Groene synthese van zilvernanopartikelen met gistextract: gecontroleerde morfologie en verbeterde antibacteriële activiteit

Samenvatting

Biosynthese voor de bereiding van antimicrobiële zilvernanopartikelen (Ag NPs) is een groene methode zonder het gebruik van cytotoxische reducerende en surfactant-agentia. Hierin werden vorm-gecontroleerde en goed-gedispergeerde Ag NPs gebiosynthetiseerd met behulp van gistextract als reducerende en cappende agentia. De gesynthetiseerde Ag NPs vertoonden een uniforme sferische vorm en fijne grootte, met een gemiddelde grootte van 13,8 nm. De biomoleculen van reductieve aminozuren, alpha-linoleenzuur en koolhydraten in gistextract hebben een significante rol in de vorming van Ag NPs, wat bewezen werd door Fourier-transformatie-infrarood-spectroscopie-analyse. Daarnaast dragen aminozuren op het oppervlak van Ag NPs netto negatieve ladingen in alkalische oplossing, wat de electrostatische afstotingsinteracties maximaliseert, wat gunstige stabiliteit biedt voor meer dan een jaar zonder neerslag. De Ag NPs in combinatiebehandeling met ampicilline keerde de resistentie om in ampicilline-resistente E. coli-cellen. Deze monodisperse Ag NPs kunnen een veelbelovende alternatief zijn voor de desinfectie van multidrug-resistente bacteriestammen, en ze toonden verwaarloosbare cytotoxiciteit en goede biocompatibiliteit ten opzichte van Cos-7-cellen.

Inleiding

Medicamenten-resistente infecties zijn een grote doodsoorzaak en hebben een ernstig risico voor de volksgezondheid opgeleverd. Daarnaast is de toenemende resistentie tegen antimicrobiële middelen een urgent probleem in de geneeskunde. Een aantal stammen van Staphylococcus aureus zijn resistent tegen methicilline en zijn de grootste oorzaak van verworven infecties in ziekenhuizen. Verder omvatten andere antibiotica-resistente bacteriën penicilline-resistente Neisseria gonorrhoeae en multidrug-resistente Escherichia coli (E. coli). De belangrijkste mechanismen van resistentie zijn verhoogde efflux en de verminderde absorptie van antibiotica. Een ander mechanisme van medicamentenresistentie is de expressie van enzymen die de moleculaire structuur van antibiotica wijzigen. Hoewel veel inspanning is gericht op de ontwikkeling van de volgende generatie antimicrobiële agentia, is er een verhoogde behoefte aan superieure desinfectiemethoden.

Zilvernanopartikelen (Ag NPs) zijn in veel toepassingen gebruikt, zoals eiwitdragers, radiosensitizers, verbetering van zonnebrandstofcellefficiëntie en antibacteriële agentia. Nanopartikelen, inclusief metaalbevattende nanopartikelen, zijn Ag NPs de meest breed gebruikte als antimicrobiële agentia. In de praktijk hebben zilvernanopartikelen significante antimicrobiële activiteit getoond tegen bacteriestammen maar verwaarloosbare cytotoxiciteit ten opzichte van diercellen. Bovendien hebben Ag NPs antimicrobiële activiteit getoond tegen schimmels, bepaalde virussen en antibiotica-resistente bacteriestammen. Wat betreft hun werkingsmechanisme, zijn onderdrukking van DNA-replicatie, blokkade van het elektrische potentiaalverschil dat nodig is in cytoplasmamembranen, en onderdrukking van de respiratoire ketting de belangrijkste mechanismen van actie van Ag NPs. Daarom spelen de grootte, oppervlaktestructuur en gecontroleerde vormen van Ag NPs cruciale rollen in hun antimicrobiële activiteit en andere toepassingen. De algemene methode voor de bereiding van Ag NPs omvat de reductie van zilverionen in de aanwezigheid van een geschikte surfactant om de gecontroleerde groei van Ag NPs te bereiken. De meerderheid van reducerende en surfactant-agentia tonen cytotoxiciteit ten opzichte van menselijke weefselcellen en potentiële milieuverontreiniging. Daarom is meer inspanning in het ontwikkelen van groene methoden voor de bereiding van vorm-gecontroleerde Ag NPs essentieel.

