Úvod: Vďaka výnimočným fyzikálnym a chemickým vlastnostiam, ktoré sú dané vysokým pomerom povrchu a objemu, predstavujú nanočastice sľubný materiál, ktorý svoje využitie nachádza, v mnohých oblastiach súčasnej vedy a techniky, medicínu nevynímajúc. V tejto štúdii sme sa zamerali na ekologicky prijateľnú zelenú syntézu strieborných a zlatých nanočastíc využitím fytochemikálií nachádzajúcich sa v inváznej rastline pohánkovec japonský – Fallopia japonica z čeľade Polygonaceae. Následne sme sledovali antibakteriálnu aktivitu vybraných vzoriek nanočastíc voči bakteriálnym kmeňom Escherichia coli a Staphylococcus aureus.
Materiál a metódy: Extrakty použité na bioredukciu kovových iónov sme pripravili použitím sušiny vňate pohánkovca japonského (Fallopia japonica) a destilovanej vody. Extrakcie boli robené pri laboratórnej teplote a za použitia ultrazvuku (Bandelin Sonorex Digitec, Berlín, Nemecko). Na syntézu kovových nanočastíc (NPs) sme ako prekurzory použili čerstvo pripravené vodné roztoky dusičnanu strieborného (AgNO3, Mikrochem, Slovensko) a kyseliny tetrachlorozlatitej (HAuCl4, Sigma, Aldrich, USA) s koncentráciou 2,2 a 5,5 mM. Priebeh reakcie sme sledovali pomocou UV/Vis spektrofotometra Cary 60 (Agilent Technologies, USA) s Peltierovým blokom (pre dosiahnutie požadovanej reakčnej teploty) v oblasti 750 – 350 nm. Syntéza bola ukončená, keď sme v oblasti okolo 425 nm (pre AgNPs), resp. 540 nm (pre AuNPs) pozorovaný absorpčný pás zodpovedajúci povrchovej plazmónovej rezonancii (Homola, Yee, Gauglitz 1999).
Antibakteriálnu aktivitu sme stanovili s využitím platňovej agarovej difúznej metódy na zásobné kultúry mikroorganizmov Staphylococcus aureus (SA; CCM 4223) a Escherichia coli (EC; CCM 3988), získané z Českej zbierky mikroorganizmov (Brno). Baktérie sme kultivovali v bujóne BHI (Brain Heart Infusion broth, Oxford, Veľká Británia) a inokulovali do tekutého agaru (Oxford, Veľká Británia). Ako pozitívnu kontrolu sme použili gentamicín sulfát, s koncentráciou 50 μg/ml (Sigma Aldrich, USA). Negatívnou kontrolou boli extrakty drogy. Do jamiek s priemerom 5 mm sme pipetovali po 50 μl vzorky, resp. kontroly a platne sme nechali inkubovať 24 hodín pri teplote 37 °C, odfotografovali a stanovili veľkosť inhibičnej zóny použitím softwaru ImageJ (Schneider, Rasband, Eliceiri 2012).
Výsledky a diskusia: Priebeh reakcie sme sledovali spektrofotometricky, ako aj vizuálne – farebnou zmenou. Z hľadiska reakčnej rýchlosti, u Ag nanočastíc reakcia prebiehala niekoľko desiatok minút, dokonca pri použití 2,2 mM roztoku dusičnanu strieborného u niektorých typov extraktu nanočastice nevznikali vôbec, u zlatých NPs trval priebeh menej ako minútu pri všetkých vzorkách.
Antibakteriálnu aktivitu sme stanovili pomocou agarovej difúznej metódy, s použitím vzťahu:
% 𝑅𝐼𝑍𝐷= [(IZDvzorky - IZDneg. kontola)/(IZDpozit.kontrola - IZDneg. kontola)]×100,
kde IZD vyjadruje priemer inhibičnej zóny v mm, a RIZD je podiel priemernej relatívnej inhibičnej zóny v percentách (%).
Výsledky štúdia antibakteriálnej aktivity nám potvrdili významnú antibakteriálnu účinnosť Ag nanočastíc, na rozdiel od zlatých, kedy nebola pozorovaná žiadna zóna inhibície. Nanočastice striebra vykazovali vyššiu antibakteriálnu aktivitu voči gramnegatívnej E. coli, ako proti grampozitívnej S. aureus. U kmeňa E. coli sme pozorovali závislosť koncentrácie roztoku prekurzora od antibakteriálnej aktivity. Najvyššiu antibakteriálnu účinnosť mali vzorky AgNPs pripravené pri laboratórnej teplote a sonifikáciou, s použitím 5,5 mM roztoku dusičnanu strieborného. Aktivita AgNPs, ani samotného roztoku dusičnanu strieborného proti kmeňu S. aureus nedosahovali ani polovicu baktericídneho účinku gentamicínu. U nanočastíc zlata sme antibakteriálnu aktivitu nepozorovali vôbec. Výsledky sú v zhode so závermi štúdií iných autorov (Rathinavel et al. 2020, Shakeel et al. 2016, Tang, Zheng 2018). Extrakty pohánkovca japonského pripravené pri laboratórnej teplote aj sonifikáciou sú vhodné na syntézu zlatých, ale aj strieborných nanočastíc s potenciálom využitia ich antimikrobiálnych vlastností vzhľadom na rastúcu rezistenciu baktérií voči konvenčným antibiotikám.
Táto práca vznikla vďaka finančnej podpore projektu VEGA 2/0112/22 „Vysoko-energetické mletie vaječného odpadu na báze kalcitu a vybraných rastlín pre prípravu nanokryštalických minerálov a environmentálne aplikácie“.