Effect of Silver Nanoparticles on Polyantibiotic-Resistant Pathogenic Microorganisms

Abstract

Введение. Широкое применение антибиотиков в различных областях медицины, в том числе в хирургии, порой необоснованно и в низких дозах приводит к постепенному появлению полиантибиотикорезистентных штаммов патогенных микроорганизмов. К примеру, если к концу 40-х гг. XX века исследователи сообщали о высеваемости пенициллин-устойчивых штаммов золотистого стафилококка, то к 90-м гг. в большом проценте случаев выделяются уже метициллин-резистентные формы, а к настоящему времени и ванкомицин-устойчивые штаммы. Все это диктует необходимость поиска новых классов антибактериальных веществ, обладающих иным механизмом действия в сравнении с антибиотиками, среди которых наночастицы металлов, в частности серебра. Цель. Определение количественных характеристик антибактериального действия наночастиц серебра, полученных металло-паровым методом, по отношению к полиантибиотикорезистентным клиническим штаммам грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов с обоснованием возможного механизма действия наночастиц. Материалы и методы. Наночастицы серебра были получены методом металло-парового синтеза, изучены с помощью трансмиссионной электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Возможные механизмы действия данных наночастиц исследовались после культивирования микроорганизмов с наночастицами серебра также с применением методов электронной микроскопии. Результаты. На основании полученных данных продемонстрирована выраженная антибактериальная активность наночастиц серебра по отношению к патогенным клиническим грамположительным и грамотрицательным штаммам бактерий. При этом механизм действия наночастиц серебра сложен, реализуется несколькими путями с обязательным воздействием на клеточную стенку микроба. Выводы. Наночастицы серебра, синтезированные металло-паровым способом, обладают выраженным противомикробным действием по отношению к полиантибиотикорезистентным клиническим штаммам бактерий. Механизм антибактериального действия сложен, реализуется, в отличие от антибиотиков, несколькими путями, что делает данный класс веществ перспективным для дальнейшего применения в хирургии, так как теоретическая вероятность выработки резистентности к ним крайне низка. Introduction. The widespread use of antibiotics in various fields of medicine, including surgery, sometimes unreasonably and in low doses, has led to the gradual emergence of polyantibiotic-resistant strains of pathogenic microorganisms. For example, if by the end of the 40s of the 20th century researchers reported the inoculation of penicillin-resistant strains of Staphylococcus aureus, then by the 90s methicillin-resistant forms were isolated in a large percentage of cases, and by now vancomycin-resistant strains are sowed. All this necessitates the search for new classes of antibacterial substances exhibiting a different mechanism of action compared to antibiotics, one of which are metal nanoparticles, in particular silver. Purpose. Determination of quantitative characteristics of antibacterial action of silver nanoparticles obtained by metal-vapor method against polyantibiotic-resistant clinical strains of gram-positive and gram-negative microorganisms with rationale for the possible mechanism of action of the nanoparticles. Materials and methods. Silver nanoparticles were obtained by metal-steam synthesis and studied using transmission electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy. Possible mechanisms of action of these nanoparticles were investigated after culturing microorganisms with silver nanoparticles also using electron microscopy methods. Results. Based on the data obtained, a pronounced antibacterial activity of silver nanoparticles against pathogenic clinical gram-positive and gram-negative bacterial strains was demonstrated. At the same time, the mechanism of action of silver nanoparticles is complex, and is implemented in several ways with a mandatory effect on the cell wall of the microbe. Conclusions. Silver nanoparticles synthesized by metal-steam method have a pronounced antimicrobial effect against polyantibiotic-resistant clinical bacterial strains. The mechanism of antibacterial action is complex; unlike antibiotics, it is implemented in several ways, which makes this class of substances promising for further use in surgery, since the theoretical probability of developing resistance against them is extremely low.