Antibacterial activities of zinc oxide nanoparticles against Escherichia coli O157:H7

Abstract

Aims: To investigate antibacterial activities of zinc oxide nanoparticles (ZnO NP) and their mode of action against an important foodborne pathogen, Escherichia coli O157:H7. Methods and Results: ZnO NP with sizes of 70 nm and concentrations of 0, 3, 6 and 12 mmol l−1 and NP‐free solutions were used in antimicrobial tests against E. coli O157:H7. ZnO NP showed increasing inhibitory effects on the growth of E. coli O157:H7 as the concentrations of ZnO NP increased. A complete inhibition of microbial growth was achieved at the concentration level of 12 mmol l−1 or higher. Scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and Raman spectroscopy were used to characterize the changes of morphology and cellular compositions of bacterial cells treated with ZnO NP and study the mode of action of ZnO NP against E. coli O157:H7. The intensity of lipid and protein bands in the Raman spectra of bacterial cells increased after exposure to ZnO NP, while no significant changes in nucleic acid bands were observed. Conclusions: ZnO NP were found to have antibacterial activity against E. coli O157:H7. The inhibitory effects increase as the concentration of ZnO NP increased. Results indicate that ZnO NP may distort and damage bacterial cell membrane, resulting in a leakage of intracellular contents and eventually the death of bacterial cells. Significance and Impact of the Study: These results suggest that ZnO NP could potentially be used as an effective antibacterial agent to protect agricultural and food safety.

Metalloproteins and phytochelatin synthase may confer protection against zinc oxide nanoparticle induced toxicity in Caenorhabditis elegans

“…Based on the TEM images, ZnONP agglomerates did not seem to induce morphological changes or enter the bacteria. Clearly, high concentrations of ZnONPs may inflict changes to the metabolic system of E. coli, a notion that cannot be assessed by TEM (Roselli et al, 2003;Liu et al, 2009). However, continuous contact with ZnONPs caused the bacteria to secrete extracellular polymeric substances (EPS) which coated the nanoparticles within a 24 hour timeframe (Fig.…”

“…In addition, potential antibacterial effects of nanosized ZnO suspensions on bacteria were studied (Tayel et al, 2011Zhang et al, 2010Li et al, 2012;Reddy et al, 2007;Liu et al, 2009). Whilst chronic exposures up to 50 mg/L ZnONP did not affect the sigmoidal growth characteristics of E.coli OP50, strong antibacterial effects were observed at 100 mg/L ZnONP, a finding that was statistically significant (p≤0.05) (Supplementary Fig.…”

Nanopartículas de óxido de zinco sintetizadas pelo método poliol: caracterização e avaliação da atividade antibacteriana

“…No que concerne o desenvolvimento de nanoestruturas com propriedades antibacterianas para aplicações diversas, é possível encontrar na literatura trabalhos envolvendo o uso de nanopartículas de prata [2], cobre [3], óxido de zinco [4], dióxido de titânio [5] e dióxido de estanho [6]. O uso de nanopartículas metálicas para aplicação como agentes antibacterianos aparece como uma importante alternativa aos tradicionais organoclorados e aos derivados de arsênio, usualmente empregados para esta finalidade.…”

“…Entre os diversos materiais nanoestruturados utilizados como agentes antimicrobianos, o óxido de zinco vem recebendo cada vez mais atenção não só devido a sua excelente eficiência bactericida e fungicida, mas também por não ser classificado como um metal pesado, como é o caso da prata. Além de ser um material que apresenta baixíssima toxicidade aos seres humanos, é seguro e biocompatível [4], o que permite seu uso como agente ativo em medicamentos para aplicação dermatológica devido a sua atividade antimicrobiana [8]. Atualmente é possível encontrar aplicações do óxido de zinco nas indústrias farmacêutica (pomadas ou pós antisépticos), cosmética (desodorantes e protetores solares) [9] e de alimentos (embalagens ativas para aumento do tempo de prateleira de produtos) [10].…”

“…Outra área promissora para a aplicação das nanopartículas de óxido de zinco, e que é de grande interesse mundial, é a desinfecção de águas para o consumo humano. Dentre os patógenos mais comuns encontrados na água, a Escherichia coli (E. coli) está entre os mais nocivos, pois pode causar inflamação do cólon, diarréia, dores abdominais e, nos casos mais graves, a evacuação de sangue [4]. Atualmente existem estudos [12], [13] e [14] e até mesmo produtos comerciais que usam prata coloidal para aniquilar bactérias em unidades de tratamento de água.…”