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Evaluación de las interacciones entre las nanopartículas de plata y microorganismos patógenos
Evaluation of the interactions of silver nanoparticles and pathogenic microorganisms
ROBERTO VAZQUEZ MUÑOZ
ALEJANDRO HUERTA SAQUERO
NINA BOGDANCHIKOVA
Acceso Abierto
Atribución
Nanoantibióticos, nanopartículas de plata, efecto sinérgico, meta-análisis
Nanoantibiotics, silver nanoparticles, synergistic effect, meta-analysis
Los nanomateriales antimicrobianos –nanoantibióticos- tales como las nanopartículas de plata –AgNPs-, podrían ayudar a mitigar el reto de las enfermedades infecciosas, que son una de las principales causas de muerte en el mundo. Las AgNPs presentan actividad antiviral y antimicrobiana, aunque pueden afectar a todos los sistemas biológicos (SB). A pesar de su uso, se desconoce la toxicidad relativa de las AgNPs en los diferentes SB, así como qué parámetros fisicoquímicos–medio de cultivo, pH, entre otros- afectan su estabilidad o actividad. Por otro lado, aunque se ha demostrado que pueden mejorar la actividad de algunos antibióticos, hasta el momento no se conoce el mecanismo que favorece la sinergia. El objetivo del presente trabajo fue establecer la toxicidad relativa de las AgNPs en sistemas biológicos de distinto grado de complejidad, desde virus hasta células humanas. Además, se buscó esclarecer qué factores influyen en la estabilidad y actividad de las AgNPs, así como elucidar el mecanismo que favorece la sinergia en los tratamientos combinados AgNPs- antibióticos. Se encontró que las Concentraciones Inhibitorias (CI) de las AgNPs fueron: 10-12 μg ml de plata en bacterias (E. coli, S. Typhimurium, S. aureus y B. subtilis), 20 para Fusarium oxysporum y 45 para Candida albicans, independientemente de su perfil de susceptibilidad a antibióticos. La mayoría de las CI de las AgNPs en todos los sistemas biológicos in vitro –desde virus hasta líneas celulares de cáncer- estuvieron en el orden de 10-1 de plata. Por otro lado, dependiendo del medio de cultivo usado, las AgNPs mostraron diferencias en sus características –plasmón superficial, tamaño, estabilidad- y su actividad antimicrobiana –variaciones en las CI- en hongos y bacterias. Las AgNPs alteran la estructura celular de bacterias y hongos; asimismo, se bioacumulan y se pueden biosintetizar en el medio intracelular. Además, las AgNPs despolarizan la membrana celular de manera significativa. Algunas combinaciones de AgNPs con antibióticos muestran una actividad potenciada; particularmente con aquellos que se internalizan para ejercer su efecto antimicrobiano. Considerando lo anterior, proponemos que el efecto sinérgico se debe al mecanismo de acción de los antibióticos, facilitado por la actividad de las AgNPs sobre la membrana de la célula bacteriana. Hasta donde sabemos, éste es el primer estudio experimental –y sustentado por un meta-análisis- que evalúa el efecto tóxico del mismo nanomaterial
Antimicrobial nanomaterials –nanoantibiotics- such as silver nanoparticles –AgNPs- could help to mitigate the challenge of infectious diseases, which are one of the leading causes of death in the world. AgNPs have antiviral and antimicrobial activity, although they can affect all biological systems (BSs). In spite of their use, the relative toxicity of AgNPs in different BSs is unknown, as well as what physicochemical parameters–culture medium, pH, among others- affect their stability or activity. On the other hand, although it has been shown that they can improve the activity of some antibiotics, so far the mechanism that favors synergy is unknown. The objective of the present work was to establish the relative toxicity of AgNPs in biological systems of varying degrees of complexity, from viruses to human cells. In addition, it was sought to clarify which factors influence the stability and activity of AgNPs, as well as to elucidate the mechanism that favors synergy in the combined AgNPs-antibiotic treatments. It was found that the Inhibitory Concentrations (ICs) of the AgNPs were: 10-12 μg ml of silver in bacteria (E. coli, S. Typhimurium, S. aureus and B. subtilis), 20 for Fusarium oxysporum and 45 for Candida albicans, regardless of their susceptibility profile to antibiotics. The majority of ICs of AgNPs in all in vitro biological systems –from viruses to cancer cell lines- were on the order of 10-1of silver. On the other hand, depending on the culture medium used, the AgNPs showed differences in their characteristics –surface plasmon, size, stability - and their antimicrobial activity- variations in ICs in fungi and bacteria. AgNPs alter the cellular structure of bacteria and fungi; they also bioaccumulate and can be biosynthesized in the intracellular medium. In addition, AgNPs depolarize the cell membrane significantly. Some combinations of AgNPs with antibiotics show enhanced activity; particularly with those that are internalized to exert their antimicrobial effect. Considering the above, we propose that the synergistic effect is due to the mechanism of action of antibiotics, facilitated by the activity of AgNPs on the membrane of the bacterial cell. As far as we know, this is the first experimental study –and supported by a meta-analysis- that evaluates the toxic effect of the same nanomaterial on such a wide range of biological systems. The toxicity of AgNPs is independentof the physiological or structural complexity of the biological sys
CICESE
2017
Tesis de doctorado
Español
Vazquez Muñoz, R. 2017. Evaluación de las interacciones entre las nanopartículas de plata y microorganismos patógenos. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 101 pp.
OTRAS
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