Инфекции, устойчивые к существующим антибиотикам, ежегодно становятся причиной смерти сотен тысяч людей. Внутрибольничные инфекции, вызванные антибиотикорезистентными бактериями, по некоторым данным, вышли на шестое место среди причин смертности в развитых странах. Помимо медицины, новые антибиотики необходимы и в других сферах деятельности человека, таких, как сельское хозяйство и биотехнологии. Поэтому ученые активно исследуют различные материалы, способные выступить в качестве альтернативных антибиотиков, которые смогут преодолеть резистентность бактерий. Одними из перспективных кандидатов являются наночастицы оксида меди (CuO), которые проявляют высокую активность против патогенных микроорганизмов, что делает их коммерчески применимыми в составе красок, тканей, а также в качестве антимикробных покрытий. Согласно ряду оценок, такие покрытия способны убивать около 99,9% бактерий за 2 часа.

Однако достичь таких рекордных показателей на практике не просто. Противомикробные свойства этого материала сильно зависят от различных внешних факторов. В рамках реализации проекта Российского научного фонда (проект № 24-16-20039) ученые ТГУ имени Г.Р. Державина показали ключевую роль химического окружения наночастиц оксида меди в проявлении ими антибактериальных свойств. Результаты работы опубликованы в журнале Nanomaterials.

 – В отличие от грамположительных бактерий, грамотрицательные, имеющие толстую клеточную мембрану, гораздо лучше защищены от химических повреждений, что делает борьбу с ними более трудоемкой. Поэтому мы выбрали грамотрицательную кишечную палочку и постарались смоделировать различные реалистичные условия, в которых на нее могут воздействовать наночастицы оксида меди. Мы использовали разные типы жидких сред, различные стабилизаторы коллоидных частиц. Кроме того, сами частицы взяли трех разных форм – хлопьевидные, палочковидные и сферические, – рассказала директор НОЦ экологии и биотехнологий Тамбовского государственного университета имени Г.Р. Державина, ведущий автор исследования Ольга Захарова.

Оказалось, что главным фактором, определяющим силу антибактериального действия, оказался не размер или форма наночастиц, а химический состав окружающей среды. Так, в дистиллированной воде все типы наночастиц проявили наибольшие антибактериальные эффекты. Мощным фактором, усиливающим токсичность наночастиц оксида меди, стало использование стабилизатора коллоидных систем – додецилсульфата натрия, особенно в сочетании с другим типом среды – бульоном LB. Любопытно, что этот же стабилизатор в водной среде снижал антибактериальное действие наночастиц. А вот другой стабилизатор – Тритон Х100, а также физиологический раствор в качестве окружающей среды не способствовали негативному воздействию наночастиц на бактерии. Более того, в некоторых случаях наблюдался рост бактериальной культуры.

По словам ученых, полученные результаты могут быть использованы при создании бактерицидных и фунгицидных препаратов и покрытий для медицины, сельского хозяйства, пищевых технологий и биотехнологий на основе наночастиц оксида меди. При этом станет возможным максимально раскрыть противомикробный потенциал наночастиц –  нужно только правильно смоделировать ожидаемые условия их применения. В дальнейшем ученые планируют расширить перечень исследуемых патогенных микроорганизмов и запатентовать наиболее эффективные комбинации наночастиц и их химического окружения в качестве нового способа борьбы с ними.