Bacteriële infecties hebben een aanzienlijke impact op de volksgezondheid. Vooral pathogene bacteriën kunnen de beschermende mechanismen van het lichaam omzeilen en ziekten veroorzaken1. Antibiotica worden veel gebruikt om bacteriële infecties te behandelen. Het ongepaste gebruik van antibiotica heeft echter de opkomst van antibioticaresistente bacteriën versneld. Momenteel hebben nosocomiale infecties die kunnen worden toegeschreven aan antibioticaresistente bacteriën opmerkelijke complicaties veroorzaakt in zorginstellingen2. Helaas hebben bacteriën resistentiemechanismen voor alle huidige antibiotica3. Daarom is de ontwikkeling van nieuwe antibiotica essentieel, hoewel de kans ook groot is dat er resistentiemechanismen zullen ontstaan.
Metalen nanodeeltjes zijn naar voren gekomen als veelbelovende middelen voor het bestrijden van antibioticaresistente bacteriën vanwege hun effectieve antibacteriële eigenschappen 4,5,6. Het is moeilijk voor bacteriën om resistentiemechanismen te ontwikkelen tegen metalen nanodeeltjes, omdat ze zich niet binden aan specifieke bacteriële receptoren7. Met name zilver-, koper- en zinkoxide-nanodeeltjes zijn de focus van uitgebreid onderzoek vanwege hun opmerkelijke antibacteriële werkzaamheid 8,9,10,11,12,13. De toxiciteit van metalen nanodeeltjes voor bacteriën wordt toegeschreven aan drie primaire mechanismen: 1) de afgifte van metaalionen, 2) de generatie van reactieve zuurstofsoorten (ROS), zoals •OH en •O2−, en 3) fysieke interactie en aanhechting 4,14.
In deze studie werden grafeenoxide/koper (GO/Cu) nanocomposieten ontwikkeld als antimicrobieel middel. Koper (Cu) doodt efficiënt ziekteverwekkers die het oppervlak tegenkomen en verstoort de replicatie van bacteriële genen. Het is echter een essentieel micro-element in het menselijk lichaam en het is minder giftig voor zoogdiercellen omdat het homeostatische mechanismen heeft die de concentraties van Cu in de cellen reguleren4. Wanneer Cu-nanodeeltjes worden geoxideerd, genereren ze Cu-ionen, die een relatief hoge affiniteit hebben voor negatief geladen bacteriën15,16. Cu-ionen binden zich aan de cellulaire structuren (bijv. eiwitten, membranen en DNA), waardoor de celfuncties worden verstoord17. Door Cu-nanodeeltjes op het oppervlak van grafeenoxide (GO) te synthetiseren, kan de afgiftesnelheid van metaalionen worden gecontroleerd 18,19,20. GO vertoont ook een antibacteriële werking door bacteriële hechting met een ruw oppervlak te voorkomen door oxidatieve stress of door ROS21,22 te vormen. Bovendien geven GO/Cu-nanocomposieten meer ROS af dan GO door de chemische werking van Cu2+, die bacteriële eiwitten en DNA beschadigt, wat leidt tot de dood van bacteriën23,24.
Dit artikel schetst het protocol voor het synthetiseren van GO/Cu-nanocomposieten en introduceert een antimicrobiële testbenadering tegen klinische bacteriën MRSA en P. aeruginosa, de meest voorkomende multiresistente bacteriestammen die nosocomiale infecties veroorzaken25. Dit protocol heeft tot doel een gemakkelijke chemische reductiemethode te introduceren voor het synthetiseren van GO/Cu-nanocomposieten die de groei van antibioticaresistente bacteriën kunnen belemmeren. We gebruiken koper(II)chloride (CuCl2) en natriumboorhydride (NaBH4) als respectievelijk voorloper en reductiemiddel. Het protocol beschrijft ook de specifieke kenmerken van het toepassen van deze nanocomposieten op bacteriën met behulp van de microverdunningsbouillonmethode. Om fouten als gevolg van de absorptie-interferentie van metalen nanodeeltjes uit te sluiten en nauwkeurige evaluaties te maken, wordt het antibacteriële vermogen geëvalueerd met behulp van de kolonietelmethode.