Сребрените наночестички (AgNP) се сметаат за потенцијално корисна алатка за контрола на различни патогени.Сепак, постои загриженост за ослободување на AgNP во медиумите на животната средина, бидејќи тие може да генерираат негативни ефекти врз здравјето на луѓето и екологијата.Во оваа студија, развивме и оценивме нов магнетен хибриден колоид (MHC) со големина на микрометар, украсен со различни големини AgNPs (AgNP-MHCs).Откако ќе се применат за дезинфекција, овие честички може лесно да се повратат од еколошките медиуми користејќи ги нивните магнетни својства и да останат ефикасни за деактивирање на вирусни патогени.Ја проценивме ефикасноста на AgNP-MHCs за инактивирање на бактериофаг ϕX174, норовирус на глувци (MNV) и аденовирусен серотип 2 (AdV2).Овие целни вируси беа изложени на AgNP-MHCs 1, 3 и 6 часа на 25°C и потоа беа анализирани со анализа на плакета и TaqMan PCR во реално време.AgNP-MHCs беа изложени на широк опсег на нивоа на pH и на вода од чешма и површина за да се проценат нивните антивирусни ефекти под различни услови на животната средина.Помеѓу трите тестирани типови AgNP-MHCs, Ag30-MHC покажаа највисока ефикасност за деактивирање на вирусите.ϕX174 и MNV беа намалени за повеќе од 2 log10 по изложување на 4,6 × 109 Ag30-MHCs/ml за 1 час.Овие резултати покажаа дека AgNP-MHCs може да се користат за деактивирање на вирусни патогени со минимална шанса за потенцијално ослободување во животната средина.

Со неодамнешниот напредок во нанотехнологијата, наночестичките добиваат зголемено внимание ширум светот во областа на биотехнологијата, медицината и јавното здравје (1,2).Поради нивниот висок сооднос површина-волумен, материјалите со нано големина, кои обично се движат од 10 до 500 nm, имаат уникатни физичко-хемиски својства во споредба со оние на поголемите материјали (1).Обликот и големината на наноматеријалите може да се контролираат, а одредени функционални групи може да се конјугираат на нивните површини за да овозможат интеракции со одредени протеини или интрацелуларно навлегување (3,–5).

Сребрените наночестички (AgNPs) се широко проучувани како антимикробно средство (6).Среброто се користи за создавање фин прибор за јадење, за украсување и за терапевтски агенси.Сребрените соединенија како што се сребро сулфадијазин и одредени соли се користат како производи за нега на рани и како третмани за заразни болести поради нивните антимикробни својства (6,7).Неодамнешните студии открија дека AgNPs се многу ефикасни за деактивирање на различни видови бактерии и вируси (8,–11).AgNPs и Ag+ јоните ослободени од AgNP директно комуницираат со биомолекули кои содржат фосфор или сулфур, вклучувајќи ДНК, РНК и протеини (12,–14).Тие, исто така, се покажа дека генерираат реактивни кислородни видови (ROS), предизвикувајќи оштетување на мембраните кај микроорганизмите (15).Големината, обликот и концентрацијата на AgNP се исто така важни фактори кои влијаат на нивните антимикробни способности (8,10,13,16,17).

Претходните студии исто така истакнаа неколку проблеми кога AgNP се користат за контрола на патогени во водна средина.Прво, постојните студии за ефикасноста на AgNP за деактивирање на вирусни патогени во водата се ограничени.Дополнително, монодисперзираните AgNP обично се предмет на агрегација на честички поради нивната мала големина и голема површина, и овие агрегати ја намалуваат ефикасноста на AgNP против микробиолошки патогени (7).Конечно, се покажа дека AgNPs имаат различни цитотоксични ефекти (5,18,–20), а ослободувањето на AgNP во водена средина може да резултира со здравствени и еколошки проблеми на луѓето.

