Ocena toksyczności nanocząstek srebra w stosunku do lekoopornych szczepów Escherichia coli izolowanych z odpadów komunalnych

• Autorzy: Wolny-Koładka K. , Sikora A. , Malina D.

Identyfikatory

DOI

10.14597/INFRAECO.2018.1.1.001

Warianty tytułu

EN

Evaluation of silver nanoparticles toxicity to drug-resistant Escherichia coli strains isolated from municipal waste

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy była ocena bakteriobójczych właściwości nanocząstek srebra w stosunku do bakterii Escherichia coli. Ponadto, wykonano analizę wrażliwości bakterii E. coli na powszechnie stosowane antybiotyki. W przeprowadzonych badaniach wykorzystano 51 szczepów izolowanych z odpadów komunalnych. Zastosowano wzrastające stężenia nanosrebra: 5, 10, 15, 30, 60 oraz 125 ppm. Kontrolą pozytywną był antybiotyk - ampicylina, negatywną - woda destylowana. Analizę lekooporności wykonano przy pomocy metody dyfuzyjno-krążkowej. Wraz ze wzrostem stężenia nanocząstek srebra, wzrastały ich właściwości antybakteryjne. Najmniejszym stężeniem hamującym wzrost niektórych izolatów było 5 ppm, natomiast najskuteczniejsze było stężenie 125 ppm. Analiza lekooporności wykazała, że antybiotykiem hamującym wzrost największej liczby szczepów E. coli była amikacyna. Ponadto, wykryto szczepy wielolekooporne stanowiące 22%. Nanosrebro posiada duży potencjał bakteriobójczy i może okazać się pomocne w rozwiązaniu problemu lekooporności. Jednak, zasadne jest prowadzenie dalszych badań oceniających wpływ toksyczności nanocząstek na środowisko i organizmy wyższe.

EN

The aim of the study was to evaluate the bactericidal properties of silver nanoparticles against bacteria Escherichia coli. In addition, a sensitivity analysis was made of E. coli to commonly used antibiotics. In the study were used 51 strains isolated from municipal waste. Applied growing concentrations of nanosilver were used: 5, 10, 15, 30, 60 and 125 ppm. The positive control was an antibiotic - ampicillin, negative control - a distilled water. Drug-resistance analysis was performed by disc-diffusion method. Along with the increase in the concentration of silver nanoparticles their antibacterial properties is also growing. The smallest concentration that inhibited growth of some isolates was 5 ppm, while the most effective concentration was 125 ppm. Analysis of drug resistance showed that the antibiotic inhibits growth of a large number of E. coli strains was amikacin. In addition, 22% of all isolates analyzed were drug-resistant. Nanosilver has a high bactericidal potential and may be helpful in solving the problem of drug resistance. However, it is reasonable to conduct further studies on the effects of toxicity of nanoparticles on the environment and higher organisms.

Słowa kluczowe

PL

Escherichia coli; lekooporność; nanocząstki srebra; toksyczność

EN

Escherichia coli; drug resistance; silver nanoparticles; toxicity

• Wydawca: Stowarzyszenie Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich
• Czasopismo: Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich
• Rocznik: 2018
• Tom: nr I/1
• Strony: 7--23
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Wolny-Koładka K.

• Katedra Mikrobiologii Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie al. Mickiewicza 24/28, 30-059 Kraków tel.: [phone]

autor

Sikora A.

• Katedra Mikrobiologii Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie al. Mickiewicza 24/28, 30-059 Kraków tel.: [phone]

autor

Malina D.

• Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej Politechnika Krakowska ul. Warszawska 24, 31-155 Kraków tel.: [phone]

