Сребрне наночестице (АгНП) се сматрају потенцијално корисним алатом за контролу различитих патогена.Међутим, постоји забринутост у вези са ослобађањем АгНП-а у медије животне средине, јер они могу изазвати штетне ефекте по људско здравље и еколошку средину.У овој студији развили смо и проценили нови магнетни хибридни колоид (МХЦ) величине микрометара украшен АгНПс различитих величина (АгНП-МХЦс).Након примене за дезинфекцију, ове честице се могу лако извући из околине користећи своја магнетна својства и остају ефикасне за инактивацију вирусних патогена.Процењивали смо ефикасност АгНП-МХЦ за инактивацију бактериофага ϕКс174, мишјег норовируса (МНВ) и аденовируса серотипа 2 (АдВ2).Ови циљни вируси су били изложени АгНП-МХЦс током 1, 3 и 6 х на 25°Ц, а затим анализирани тестом плака и ТакМан ПЦР-ом у реалном времену.АгНП-МХЦ су били изложени широком распону пХ нивоа и воде из славине и површинске воде да би се проценили њихови антивирусни ефекти у различитим условима животне средине.Међу три тестирана типа АгНП-МХЦ, Аг30-МХЦс су показали највећу ефикасност за инактивацију вируса.ϕКс174 и МНВ су смањени за више од 2 лог10 након излагања 4,6 × 109 Аг30-МХЦс/мл током 1 сата.Ови резултати су показали да се АгНП-МХЦ могу користити за инактивацију вирусних патогена са минималном шансом за потенцијално ослобађање у животну средину.

Са недавним напретком у нанотехнологији, наночестице добијају све већу пажњу широм света у областима биотехнологије, медицине и јавног здравља (1,2).Због свог високог односа површине и запремине, материјали нано величине, обично у распону од 10 до 500 нм, имају јединствена физичко-хемијска својства у поређењу са онима већих материјала (1).Облик и величина наноматеријала се могу контролисати, а специфичне функционалне групе се могу коњуговати на њиховим површинама како би се омогућиле интеракције са одређеним протеинима или интрацелуларно усвајање (3,–5).

Сребрне наночестице (АгНП) су широко проучаване као антимикробни агенс (6).Сребро се користи у изради финог прибора за јело, за украсе и у терапијским средствима.Једињења сребра као што су сулфадиазин сребра и одређене соли коришћена су као производи за негу рана и као третмани за заразне болести због својих антимикробних својстава (6,7).Недавне студије су откриле да су АгНПс веома ефикасни за инактивацију различитих врста бактерија и вируса (8,–11).АгНП и Аг+ јони који се ослобађају из АгНП-а директно делују са биомолекулима који садрже фосфор или сумпор, укључујући ДНК, РНК и протеине (12,–14).Такође се показало да стварају реактивне врсте кисеоника (РОС), узрокујући оштећење мембране код микроорганизама (15).Величина, облик и концентрација АгНП-а су такође важни фактори који утичу на њихове антимикробне способности (8,10,13,16,17).

Претходне студије су такође истакле неколико проблема када се АгНП користе за контролу патогена у воденом окружењу.Прво, постојеће студије о ефикасности АгНП-а за инактивацију вирусних патогена у води су ограничене.Поред тога, монодисперзни АгНП су обично подложни агрегацији честица-честица због своје мале величине и велике површине, а ови агрегати смањују ефикасност АгНП-а против микробних патогена (7).Коначно, показало се да АгНП имају различите цитотоксичне ефекте (5,18,–20), а ослобађање АгНП-а у водену средину може резултирати здравственим и еколошким проблемима људи.

Недавно смо развили нови магнетни хибридни колоид микрометарске величине (МХЦ) украшен АгНП различитих величина (21,22).МХЦ језгро се може користити за опоравак АгНП композита из околине.Процењивали смо антивирусну ефикасност ових наночестица сребра на МХЦ (АгНП-МХЦс) користећи бактериофаг ϕКс174, мишји норовирус (МНВ) и аденовирус у различитим условима околине.

Антивирусни ефекти АгНП-МХЦс у различитим концентрацијама против бактериофага ϕКс174 (а), МНВ (б) и АдВ2 (ц).Циљни вируси су третирани различитим концентрацијама АгНП-МХЦс и ОХ-МХЦс (4,6 × 109 честица/мл) као контрола, у инкубатору за мућкање (150 рпм, 1 х, 25°Ц).Метода анализе плака је коришћена за мерење преживелих вируса.Вредности су средње вредности ± стандардне девијације (СД) из три независна експеримента.Звездице означавају значајно различите вредности (P< 0,05 једносмерном АНОВА са Дунеттовим тестом).

Ова студија је показала да су АгНП-МХЦ ефикасни за инактивацију бактериофага и МНВ, сурогата за хумани норовирус, у води.Поред тога, АгНП-МХЦ се могу лако повратити помоћу магнета, ефикасно спречавајући ослобађање потенцијално токсичних АгНП-а у животну средину.Бројне претходне студије су показале да су концентрација и величина честица АгНП-а критични фактори за инактивацију циљаног микроорганизма (8,16,17).Антимикробни ефекти АгНП-а такође зависе од врсте микроорганизма.Ефикасност АгНП-МХЦс за инактивацију ϕКс174 прати однос доза-одговор.Међу тестираним АгНП-МХЦс, Аг30-МХЦс су имали већу ефикасност за инактивацију ϕКс174 и МНВ.За МНВ, само Аг30-МХЦс су показали антивирусну активност, док остали АгНП-МХЦс нису изазвали никакву значајну инактивацију МНВ.Ниједан од АгНП-МХЦ није имао значајну антивирусну активност против АдВ2.

