УДК 544.77.03:53.047

АНТИМИКРОБНАЯ АКТИВНОСТЬ ОКСИГИДРАТНЫХ ГИДРОГЕЛЕЙ ЦИРКОНИЯ

Кострюкова Анастасия Михайловна1, Крупнова Татьяна Георгиевна1
1ФГБОУ ВПО "Южно-Уральский государственный университет" (НИУ), кандидат химических наук, доцент кафедры экологии и природопользования

Аннотация
В данной работе показано, что оксигидратные гидрогели циркония обладают антимикробным действием в отношении таких патогенных микробов, как Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa. Обнаруженный бактерицидный эффект может быть использован для создания и применения новых средств, обладающих антимикробной активностью.

Ключевые слова: антимикробное действие, оксигидратные гидрогели циркония, патогенные бактерии, химическая стерилизация


ANTIMICROBIAL ACTIVITY OXYHYDRATE HYDROGELS ZIRCONIUM

Kostryukova Anastasiya Michailovna1, Krupnova Tatyana Georgievna1
1FSFEI of HPE «South Ural State University» (NRU), Assistant Professor of the Ecology and Nature Management Department

Abstract
This paper shows that the zirconium oxyhydrate hydrogels possess antimicrobial activity against pathogenic bacteria such as Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa. Found bactericidal effect can be used for the creation and implementation of new agents with antimicrobial activity.

Рубрика: 02.00.00 ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Кострюкова А.М., Крупнова Т.Г. Антимикробная активность оксигидратных гидрогелей циркония // Современные научные исследования и инновации. 2013. № 10 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2013/10/28160 (дата обращения: 30.09.2017).

В качестве бактерицидных препаратов в настоящее время в основном применяются синтетические и полусинтетические антибиотики [1, с. 16]. Известными недостатками антибиотиков, является быстрое формирование большинством микроорганизмов устойчивости к этим препаратам, и их выраженное токсическое действие на органы и системы человека.

Известны альтернативные биологически активные вещества – катионные пептиды, выделенные из тканей животных и человека, обладающие антимикробной активностью, в частности, получено антимикробное средство из тромбоцитов свиньи и крупного рогатого скота [2, с. 1]. Это средство получено из тканей животных, поэтому не обладают таким токсическим действием на организм человека, какое характерно для синтетических антибиотиков. Недостатком данного средства является сложная технология выделения пептидной фракции.

Известны также соединения серебра, например средство [3, с. 1], представляющее собой водорастворимое соединение серебра на основе природного полисахарида арабиногалактана, и проявляющее антимикробное действие в отношении патогенных микробов Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Candida albigans. В настоящее время в связи с развитием явления антибиотикорезистентности микробов наблюдается усиление интереса к препаратам серебра, однако недостатком данных средств является их невысокая антимикробная активность.

Известно [4, с. 1], что оксиды и гидроксиды, содержащие ионы цинка и, по крайней мере, один на выбор из ионов – щелочных металлов, щелочноземельных металлов, титана, циркония, кремния – обладают бактерицидным действием

В настоящей работе предложено принципиально новое антимикробное средство, отличающееся простотой приготовления и высокой антимикробной активностью.

Экспериментальная часть

Для бактериологических исследований использовали хорошо изученные, типичные культуры условно-патогенных бактерий, таких как Escherisha coli (кишечная палочка), Staphylococcus aureus (стафилококк золотистый) и Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка).

Определение количества засеваемых бактериальных клеток проводилось по оптическому стандарту мутности ГИСК им. Тарасевича, рассчитанному на микробов кишечной группы [5, с. 10]. Сущность метода заключается в сравнении мутности используемой бактериальной взвеси с мутностью контрольного оптического стандарта. Сравниваемые взвеси находились в пробирках с одинаковым внутренним диаметром, толщиной и цветом стекла. В каждой исходной культуре содержалось условно 1 млрд. микробных тел в 1 мл взвеси (м.т./мл).

Из этой суспензии делали последовательные 10-кратные разведения. Для этого брали 8 стерильных пробирок, и в каждую из них наливали по 9 мл стерильной дистиллированной воды. В первую пробирку вносили 1,0 мл из пробирки с 1-миллиардной взвесью микробных клеток по оптическому стандарту, взвесь тщательно перемешивали.