Bibliografia

• Cho K.H., Park J.E., Osaka T., Park S.G. (2005). The study of antimicrobial activity and preservative effects of nanosilver ingredient. Electrochim Acta 51, 956-960. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2005.04.071
• Durán N., Durán M., Bispo de Jesus M., Seabra A.B., Fávaro W.J., Nakazato G. (2016). Silver nanoparticles: A new view on mechanistic aspects on antimicrobial activity. Nanomedicine 12: 789-799. DOI: http://dx.doi.org/10. 1016/j.nano.2015. 11.016
• El-Sheekh M.M., El-Kassas H.Y. (2016). Algal production of nano-silver and gold: Their antimicrobial and cytotoxic activities: A review. J Genet Eng Biotechnol. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jgeb.2016.09.008
• European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing (2016). Clinical breakpoints - bacteria (v. 6.0). http://ecdc.europa.eu/en/activities/diseaseprogrammes/ARHAI/Pages/public_consultation_clinical_microbiology_infection_article.aspx.
• Franci G., Falanga A., Galdiero S., Palomba L., Rai M., Morelli G., Galdiero M. (2015). Silver Nanoparticles as Potential Antibacterial Agents. Molecules 20: 8856-8874. DOI: http://dx.doi.org/10.3390/molecules20058856
• Gniadkowski M., Żabicka D., Hryniewicz W. (2009). Rekomendacje doboru testów do oznaczania wrażliwości bakterii na antybiotyki i chemioterapeutyki. Oznaczanie wrażliwości pałeczek Gram-ujemnych. Krajowy Ośrodek Referencyjny ds. Lekowrażliwości Drobnoustrojów, Narodowy Instytut Leków, Centralny Ośrodek Badań Jakości w Diagnostyce Mikrobiologicznej.
• Guo L., Yuan W., Lu Z., Li C.M. (2013). Polymer/nanosilver composite coatings for antibacterial applications. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 439: 69-83. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.colsurfa.2012.12.029
• Harnisz M. (2013). Total resistance of native bacteria as an indicator of changes in the water environment. Environ Pollut 174: 85-92. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.envpol.2012.11.005
• Hsu S.H., Tseng H.J., Lin Y.C. (2010). The biocompatibility and antibacterial properties of waterborne polyurethane-silver nanocomposites. Biomaterials 31, 26: 6796-6808. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.biomateria ls.2010.05.015
• Ibrahim M.E., Bilal N.E., Hamid M.E. (2012). Increased multi-drug resistant Escherichia coli from hospitals in Khartoum state, Sudan. Afr. Health Sci. 12, 3: 368-375. DOI: http://dx.doi.org/10.4314/ahs.v12i3.19
• Jaiswal S., Duffy B., Kumar A., Stobie N., McHale P. (2010). Enhancement of the antibacterial properties of silver nanoparticles using β-cyclodextrin as a capping agent. Int J Antimicrob Agents 36, 3: 280-283. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j. ijantimicag.2010.05.006
• Kędziora A., Sobik K. (2013). Oporność bakterii na srebro - problem stary czy nowy? Kosmos 62, 4: 557-570.
• Kim J.S., Kuk E., Yu K.N., Kim J., Park S.J., Lee H.J., Kim S.H., Park Y.K., Park Y.H., Hwang C., Kim Y., Lee Y., Jeong D.H., Cho M. (2007). Antimicrobial effects of silver nanoparticles. Nanomedicine 3: 95-101. DOI: http://dx.doi.org/10. 1016/j. nano.2006.12.001
• Libudzisz Z., Kowal K., Żakowska Z. (red.) (2009). Mikrobiologia techniczna. Mikroorganizmy w biotechnologii, ochronie środowiska i produkcji żywności. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
• Liu H., Dai S.A., Fu K., Hsu S. (2010). Antibacterial properties of silver nanoparticles in three different sizes and their nanocomposites with a new waterborne polyurethane. Int. J. Nanomedicine 5: 1017-1028. DOI: http://dx.doi.org/10.2147/IJN.S14572
• Lok C.N., Ho C.M., Chen R., He Q.Y., Yu W.Y., Sun H., Tam P.K., Chiu J.F., Chen C.M. (2006). Proteomic analysis of the mode of antibacterial action of silver nanoparticles. J Proteome Res. 5, 916-924. DOI:10.1021/pr0504079
• Mazur E., Klag S. (2004). Mechanizmy lekooporności bakterii. Med Rodz 6: 278-281.
• Morones J.R., Elechiguerra J.L., Camacho A., Holt K., Kouri J.B., Ramírez J.T., Yacaman M.J. (2005). The bactericidal effect of silver nanoparticles. Nanotechnology 16: 2346-2353. DOI: http://dx.doi.org/10.1088/0957-4484/16/10/059
• Osińska A., Korzeniewska E., Harnisz M., Niestępski S. (2017). The prevalence and characterization of antibiotic-resistant and virulent Escherichia coli strains in the municipal wastewater system and their environmental fate. Sci Total Environ 577: 367- 375. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.10.203
• Osonga F.J., Kariuki V.M., Yazgan I., Jimenez A., Luther D., Schulte J., Sadik O.A. (2016). Synthesis and antibacterial characterization of sustainable nanosilver using naturally-derived macromolecules. Sci Total Environ 563-564: 977-986. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.12.064