Поред величине честица, важна је и концентрација сребра у АгНП-МХЦс.Чини се да концентрација сребра одређује ефикасност антивирусних ефеката АгНП-МХЦ.Концентрације сребра у растворима Аг07-МХЦс и Аг30-МХЦс при 4,6 × 109 честица/мл биле су 28,75 ппм и 200 ппм, респективно, и биле су у корелацији са нивоом антивирусне активности.Табела 2сумира концентрације сребра и површине тестираних АгНП-МХЦс.Аг07-МХЦс су показали најнижу антивирусну активност и имали најнижу концентрацију сребра и површину, што сугерише да су ова својства повезана са антивирусном активношћу АгНП-МХЦ.

Наша претходна студија је показала да су главни антимикробни механизми АгНП-МХЦ хемијска апстракција Мг2+ или Ца2+ јона из микробних мембрана, стварање комплекса са тиол групама које се налазе на мембранама и стварање реактивних врста кисеоника (РОС) (21).Пошто АгНП-МХЦ имају релативно велику величину честица (∼500 нм), мало је вероватно да могу да продру у вирусни капсид.Уместо тога, чини се да АгНП-МХЦ реагују са вирусним површинским протеинима.АгНП на композитима имају тенденцију да везују биомолекуле који садрже тиолну групу уграђене у протеине омотача вируса.Због тога су биохемијска својства вирусних капсидних протеина важна за одређивање њихове осетљивости на АгНП-МХЦс.Слика 1показује различиту осетљивост вируса на ефекте АгНП-МХЦс.Бактериофаги ϕКс174 и МНВ су били осетљиви на АгНП-МХЦ, али је АдВ2 био отпоран.Висок ниво отпорности АдВ2 је вероватно повезан са његовом величином и структуром.Аденовируси су величине од 70 до 100 нм (30), што их чини много већим од ϕКс174 (27 до 33 нм) и МНВ (28 до 35 нм) (31,32).Поред своје велике величине, аденовируси имају дволанчану ДНК, за разлику од других вируса, и отпорни су на различите стресове околине као што су топлота и УВ зрачење (33,34).Наша претходна студија је известила да се скоро 3-лог10 смањење МС2 догодило са Аг30-МХЦ у року од 6 х (21).МС2 и ϕКс174 имају сличне величине са различитим типовима нуклеинске киселине (РНА или ДНК), али имају сличне стопе инактивације Аг30-МХЦ.Стога се чини да природа нуклеинске киселине није главни фактор отпорности на АгНП-МХЦс.Уместо тога, чинило се да су величина и облик вирусних честица важнији, јер је аденовирус много већи вирус.Аг30-МХЦс су постигли скоро 2-лог10 смањење М13 у року од 6 х (наши необјављени подаци).М13 је једноланчани ДНК вирус (35) и има ∼880 нм дужине и 6,6 нм у пречнику (36).Стопа инактивације филаментозног бактериофага М13 била је средња између оних малих вируса округле структуре (МНВ, ϕКс174 и МС2) и великог вируса (АдВ2).

У овој студији, кинетика инактивације МНВ се значајно разликовала у тесту плака и РТ-ПЦР тесту (Слика 2би​андц).ц).Познато је да молекуларни тестови као што је РТ-ПЦР значајно потцењују стопе инактивације вируса (25,28), као што је пронађено у нашој студији.Пошто АгНП-МХЦ делују првенствено на површини вируса, већа је вероватноћа да ће оштетити протеине омотача вируса, а не вирусне нуклеинске киселине.Стога, РТ-ПЦР тест за мерење вирусне нуклеинске киселине може значајно потценити инактивацију вируса.Дејство Аг+ јона и стварање реактивних врста кисеоника (РОС) треба да буду одговорни за инактивацију тестираних вируса.Међутим, многи аспекти антивирусних механизама АгНП-МХЦс су још увек нејасни и потребна су даља истраживања коришћењем биотехнолошких приступа да би се разјаснио механизам високе резистенције АдВ2.

Коначно, проценили смо робусност антивирусне активности Аг30-МХЦ тако што смо их изложили широком опсегу пХ вредности и узорцима воде из славине и површинске воде пре мерења њихове антивирусне активности (Слика 3и​и4).4).Излагање условима екстремно ниског пХ резултирало је физичким и/или функционалним губитком АгНП из МХЦ (необјављени подаци).У присуству неспецифичних честица, Аг30-МХЦс су доследно показивали антивирусну активност, упркос паду антивирусне активности против МС2.Антивирусна активност је била најнижа у нефилтрираној површинској води, пошто је интеракција између Аг30-МХЦс и неспецифичних честица у високо замућеној површинској води вероватно изазвала смањење антивирусне активности (Табела 3).Стога, теренске процене АгНП-МХЦс у различитим врстама воде (нпр. са различитим концентрацијама соли или хуминске киселине) треба да се обављају у будућности.

У закључку, нови Аг композити, АгНП-МХЦ, имају одличне антивирусне способности против неколико вируса, укључујући ϕКс174 и МНВ.АгНП-МХЦ одржавају снажну ефикасност у различитим условима животне средине, а ове честице се могу лако повратити помоћу магнета, чиме се смањују њихови потенцијални штетни ефекти на људско здравље и животну средину.Ова студија је показала да АгНП композит може бити ефикасан антивирусни лек у различитим окружењима животне средине, без значајних еколошких ризика.