Дослідження механізмів антибактеріальної дії іонів міді та можливості їх практичного використання

Abstract

Було досліджено антибактеріальну дію міді, нанесеної на тканину, міді в хелатованій та вільній (іонній) формах на інтенсивність росту Staphylococcus aureus 124 та Pseudomonas aeruginosa 18 в системі in vitro після одноразового або «первинного» контакту. Мідь наносили на тканину за допомогою магнетронної та дугової планарної розрядної систем, а для отримання міді в хелатованій формі використовували культуру мікроводоростей Dunaliella viridis, стійких до дії високих концентрацій міді. Було показано, що тонкий шар міді (3 мкм), нанесений на тканину, виявляв виражену антибактеріальну активність проти Staphylococcus (85% порівняно з антибіотиком меропенемом) і менш виражену активність проти Pseudomonas, який є стійким до меропенему. Мідь в іонній формі інгібувала ріст Staphylococcus aureus 124 так само, як і антибіотик, а також ефективно інгібувала ріст Pseudomonas aeruginosa 18, тобто іони міді не мали видової специфічності, як антибіотик. Компоненти клітин мікроводоростей Dunaliella viridis мали слабко виражену антибактеріальну дію на ці види бактерій, а додаткове додавання сульфату міді до біомаси мікроводоростей призвело до підвищення їх антибактеріальної активності, що більш виражено для культури мікроводоростей, в якій співвідношення «хелатних/іонних» форм міді зміщується в бік іонної форми. Було показано, що антибактеріальна активність біомаси мікроводоростей після першого введення в досліджувані бактеріальні культури залежить від кількості вільних або «слабо зв'язаних» з клітинними компонентами іонів міді. Припускається, що антибактеріальний ефект тканини з тонким шаром міді може визначатися двома механізмами: дією іонів міді та механічно-бактерицидним ефектом, тоді як хелатні форми міді можуть мати тривалий ефект на бактеріальні культури.

It was studied the antibacterial effect of copper applied to the fabric, copper in chelated and free (ionic) forms on the growth intensity of Staphylococcus aureus124 and Pseudomonas aeruginosa 18 in the in vitro system after a single or “primary” contact. Copper was applied to the fabric by magnetron and arc planar discharge systems, and the culture of microalgae Dunaliella viridis, resistant to the action of high concentrations of copper, was used to obtain copper in chelated form. It was shown that a thin layer of copper (3 μm) applied to the fabric showed pronounced antibacterial activity against Staphylococcus (85% compared to the antibiotic meropenem) and less pronounced activity against Pseudomonas, which is resistant to meropenem. Copper in ionic form inhibited the growth of Staphylococcus aureus 124 as well as the antibiotic, and also effectively inhibited the growth of Pseudomonas aeruginosa 18 i.e., copper ions did not have species specificity like the antibiotic. Components of Dunaliella viridis microalgae cells had weakly expressed antibacterial effect to these types of bacteria, and supplementary addition of copper sulfate to the biomass of microalgae led to an increase of their antibacterial activity and this is more pronounced for microalgae culture in which the ratio «chelated/ionic» forms of copper is shifted to the ionic form. It was shown that the antibacterial activity of microalgae biomass after the first introduction into the tested bacterial cultures depends on the amount of free or “weakly bound” with cell components copper ions. It is suggested that the antibacterial effect of fabric with a thin layer of copper may be determined by two mechanisms: the action of copper ions and mechano-bactericidal effects, while chelated forms of copper may have a prolonged effect on bacterial cultures.