Для дальнейшего разведения из первой пробирки переносили 1,0 мл во вторую, тщательно перемешивали и отсюда 1,0 мл переносили в следующую пробирку и т.д. до восьмой пробирки. Из восьмой затем убирали 1 мл. Для каждого разведения использовалась отдельная стерильная пипетка. Таким образом, получали ряд пробирок с десятикратным разведением взвеси тест-бактерий до 10. Схема разведения культуры по стандарту от 1 млрд. микробных клеток представлена в табл.  1.

Таблица 1 – Схема приготовления разведения тест-культуры по оптическому стандарту

Номера пробирок

Количество стерильной дистиллированной воды, мл

Объем вносимой взвеси культуры из исходной, мл

Разведение

Примерное количество микробов в 1 мл взвеси

1

9,0

1,0 из 1-млрд.

10–1

100 000 000

2

9,0

1,0 из 1-й

10–2

10 000 000

3

9,0

1,0 из 2-й

10–3

1 000 000

4

9,0

1,0 из 3-й

10–4

100 000

5

9,0

1,0 из 4-й

10–5

10 000

6

9,0

1,0 из 5-й

10–6

1 000

7

9,0

1,0 из 6-й

10–7

100

8

9,0

1,0 из 7-й

10–8

10

Параллельно делали такие же разведения, но не в дистиллированной воде, а в гидрогеле оксигидрата циркония.

Гидрогель готовили следующим образом. 200 мл раствора соли оксихлорида циркония с концентрацией 1 моль/л помещают в реактор для синтеза (емкость 5 литров), разбавляют дистиллированной водой до 3 л. Производят щелочное осаждение оксигидрата железа раствором аммиака (ρ = 0,095–0,098 г/см3) (1:9) при постоянном перемешивании реакционной смеси. Мешалку располагают по центру реактора на расстоянии 1–2 см от дна так, чтобы раствор полностью перемешивался. Из капельной воронки начинают добавлять по каплям раствор аммиака. Контролируют рН раствора и устанавливают рН синтеза 8. После этого доводят объем раствора до5 литров и перемешивают в течение 2-х часов. После истечения времени перемешивания мешалку выключают.

Для созревания осадка гель выдерживают при комнатной температуре в течение 24 часов. Отделяют осадок геля, декантируя маточный раствор.

Затем проводили посев 0,1 мл взвесей Escherisha coli и Pseudomonas aeruginosa в стерильной дистиллированной воде из пробирок № 2, № 5 и № 7 с разведениями 10 млн. м.т./мл, 10 тыс. м.т./мл,100 м.т./мл соответственно и получали контрольные разведения.

А также проводили посев 0,05 мл взвесей Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus в стерильной дистиллированной воде из пробирок № 5, № 6 и № 7 с разведениями 10 тыс. м.т./мл, 1 тыс. м.т./мл,100 м.т./мл соответственно и получали контрольные разведения.

Часть геля с разведениями, аналогичными контрольным, помещали в стеклянную трубочку, на концах которой были закреплены замкнутые накоротко платиновые электроды с резистором 100 кОм. Через два часа делали посев 0,1 мл или 0,05 мл бактериальных взвесей соответствующих разведений (в зависимости от условий контрольного разведения) из пробирок с гелем оксигидрата и из геля, находившегося в приборе.

Посев производили на питательной среде Мюллер-Хинтон с добавлением 5 % человеческой крови в чашках Петри. Затем чашки термостатировали в течении суток при температуре 37 ºС, и далее производили подсчет выросших бактериальных колоний (КОЕ).

Обсуждение результатов

Результаты определения антимикробной активности геля оксигидрата циркония представлены в таблице 2.

Как видно из табл.  2 при исходном количестве бактерий100 м.т./мл и 10 тыс. м.т./мл наблюдается значительное уменьшение числа бактерий при помещении их просто в гель оксигидрата циркония и при воздействии на них током, возникающим в гелевых оксигидратных системах. Причем ток увеличивает антимикробное действие не менее чем в два раза. На чашках Петри, где делался посев с исходным числом бактерий 10 млн. м.т./мл, везде наблюдался сплошной рост бактерий.