Неодамна, развивме нов магнетен хибриден колоид (MHC) со големина на микрометар, украсен со AgNP со различни големини (21,22).MHC јадрото може да се користи за враќање на AgNP композитите од околината.Ја проценивме антивирусната ефикасност на овие сребрени наночестички на MHCs (AgNP-MHCs) користејќи бактериофаг ϕX174, глувчешки норовирус (MNV) и аденовирус под различни услови на животната средина.

Антивирусни ефекти на AgNP-MHCs во различни концентрации против бактериофагот ϕX174 (a), MNV (b) и AdV2 (c).Целните вируси беа третирани со различни концентрации на AgNP-MHCs и со OH-MHCs (4,6 × 109 честички/ml) како контрола, во инкубатор за тресење (150 вртежи во минута, 1 час, 25°C).Методот на анализа на плакета беше користен за мерење на преживеаните вируси.Вредностите се средства ± стандардни отстапувања (SD) од три независни експерименти.Ѕвездичките означуваат значително различни вредности (P< 0,05 со еднонасочна ANOVA со Dunnett-ов тест).

Оваа студија покажа дека AgNP-MHCs се ефикасни за инактивирање на бактериофагите и MNV, сурогат за човечкиот норовирус, во вода.Покрај тоа, AgNP-MHCs може лесно да се обноват со магнет, ефикасно спречувајќи го ослободувањето на потенцијално токсични AgNP во животната средина.Голем број на претходни студии покажаа дека концентрацијата и големината на честичките на AgNP се критични фактори за инактивирање на целниот микроорганизам (8,16,17).Антимикробните ефекти на AgNP зависат и од видот на микроорганизмот.Ефикасноста на AgNP-MHCs за инактивирање на φX174 следеше врска доза-одговор.Меѓу тестираните AgNP-MHCs, Ag30-MHCs имаа поголема ефикасност за деактивирање на φX174 и MNV.За MNV, само Ag30-MHCs покажаа антивирусна активност, при што другите AgNP-MHC не генерираа значајна инактивација на MNV.Ниту еден од AgNP-MHC немаше значајна антивирусна активност против AdV2.

Покрај големината на честичките, важна беше и концентрацијата на сребро во AgNP-MHCs.Се чини дека концентрацијата на сребро ја одредува ефикасноста на антивирусните ефекти на AgNP-MHCs.Концентрациите на среброто во растворите на Ag07-MHCs и Ag30-MHCs при 4,6 × 109 честички/ml беа 28,75 ppm и 200 ppm, соодветно, и беа во корелација со нивото на антивирусна активност.Табела 2ги сумира концентрациите на среброто и површините на тестираните AgNP-MHCs.Ag07-MHCs покажаа најниска антивирусна активност и имаа најниска концентрација на сребро и површина, што сугерира дека овие својства се поврзани со антивирусната активност на AgNP-MHCs.

