Кластеры магнитных наночастиц способны пробивать биопленки и достигать бактерий, которые могут загрязнять системы очистки воды, утверждают ученые из Университета Райса и Университета науки и технологий Китая.
Нанокластеры, разработанные в Научно-исследовательском центре Райс по очистке воды с использованием нанотехнологий (NEWT), несут бактериофаги - вирусы, которые заражают и размножаются в бактериях - и доставляют их к целям, которые обычно не поддаются химической дезинфекции.
Без притяжения магнитного хозяина эти «фаги» рассеиваются в растворе, практически не проникают в биопленки и позволяют бактериям расти в растворе и даже разъедать металл, что является дорогостоящей проблемой для систем водоснабжения.
Лаборатория риса инженера-эколога Педро Альвареса и его коллег в Китае разработала и испытала кластеры, которые обездвиживают фаги. Слабое магнитное поле втягивает их в биопленки к мишеням.
Исследование подробно описано в Королевском химическом обществе по науке об окружающей среде: Nano.
«Этот новый подход, возникший в результате конвергенции нанотехнологий и вирусологии, обладает большим потенциалом для эффективного лечения трудно поддающихся уничтожению биопленок, при котором не образуются вредные побочные продукты дезинфекции», - сказал Альварес.
Биопленки могут быть полезны в некоторых реакторах по очистке сточных вод или в промышленных ферментационных реакторах из-за их повышенной скорости реакции и устойчивости к экзогенным стрессам, сказал аспирант Райс и соавтор Пингфэн Ю.«Однако биопленки могут быть очень вредными в системах распределения и хранения воды, поскольку они могут укрывать патогенные микроорганизмы, которые представляют серьезную проблему для здоровья населения, а также могут способствовать коррозии и связанным с этим экономическим потерям», - сказал он..
Лаборатория использовала поливалентные фаги, способные атаковать более одного типа бактерий, для нацеливания на выращенные в лаборатории пленки, содержащие штаммы Escherichia coli, связанные с инфекционными заболеваниями, и Pseudomonas aeruginosa, склонную к устойчивости к антибиотикам.
Фаги были объединены с нанокластерами углерода, серы и оксида железа, которые дополнительно были модифицированы аминогруппами. Аминопокрытие побуждало фаги связываться с кластерами головой вперед, в результате чего их инфекционные хвосты оставались открытыми и могли заражать бактерии.
Исследователи использовали относительно слабое магнитное поле, чтобы протолкнуть нанокластеры в пленку и разрушить ее. Изображения показали, что они эффективно убили E.coli и P. aeruginosa более чем на 90 процентов пленки в тестовом 96-луночном планшете по сравнению с менее чем 40 процентами в планшете с одними фагами.
Исследователи отметили, что бактерии все еще могут развивать устойчивость к фагам, но способность быстро разрушать биопленки сделает это более трудным. Альварес сказал, что лаборатория работает над фаговыми «коктейлями», которые будут сочетать несколько типов фагов и/или антибиотиков с частицами для подавления резистентности.