In dit werk presenteren we een nieuwe route voor de biosynthese van Ag NPs door gebruik te maken van gistextract. Tijdens het proces levert gistextract reducerende en cappende agentia, waaronder aminozuren, vitamines en koolhydraten, terwijl zilverionen dienen als elektronenacceptor. Als resultaat kan de gunstige stabiliteit geboden door de organische capping-agentia op het oppervlak, de monodisperse Ag NPs, bewaard worden voor meer dan een jaar zonder neerslag. Het werd gevonden dat Ag NPs een superieure antibacteriële activiteit vertoonden vergeleken met ampicilline tegen ampicilline-resistente E. coli-cellen. Vergeleken met conventionele synthetische methoden is de biosynthesebenadering gepresenteerd hier biocompatibel, kosteneffectief en milieuvriendelijk. Verder vertoonden de vorm-gecontroleerde en goed-gedispergeerde Ag NPs goede antibacteriële effecten ten opzichte van E. coli.

Methoden

Materialen

Zilvernitraat (AgNO₃), saccharose (C₁₂H₂₂O₁₁), natriumchloride (NaCl) en natriumhydroxide (NaOH) werden gekocht van Sinopharm Co., Ltd. Droge bakkersgist werd verkregen van AB/MAURI Co., Ltd. E. coli werd gekocht van TransGen Biotech Co., Ltd. De CellTiter 96® Aqueous One Solution Cell Proliferation Assay kit (MTS) werd gekocht van Promega Biotech Co., Ltd. pcDNA3.4-plasmide, 1 × NuPAGE® LDS sample buffer, Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM) en foetale bovine serum (FBS) werden gekocht van Thermo Fisher Scientific Inc. Ampicilline en Luria-Bertani (LB) medium werden gekocht van Sangon Biotech Co., Ltd. Alle chemicaliën waren analytische reagentia en werden zonder verdere zuivering gebruikt. Gedeioniseerd ultrazuiver water (18,2 MΩ·cm) werd doorheen de experimenten gebruikt.

Synthese van Ag NPs

De opgeslagen gistcellen werden geïnculeerd in Luria-Bertani (LB) medium en geschudt met ongeveer 150 t/min overnacht bij 25 °C voor activering. Vervolgens werden de geactiveerde gistcellen gewassen met 0,9% zoutoplossing en gedispergeerd in 2% saccharose-oplossing met schudden met ongeveer 150 t/min gedurende 6 uur bij 25 °C. Ten slotte werd het celvrije gistextract verzameld voor de biosynthese van Ag NPs door centrifugatie bij 2000 t/min gedurende 5 min. Tijdens het biosynthetische proces werd de pH-waarde van gistextract aangepast tot 10 met een NaOH-oplossing, en vervolgens werd de AgNO₃-oplossing geleidelijk toegevoegd aan de bovengenoemde oplossing onder hevig magnetisch roeren. Ten slotte werden de verkregen Ag NPs gedialyseerd met 1 kDa dialysemembranen gedurende 5 dagen en vriesgedroogd voor verdere karakterisering.