• Pal S., Tak Y.K., Song J.M. (2007). Does the Antibacterial Activity of Silver Nanoparticles Depend on the Shape of the Nanoparticle? A Study of the Gram-Negative Bacterium Escherichia coli. Appl Environ Microbiol 73, 6: 1712-1720. DOI: http://dx.doi. org/10.1128/AEM.02218-06
• Panáček A., Kvítek L., Prucek R., Kolář M., Večeřová R., Pizúrová N., Sharma V.K., Nevĕčná T., Zbořil R. (2006). Silver Colloid Nanoparticles: Synthesis, Characterization, and Their Antibacterial Activity. J. Phys. Chem. B 110, 16248-16253. DOI: http://dx.doi. org/10.1021/jp063826h
• Pantidos N., Horsfall L.E. (2014). Biological Synthesis of Metallic Nanoparticles by Bacteria, Fungi and Plants. J Nanomed Nanotechnol 5:233. DOI: http://dx.doi. org/10.4172/2157-7439.1000233
• Paredes D., Ortiz C., Torres R. (2014). Synthesis, characterization, and evaluation of antibacterial effect of Ag nanoparticles against Escherichia coli O157:H7 and methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). Int. J. Nanomedicine 9: 1717-1729. DOI: http://dx.doi.org/10.2147/IJN.S57156
• Rai M., Yadav A., Gade A. (2009). Silver nanoparticles as a new generation of antimicrobials. Biotechnol. Adv. 27: 76-83. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.bio techadv.2008.09.002
• Reinthaler F.F., Posch J., Feierl G., Wüst G., Haas D., Ruckenbauer G., Mascher F., Marth E. (2003). Antibiotic resistance of E. coli in sewage and sludge. Water Res 37: 1685-1690. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/ S0043-1354(02)00569-9
• Russell A.D., Hugo W.B. (1994). Antimicrobial activity and action of silver. Progr. Med. Chem. 31, 351-370.
• Samberg M.E., Orndorff P.E., Monteiro-Riviere N.A. (2011). Antibacterial efficacy of silver nanoparticles of different sizes, Surface conditions and synthesis methods. Nanotoxicology 5, 2: 244-253. DOI: http://dx.doi.org/ 10. 3109/17435390.2010.525669
• Seil J.T., Webster T.J. (2012). Antimicrobial applications of nanotechnology: methods and literature. Int. J. Nanomedicine 7: 2767-2781. DOI: http://dx.doi.org/10.2147/IJN. S24805
• Shahrokh S., Hosseinkhani B., Emtiazi G. (2014). The Impact of Silver Nanoparticles on Bacterial Aerobic Nitrate Reduction Process. J Bioproces Biotechniq 4: 3. DOI: http://dx.doi.org/10.4172/2155-9821.1000152
• Shahverdi A.R., Fakhimi A., Shahverdi H.R., Minaian S. (2007). Synthesis and effect of silver nanoparticles on the antibacterial activity of different antibiotics against Staphylococcus aureus and Escherichia coli. Nanomed-Nanotechnol. 3, 168-171. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.nano.2007.02.001
• Sheehy K., Casey A., Murphy A., Chambers G. (2015). Antimicrobial properties of nano-silver: A cautionary approach to ionic interference. J Colloid Interface Sci 443, 56-64. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/ j.jcis.2014.11.074
• Sondi I., Salopek-Sondi B. (2004). Silver nanoparticles as antimicrobial agent: a case study on E. coli as a model for Gram-negative bacteria. J Colloid Interface Sci 275: 177-182. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/ j.jcis.2004.02.012
• Song J.Y., Kim B.S. (2009). Rapid biological synthesis of silver nanoparticles using plant leaf extracts. Bioprocess Biosyst Eng 32: 79-84. DOI: http://dx.doi.org/ 10.1007/ s00449-008-0224-6
• Threedeach S., Chiemchaisri W., Watanabe T., Chiemchaisri C., Honda R., Yamamoto K. (2012). Antibiotic resistance of Escherichia coli in leachates from municipal solid waste landfills: Comparison between semi-aerobic and anaerobic operations. Bioresource Technol 113: 253-258. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2012.01.086
• Tolaymat T.M., El Badawy A.M., Genaidy A., Scheckel K.G., Luxton T.P., Suidan M. (2010). An evidence-based environmental perspective of manufactured silver nanoparticle in syntheses and applications: A systematic review and critical appraisal of peer-reviewed scientific papers. Sci Total Environ 408: 999-1006. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2009.11.003
• Wolny-Koładka K., Lenart-Boroń A. (2016). Phenotypic and molecular assessment of drug resistance profile and genetic diversity of waterborne Escherichia coli. Water Air Soil Pollut 227:146. DOI: http://dx.doi.org/ 10.1007/s11270-016-2833-z
• Wolny-Koładka K., Malinowski M., Sikora A., Szymonik K., Pelczar G., WawrzyniakTurek K. (2016). Effect of the intensive aerobic biostabilization phase on selected microbiological and physicochemical parameters of wastes. Infrastruktura i ekologia terenów wiejskich/Infrastructure and ecology of rural areas 4, 1: 1099-1115. DOI: http://dx.medra.org/10.14597/infraeco.2016.4.1.080
• Żabicka D., Literacka E., Bojarska K. (2012). MDR, XDR, PDR - jednolite, międzynarodowe definicje nabytej oporności drobnoustrojów na antybiotyki. Aktualności Narodowego Programu Ochrony Antybiotyków 3.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).