AgNP의 물리적 및/또는 기능적 손실이 발생했습니다(미공개 데이터).비특이적 입자가 있는 경우 Ag30-MHC는 MS2에 대한 항바이러스 활성이 감소함에도 불구하고 지속적으로 항바이러스 활성을 나타냈습니다.고도로 탁한 지표수에서 Ag30-MHC와 비특이적 입자 사이의 상호 작용으로 인해 항바이러스 활성이 감소했기 때문에 여과되지 않은 지표수에서 항바이러스 활성이 가장 낮았습니다.표 3).따라서 향후 다양한 유형의 물(예: 염 농도 또는 휴믹산이 다른 물)에서 AgNP-MHC에 대한 현장 평가가 수행되어야 합니다.

결론적으로, 새로운 Ag 복합재인 AgNP-MHC는 ψX174 및 MNV를 포함한 여러 바이러스에 대해 탁월한 항바이러스 능력을 가지고 있습니다.AgNP-MHC는 다양한 환경 조건에서도 강력한 효능을 유지하며, 이러한 입자는 자석을 사용하여 쉽게 회수할 수 있어 인간의 건강과 환경에 대한 잠재적인 유해 영향을 줄입니다.이 연구는 AgNP 복합재가 심각한 생태학적 위험 없이 다양한 환경 환경에서 효과적인 항바이러스제가 될 수 있음을 보여주었습니다.