Karakteriseringen

Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) afbeeldingen van Ag NPs werden waargenomen op JEM-2100 microscoop met een versnellingsspanning van 200 kV (JEOL, Japan). Scanning-elektronenmicroscopie (SEM) afbeeldingen werden verkregen op een Carl Zeiss ULTRA plus scanning-elektronenmicroscoop (Carl Zeiss, Duitsland) uitgerust met een energie-dispersieve spectrometer (EDS) bediend bij 20 kV. Ultraviolet-zichtbaar (UV-Vis) absorptiespectra werden vastgelegd op een Lambda 950 UV/Vis/NIR spectrophotometer (Perkin-Elmer, VS). Röntgenpoederdiffractie (XRD) patronen werden verkregen met behulp van een D8 Advance instrument (Bruker, Duitsland). Fourier-transformatie-infrarood-spectroscopie (FTIR) werd vastgelegd van 4000-500 cm⁻¹ met monsters bereid als KBr-tabletten op een Vertex 70 FTIR-spectrometer (Bruker, Duitsland). De zeta-potentiaal van Ag NPs werd gemeten met een Malvern Zeta Nano ZS-90 (Malvern, Verenigd Koninkrijk) bij 25 °C. De oppervlakte-elementen op Ag NPs werden geïdentificeerd door Röntgenfotoelectronspectroscopie (XPS) met behulp van een Kratos AXIS Ultra DLD-instrument met een monochromatische Al Kα-bron (1486,6 eV) (Shimadzu, Japan). De aminozuurcomponenten werden geanalyseerd met een L-8900 hoge-snelheid aminozuur-analyser (Hitachi, Japan).

Cel-cytotoxiciteitsassay

Om de biocompatibiliteit van de bereide Ag NPs te verkennen, werd een MTS-assay ingezet om de cel-cytotoxiciteit van de Ag NPs te evalueren. Cos-7-cellen werden gekweekt in DMEM aangevuld met 10% FBS compleet medium in een bevochtigde-atmosfeer-incubator met 5% CO₂ bij 37 °C. De cellen werden gezaaid in 96-putten platte-bodem platen met een dichtheid van 10000 cellen per put en gekweekt gedurende 24 uur. Vervolgens werd het groeimedium vervangen door vers DMEM-medium met verschillende concentraties Ag NPs. Na incubatie voor nog eens 24 uur werden de relatief levende cellen bepaald door MTS. De absorbantie werd gemeten bij 490 nm met een SpectraMax® M5 microplaat-lezer (Molecular Devices, VS). Onbehandelde cellen in DMEM-medium werden gebruikt als controle.

SDS-PAGE-assay

Standaard SDS-PAGE werd uitgevoerd met een 10% (w/v) scheidingsgel en een 4% stackingsgel. De monsters werden 5 minuten gekookt met 1 × NuPAGE® LDS Sample Buffer en gecentrifugeerd bij 12000 t/min gedurende 5 minuten vóór toepassing op de gel. De standaard eiwitmarker werd gebruikt als referentiecontrole. De gelen werden gekleurd met 0,5% Coomassie Blauw. Afbeeldingen van gelen werden vastgelegd met GelDoc XR⁺ gel-beeldvormingssystemen (Bio-Rad, VS).

Antimicrobiële activiteitsstudies

Om de antimicrobiële activiteit te bepalen, werden de gesynthetiseerde Ag NPs getest op bactericide activiteit tegen E. coli. Een enkele kolonie E. coli werd overnacht gekweekt bij 37 °C in LB-medium op een orbitale schudder bij 150 t/min. Kolommen werden aangepast aan een OD van 0,01–0,02 bij 600 nm met vers LB-medium. Vervolgens werden 100 μL van seriële verdunningen van Ag NPs gevuld op 96-putten microplaten. De microplaten werden vervolgens geïnculeerd met 100 μL van gedilueerde E. coli-oplossing en geïncueerd gedurende 16 uur bij 37 °C. De levensvatbaarheid van E. coli werd bepaald door de meting van de absorbantie bij 600 nm met een SpectraMax® M5 microplaat-lezer (Molecular Devices, VS). Een tijdscursusanalyse werd uitgevoerd om de antibacteriële gevoeligheid tegen E. coli over de tijd te evalueren. Ten slotte werden 100 μL E. coli-oplossing toegevoegd aan steriele buizen bevattende 10 en 20 μg/mL Ag NPs, respectievelijk. De absorbantie bij 600 nm werd gemeten met een SpectraMax® M5 microplaat-lezer (Molecular Devices, VS) na 1, 2, 4 en 6 uur.

Kolonievormende-eenheid-assay werd ingezet om de Ag NPs te onderzoeken tegen de antibiotica-resistente bacteriecellen. E. coli exprimeert stabiel pcDNA3.4-plasmide met het β-lactamase-gen dat resistentie verleent tegen ampicilline als model. Toen de ampicilline-resistente E. coli (E. coli-Amp⁺) cellen de log-fase bereikten, werden de E. coli-Amp⁺ cellen gekweekt in de LB-agarplaat in de behandeling met alleen ampicilline of in de combinatiebehandeling met Ag NPs en geïncueerd bij 37 °C gedurende 18 uur. Het aantal E. coli-Amp⁺ kolonieën gevormd op LB-platen werd berekend. Alle assays werden ten minste drie keer uitgevoerd.

Resultaten en discussie

Synthese van Ag NPs

Zoals schematisch geïllustreerd in Schema 1, begon de bereiding van Ag NPs met de zelf-assemblage van biomoleculen in het gistextract om gist-micellen te vormen. Vervolgens werd Ag⁺ in situ gereduceerd door de reducerende agentia in het gistextract, waaronder aminozuren, vitamines en koolhydraten. De gevormde Ag-nanopartikelen werden gestabiliseerd door de biomoleculen. De oppervlaktecoating op Ag NPs verbeterde de affiniteit naar de bacteriële membraan, wat de doorlaatbaarheid van de celwand verhoogde. De interactie tussen Ag NPs en peptidoglycan veranderde de configuratie van peptidoglycan, wat uiteindelijk leidde tot het apoptoseproces om de bacteriën te schaden.

Structurele karakterisering van Ag NPs

Zoals getoond in Fig. 1a, toonde de typische SEM-afbeelding aan dat de gesynthetiseerde Ag NPs een sferische vorm en fijne grootte hebben. De EDX bevestigde de vorming van Ag NPs (Fig. 1b). Een sterke optische absorptiepiek werd waargenomen bij ongeveer 3 keV, wat een typische optische absorptiepiek is van zilvernanokristallieten voor oppervlakteplasmonresonantie. De kleine hoeveelheden zuurstof en koolstof kunnen worden toegeschreven aan de dunne laag organische capping op de gesynthetiseerde Ag NPs. De reactie van AgNO₃-oplossing met NaOH leidt tot de vorming van een kleine hoeveelheid Ag₂O. Daarom kan een kleine hoeveelheid O ook worden toegeschreven aan de aanwezigheid van Ag₂O. De morfologie en grootte van de Ag NPs werden verder gekarakteriseerd door hoge-resolutie TEM (HRTEM). De Ag NPs varieerden in diameter van 10,3 tot 18,9 nm (Fig. 1c), met een gemiddelde grootte van 13,8 nm (Fig. 1d). De grootte, vorm en oppervlaktechemie van Ag NPs toonden een belangrijk effect op de antimicrobiële activiteit. De kleinere grootte en hogere oppervlakte staanden de Ag NPs toe om beter te interageren met de bacteriële membraan voor verdere versterkte antimicrobiële activiteit. De duidelijke roosterfranjes in de HRTEM-afbeelding toonden een franjering van 0,15 nm (Fig. 2a), wat correspondeert met de (220)-vlakken van zilver. Zoals getoond in Fig. 2b, werd de kristallijne aard van de Ag NPs gedemonstreerd door de typische geselecteerde-gebied-diffractie (SAED) patronen, waar de heldere cirkelvormige ringen corresponderen met de (311), (220), (200) en (111) vlakken.

Het UV-Vis-spectrum van Ag NPs vertoonde een sterke piek bij 418 nm, wat te wijten was aan oppervlakteplasmonresonantie (Fig. 3a). Een gele oplossing van gesynthetiseerde Ag NPs wordt getoond in Fig. 3b, wat de vorming van Ag NPs aangeeft. De XRD-patroonanalyse van de gesynthetiseerde Ag NPs toonde vier intense pieken bij 77,36°, 64,30°, 43,52° en 38,16°, corresponderend met de (311), (220), (200) en (111) vlakken voor zilver, respectievelijk (Fig. 3c). De gegevens werden bevestigd door standaard zilvergegevens van JCPDS kaart nr. 04-0783. Het XRD-patroon toonde de kristallijne aard van de gesynthetiseerde Ag NPs, in overeenstemming met een eerdere rapport. FTIR-analyse werd ingezet om de potentiële biomoleculen op de gesynthetiseerde Ag NPs te karakteriseren en identificeren (Fig. 3d). De brede band bij 3405 cm⁻¹ correspondeert met −OH-rekking. De zwakkere piek bij 2915 cm⁻¹ wordt toegewezen aan de −CH₂-rekkingstrilling. De band bij 1655 cm⁻¹ in het gistextract is te wijten aan de C=O-rekkingstrilling van carboxyl-groepen, en deze band verschuift naar 1573 cm⁻¹ in Ag NPs, door de interactie tussen carboxyl-groepen en Ag NPs. De scherpe piek bij 1375 cm⁻¹ wordt toegeschreven aan de C–N-rekkingstrilling. De banden bij 1048 cm⁻¹ en 1083 cm⁻¹ worden toegewezen aan de rekkingstrillingen van C–O–C en C–OH, respectievelijk. Deze resultaten toonden aan dat biomoleculen van het gistextract verantwoordelijk waren voor de biosynthese van Ag NPs. De oppervlaktecoating op Ag NPs beïnvloedde de affiniteit naar de bacteriële membraan. De toestanden van Ag NPs werden verder gekarakteriseerd door XPS. Zoals getoond in Fig. 4a, toonde de volledige scan van het XPS-spectrum met duidelijke pieken toe te schrijven aan C 1s, Ag 3d, Ag 3p, Ag 3s en O 1s. De Ag 3d (5/2) en Ag 3d (3/2) pieken werden waargenomen bij bindingsenergiën van ongeveer 368,5 en 374,5 eV, respectievelijk (Fig. 4b). Deze energiesplitsingswaarde van 6,0 eV toonde de vorming van Ag NPs aan.

De oppervlaktelading van Ag NPs werd bepaald door Malvern Zeta Nano ZS-90 instrument, wat een belangrijke parameter is van stabiliteit en dispersie van de colloïdale oplossingen. De zeta-potentiaal is het oppervlakte-elektrostatische potentiaal aan de grens tussen de diffuse laag en compacte laag van nanopartikelen, en wat een indicator is voor toepassingen van biomedische polymeren. Zoals getoond in Additioneel bestand 1: Fig. S1, bij een lagere pH-waarde van 3, onthulde de zeta-potentiaal van Ag NPs een lichte negatieve lading (−3,2 mV). De zeta-potentiaal van Ag NPs daalde monotono van −12,1 mV bij pH 7,0 tot −24,4 mV bij pH 11,0, wat de negatief geladen groepen op het oppervlak van Ag NPs bevestigde. Gao et al. rapporteerden dat de dispersie en stabiliteit van Ag NPs voornamelijk toe te schrijven zijn aan de oppervlaktelading. De aanwezigheid van negatief geladen groepen verbetert de stabiliteit en dispersie van Ag NPs in waterige oplossingen.

Cytotoxiciteit van Ag NPs en analyse van biomoleculen

De biocompatibiliteit van de gesynthetiseerde Ag NPs is belangrijk voor hun verdere biomedische toepassing. Om de cytotoxiciteit van de Ag NPs te onderzoeken, werd de cellevensvatbaarheid van Cos-7-cellen gedetecteerd door de MTS-assay. De Cos-7-cellen werden geïncueerd met Ag NPs bij verschillende concentraties gedurende 24 uur. Zoals getoond in Fig. 5a, werd geen significante cytotoxiciteit onthuld toen cellen behandeld werden met de Ag NPs bij concentraties zo hoog als 200 μg/mL. Het kan worden geconcludeerd dat de Ag NPs verwaarloosbare cytotoxiciteit en goede biocompatibiliteit ten opzichte van Cos-7-cellen vertoonden.

Om de synthetische mechanismen van de gesynthetiseerde Ag NPs te verkennen, analyseerden we biomoleculen op het oppervlak van Ag NPs en gistextract. Zoals getoond in Fig. 5b, toonde de SDS-PAGE-analyse geen detecteerbare of marginale eiwitten op het oppervlak van de gesynthetiseerde Ag NPs of in het gistextract. We bepaalden verder de biomoleculen in het gistextract met een hoge-snelheid aminozuur-analyser. Zoals samengevat in Additioneel bestand 1: Tabel S1 van ondersteunende informatie, zijn er ongeveer 22 soorten aminozuren in het gistextract die rijk zijn in glutamzuur, γ-aminoboterzuur, ornithine en alpha-linoleenzuur. Het iso-elektrische punt van deze aminozuren is ongeveer 6, behalve die van lysine en arginine zijn ongeveer 10~11. Daarnaast kon een verscheidenheid aan componenten met −NH₂, zoals ureum, ammoniak, asparagine en glutamine, worden gevonden. De biomoleculen van reductieve aminozuren, alpha-linoleenzuur en koolhydraten in het gistextract hebben een significante rol in de vorming van Ag NPs. Het werd gerapporteerd dat NADH-afhankelijke reductase of het nitraatreductase-enzym betrokken is in het reductieproces in de biosynthese van Ag NPs via het micro-organisme-extract.

Biomoleculen van het gistextract spelen een beslissende rol in de vorming van Ag NPs door ze te beschermen tegen aggregatie. Stabilisatoren van biomoleculen helpen om redundante reacties tussen Ag NPs te voorkomen. De amphotere moleculen van aminozuren bevatten zowel basische als zuurte groepen. De nettolading van deze aminozuurverbindingen kan negatief of positief zijn afhankelijk van de pH-veranderingen van de gistextract-oplossing, wat verder de bindingsvermogen tijdens de synthese van Ag NPs beïnvloedt. In de alkalische oplossing dragen aminozuren op het oppervlak van Ag NPs netto negatieve ladingen wat de electrostatische afstotingsinteracties maximaliseert. De biomoleculen uit het gistextract fungeren als een capping-agent en spelen een cruciale rol in het controleren van de grootteverdeling, vorm en morfologie in de vorming van Ag NPs. De pH-waarde is een belangrijke factor met een effect op de gecontroleerde synthese van Ag NPs in de studie. Wanneer de pH-waarde onder 7 is, treedt nucleatie op met een lage snelheid. Ag NPs kunnen in een paar minuten gevormd worden bij hogere pH-waarden, en de deeltjesgrootte neemt af met de toename van de pH-waarden van de oplossing. Het optimale evenwicht werd gedemonstreerd tussen de groeiprocessen en nucleatie. Onstabiele en geaggregeerde Ag NPs kwamen altijd voor in het reductieproces van oplossingen met extreme pH-waarden (> 11).

Antibacteriële activiteit

E. coli is uitgebreid geëvalueerd voor de antimicrobiële activiteit van Ag NPs. De groei van E. coli in de aanwezigheid of afwezigheid van Ag NPs bewijst het antimicrobiële vermogen. Zoals getoond in Fig. 6a, vertoonden de gesynthetiseerde Ag NPs significante antibacteriële activiteit op een concentratie-afhankelijke manier tegen E. coli. De groei-remmingsassay toonde een volledige reductie in E. coli bij Ag NP-concentraties boven 20,0 μg/mL vergeleken met de negatieve controle. De halve remmende concentratie (EC₅₀) van Ag NPs was 13,4 μg/mL. De dosis van 20,0 μg/mL Ag NPs vertoonde een significante antibacteriële effect tegen E. coli gedurende de geteste tijd, terwijl de 10,0 μg/mL Ag NPs een gedeeltelijke remmende effect toonde (Fig. 6b).

Om te onderzoeken of de Ag NPs daadwerkelijk de antibiotica-resistente bacteriecellen beïnvloeden, evalueerden we de antibacteriële activiteit van Ag NPs tegen ampicilline-resistente E. coli door kolonievormende-eenheid-assay. E. coli-Amp⁺ exprimeert stabiel een hoog kopienummer van pcDNA3.4-plasmide met het β-lactamase-gen dat ampicilline-resistentie verleent aan E. coli. De E. coli-Amp⁺ cellen werden gekweekt in de LB-agarplaat in de behandeling met alleen ampicilline of in de combinatiebehandeling met Ag NPs. De remmende activiteit van de bereide Ag NPs wordt gepresenteerd in Fig. 7. Het werd opgemerkt dat de Ag NPs in combinatiebehandeling met ampicilline superieure antibacteriële activiteit vertoonden vergeleken met ampicilline alleen. In tegenstelling heeft de behandeling met alleen ampicilline geen remmende activiteit op E. coli-Amp⁺. Combinatietherapie van antibiotica en Ag NPs biedt een complementaire strategie om antibiotica-resistente bacteriecellen te overwinnen, wat de huidige therapeutische benaderingen verder verbetert. De algehele resultaten gepresenteerd in deze studie bijdragen aan de ontwikkeling van alternatieve antibacteriële remmers om bacteriële infecties te behandelen veroorzaakt door multidrug-resistente bacteriestammen.

Er is een grote behoefte aan nieuwe geneesmiddelen met verschillende mechanismen om bacteriële resistentie te bestrijden. Vanwege hun krachtige antimicrobiële activiteit worden Ag NPs gebruikt in medische producten, persoonlijke verzorgingsproducten en textiel. Er zijn meerdere mechanismen waarmee Ag NPs microbiële resistentie bestrijden. Ag NPs accumuleren op het bacteriële membraanoppervlak, wat de doorlaatbaarheid van de celwand verhoogt. De interactie tussen Ag NPs en peptidoglycan veranderde de configuratie van peptidoglycan en schadigde dus het bacteriële membraan. De kenmerken van vorm, oppervlaktestructuur, morfologie, dispersie en biocompatibiliteit van Ag NPs hebben een significante rol in hun antimicrobiële activiteit.

Conclusies

Hierin rapporteren we een nieuwe biosynthetische methode voor de bereiding van Ag NPs met behulp van het gistextract. De gist-micellen vormden toen de Ag⁺-oplossing gemengd werd met het gistextract. Bioreducerende biomoleculen spelen een grote rol in de reductie van Ag⁺. Daarnaast bieden de biomoleculen gunstige stabiliteit, monodispersiteit en controleerbare grootteverdeling voor de gesynthetiseerde Ag NPs, met goede stabiliteit voor meer dan een jaar zonder neerslag. De hoge-snelheid aminozuuranalyse onthulde dat het gistextract rijk is aan biomoleculen, waaronder aminozuren, alpha-linoleenzuur en aminoboterzuur. De Ag NPs vertoonden significante antibacteriële activiteit op een concentratie-afhankelijke manier tegen E. coli. De groei-remmingsassay toonde een volledige reductie in E. coli bij concentraties van Ag NPs boven 20,0 μg/mL. De Ag NPs in combinatiebehandeling met ampicilline vertonen superieure antibacteriële activiteit vergeleken met ampicilline alleen tegen ampicilline-resistente E. coli (E. coli-Amp⁺) cellen. De oppervlaktecoatings op Ag NPs verbeterden de affiniteit naar de bacteriële membraan en verhoogden de doorlaatbaarheid van de celwand. De interactie tussen Ag NPs en peptidoglycan veranderde de configuratie van peptidoglycan en leidde uiteindelijk tot de apoptose van bacteriën. Verder vertoonden deze Ag NPs gestabiliseerd door de biomoleculen lage cytotoxiciteit en goede biocompatibiliteit ten opzichte van Cos-7-cellen.