Бактериальные инфекции оказывают значительное влияние на здоровье населения. Патогенные бактерии, в частности, могут уклоняться от защитных механизмов организма и вызывать заболевания1. Антибиотики широко используются для лечения бактериальных инфекций. Однако неправильное использование антибиотиков ускорило появление устойчивых к антибиотикам бактерий. В настоящее время внутрибольничные инфекции, связанные с устойчивыми к антибиотикам бактериями, вызывают заметные осложнения в медицинских учреждениях2. К сожалению, бактерии обладают механизмами устойчивости ко всем современным антибиотикам3. Поэтому разработка новых антибиотиков имеет важное значение, хотя существует также высокая вероятность появления механизмов резистентности.
Наночастицы металлов стали перспективными агентами для борьбы с антибиотикорезистентными бактериями благодаря своим эффективным антибактериальнымсвойствам 4,5,6. Бактериям трудно выработать механизмы устойчивости к наночастицам металлов, поскольку они не связываются с какими-либо специфическими бактериальными рецепторами7. В частности, наночастицы серебра, меди и оксида цинка находятся в центре обширных исследований из-за их замечательной антибактериальной эффективности 8,9,10,11,12,13. Токсичность наночастиц металлов по отношению к бактериям объясняется тремя основными механизмами: 1) высвобождением ионов металлов, 2) образованием активных форм кислорода (АФК), таких как •OH и •O2−, и 3) физическим взаимодействием и прикреплением 4,14.
В этом исследовании нанокомпозиты оксид графена/медь (GO/Cu) были разработаны в качестве антимикробного агента. Медь (Cu) эффективно убивает патогены, которые сталкиваются с ее поверхностью, и препятствует репликации бактериальных генов. Тем не менее, это незаменимый микроэлемент в организме человека, и он менее токсичен для клеток млекопитающих, поскольку обладает гомеостатическими механизмами, регулирующими концентрацию Cu внутри клеток4. Когда наночастицы Cu окисляются, они генерируют ионы Cu, которые имеют относительно высокое сродство к отрицательно заряженным бактериям 15,16. Ионы меди связываются с клеточными структурами (например, белками, мембранами и ДНК), нарушая функции клеток17. Синтезируя наночастицы Cu на поверхности оксида графена (GO), можно контролировать скорость высвобождения ионов металлов 18,19,20. GO также проявляет антибактериальный эффект, предотвращая адгезию бактерий с шероховатой поверхностью через окислительный стресс или образование АФК21,22. Кроме того, нанокомпозиты GO/Cu выделяют больше АФК, чем GO, благодаря химическому действию Cu2+, который повреждает бактериальные белки и ДНК, что приводит к гибели бактерий23,24.
В данной статье изложен протокол синтеза нанокомпозитов GO/Cu и представлен подход к антимикробному тестированию против клинических бактерий MRSA и P. aeruginosa, наиболее распространенных штаммов бактерий с множественной лекарственной устойчивостью, вызывающих внутрибольничные инфекции25. Этот протокол направлен на внедрение метода легкого химического восстановления для синтеза нанокомпозитов GO/Cu, которые могут препятствовать росту устойчивых к антибиотикам бактерий. Мы используем хлорид меди (II) (CuCl2) и боргидрид натрия (NaBH4) в качестве прекурсора и восстановителя соответственно. В протоколе также описаны особенности применения этих нанокомпозитов к бактериям методом микроразведения бульона. Чтобы исключить ошибки, связанные с абсорбционной интерференцией наночастиц металлов, и сделать точную оценку, антибактериальная способность оценивается с помощью метода подсчета колоний.