Нашата претходна студија покажа дека главните антимикробни механизми на AgNP-MHCs се хемиската апстракција на Mg2+ или Ca2+ јони од микробните мембрани, создавањето комплекси со тиол групи лоцирани на мембраните и генерирањето на реактивни видови кислород (ROS) (21).Бидејќи AgNP-MHCs имаат релативно голема големина на честички (~ 500 nm), малку е веројатно дека тие можат да навлезат во вирусна капсида.Наместо тоа, се чини дека AgNP-MHCs комуницираат со вирусните површински протеини.AgNP на композитите имаат тенденција да ги врзуваат биомолекули кои содржат тиол група, вградени во протеините на обвивката на вирусите.Затоа, биохемиските својства на вирусните капсидни протеини се важни за одредување на нивната чувствителност на AgNP-MHCs.Слика 1ја покажува различната чувствителност на вирусите на ефектите на AgNP-MHCs.Бактериофагите ϕX174 и MNV беа подложни на AgNP-MHCs, но AdV2 беше отпорен.Високото ниво на отпорност на AdV2 веројатно е поврзано со неговата големина и структура.Аденовирусите се со големина од 70 до 100 nm (30), што ги прави многу поголеми од ϕX174 (27 до 33 nm) и MNV (28 до 35 nm) (31,32).Покрај нивната голема големина, аденовирусите имаат двоверижна ДНК, за разлика од другите вируси, и се отпорни на различни еколошки стресови како топлина и УВ зрачење (33,34).Нашата претходна студија објави дека речиси 3-log10 намалување на MS2 се случи со Ag30-MHCs во рок од 6 часа (21).MS2 и φX174 имаат слични големини со различни типови на нуклеинска киселина (РНК или ДНК), но имаат слични стапки на инактивација од Ag30-MHCs.Затоа, природата на нуклеинската киселина не се чини дека е главниот фактор за отпорност на AgNP-MHCs.Наместо тоа, големината и обликот на вирусната честичка се чини дека се поважни, бидејќи аденовирусот е многу поголем вирус.Ag30-MHC постигнаа речиси 2-log10 намалување на M13 во рок од 6 часа (наши необјавени податоци).М13 е едноверижен ДНК вирус (35) и е ~880 nm во должина и 6,6 nm во дијаметар (36).Стапката на инактивација на филаментозен бактериофаг М13 беше средна помеѓу оние на малите, кружно структурирани вируси (MNV, φX174 и MS2) и големиот вирус (AdV2).

Во оваа студија, кинетиката на инактивација на MNV беше значително различна во анализата на плак и RT-PCR анализата (Сл. 2бии в).в).Познато е дека молекуларните анализи како RT-PCR значително ги потценуваат стапките на инактивација на вирусите (25,28), како што беше откриено во нашата студија.Бидејќи AgNP-MHCs комуницираат првенствено со вирусната површина, тие се со поголема веројатност да ги оштетат протеините на вирусната обвивка наместо вирусните нуклеински киселини.Затоа, RT-PCR анализа за мерење на вирусна нуклеинска киселина може значително да ја потцени инактивацијата на вирусите.Ефектот на јоните Ag+ и создавањето на реактивни кислородни видови (ROS) треба да бидат одговорни за инактивацијата на тестираните вируси.Сепак, многу аспекти на антивирусните механизми на AgNP-MHCs сè уште се нејасни, а потребни се дополнителни истражувања со употреба на биотехнолошки пристапи за да се разјасни механизмот на високата отпорност на AdV2.

Конечно, ја проценивме робусноста на антивирусната активност на Ag30-MHC со тоа што ги изложивме на широк опсег на вредности на pH и на примероци од вода од чешма и површинска вода пред да ја измериме нивната антивирусна активност (Сл. 3ии 4).4).Изложеноста на услови на екстремно ниска pH вредност резултираше со физичка и/или функционална загуба на AgNP од MHC (необјавени податоци).Во присуство на неспецифични честички, Ag30-MHCs постојано покажуваа антивирусна активност, и покрај падот на антивирусната активност против MS2.Антивирусната активност беше најниска во нефилтрираната површинска вода, бидејќи интеракцијата помеѓу Ag30-MHCs и неспецифичните честички во високо заматената површинска вода веројатно предизвика намалување на антивиралната активност (Табела 3).Затоа, во иднина треба да се вршат теренски евалуации на AgNP-MHCs во различни видови вода (на пр. со различни концентрации на сол или хуминска киселина).

Како заклучок, новите Ag композити, AgNP-MHCs, имаат одлични антивирусни способности против неколку вируси, вклучувајќи ги ϕX174 и MNV.AgNP-MHCs одржуваат силна ефикасност под различни услови на животната средина, а овие честички може лесно да се обноват со помош на магнет, со што се намалуваат нивните потенцијални штетни ефекти врз здравјето на луѓето и животната средина.Оваа студија покажа дека композитот AgNP може да биде ефикасен антивирусен лек во различни еколошки услови, без значителни еколошки ризици.