Таблица 2 – Результаты определения антимикробной активности геля оксигидрата циркония

Примерное количество микробов в 1 мл взвеси

Число микробных колоний (КОЕ)

посев из контрольных пробирок

посев из геля оксигидрата циркония через два часа

посев из геля оксигидрата циркония, находящегося в приборе

Escherichia coli

100 м.т./мл

4

3

3

10 тыс. м.т./мл

180

70

36

10 млн. м.т./мл

сплошной рост

Pseudomonas aeruginosa

100 м.т./мл

30

роста нет

роста нет

10 тыс. м.т./мл

636

50

10

10 млн. м.т./мл

сплошной рост

Staphylococcus aureus

100 м.т./мл

6

6

2

1 тыс. м.т./мл

84

79

28

10 тыс. м.т./мл

500

370

200

Обнаруженное бактерицидное действие оксигидратных гелей циркония в первую очередь, связано с тем, что оксигидраты и гидроксиды металлов, в частности циркония, иттрия, ниобия, железа превосходные сорбенты [6, с. 73, 7, с. 1] и могут использоваться для очистки воды от микробиологических загрязнений за счет сорбции этих загрязнений на развитой поверхности [8, с. 1].

Однако, описанное антимикробное действие гидрогелей оксигидрата циркония связано, на наш взгляд, не только с сорбцией микроорганизмов на поверхности сорбента. Нами обнаружен не описанный ранее в литературе механизм антимикробного действия геля оксигидрата металла, который заключается в следующем. Согласно нашим данным в геле оксигидрата металла самопроизвольно возникает электрический пульсационный ток самоорганизации [9, с. 281, 10, с. 1]. Такой ток возникает именно за счет гелевого состояния оксигидрата металла. Причинами возникновения токовых пульсаций (выбросов) является самоорганизация геля во времени [11, с. 93]. Движение ионов сопровождается специфической адсорбцией в диффузном слое гелевых фрагментов, что повлечет за собой поляризацию двойного электрического слоя (ДЭС). Данная поляризация разрушается в результате периодических конформационных перестроек, протекающих в оксигидратных гелях, с выбросом ионов в поле сил Ван-дер-Ваальса. Именно возникающие в геле микротоки самоорганизации вызывают гибель патогенных микробов. Это подтверждает тот факт, что антимикробное действие усиливается, если гель поместить на 2 часа в стеклянную трубочку, на концах которой были закреплены замкнутые накоротко платиновые электроды с резистором 100 кОм.

Выводы

Гидрогель оксигидрата циркония обладает антимикробной активностью в отношении патогенных микробов, таких как Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa и может быть использован для создания средств химической стерилизации.


Библиографический список
  1. Страчунский Л.С., Козлов С.Н. Современная антимикробная химиотерапия: руководство для врачей. М., 2001.
  2. Антимикробное средство и фармацевтическая композиция, содержащая эффективное количество антимикробного средства: пат. 2278675 Рос. Федерация. 2005100899/15; заявл. 17.01.2005; опубл. 27.06.2006, Бюл. № 18.
  3. Средство, обладающее антимикробной активностью: пат. 2278669 Рос. Федерация. 2004132636/15; заявл. 09.11.2004; опубл. 27.06.2006, Бюл. № 18.
  4. Method for keeping food composition antibacterial by using inorganic antibacterial agent: pat. JP2003265153Japan. JP2002000071707; fil. 15.03.2002, publ. 24.09.2003.
  5. МУК 4.2.2316–08 от 18 января2008 г. «Методы контроля бактериологических питательных сред»: нормативно-технический документ. М, 2008.
  6. Сухарев Ю.И., Крупнова Т.Г., Апаликова И.Ю., Бережная Ю.В., Лазаренко И.С. Влияние магнитного поля на сорбционные и реологические свойства оксигидратных гелей железа // Известия Челябинского научного центра УрО РАН. 2005. № 2.
  7. Способ получения сорбентов на основе гелей оксигидратов металлов: пат. 2 289 474 Рос. Федерация. 2005127409/15, заявл. 31.08.2005, опубл. 20.12.2006, Бюл. № 35.
  8. Электроимпульсный способ очистки воды: пат. 2220110 Рос. Федерация. 2001126115/15; заявл. 26.09.2001; опубл. 27.12.2003, Бюл. № 12.
  9. Sukharev Y.I., Krupnova T.G., Yudina E.P., Lebedeva I.Yu., Prohorova A.Yu. Concerning the interconnections of some parameters of self-organizing oxyhydrate gels and their experimental determination // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2007. Т. 300. № 3.
  10. Способ получения электрического тока в гелевых оксигидратных системах: пат. № 2300161 Рос. Федерация. 20061001154/09; заявл. 10.01.2006, опубл. 27.05.2007, Бюл. № 15.
  11. Кострюкова А.М. Самоорганизация в оксигидратных системах циркония: дис. … канд. хим. наук. Челябинск, 2006.


Все статьи автора «Кострюкова Анастасия Михайловна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: