EFECTUL UNOR NANOSTRUCTURI OXIDICE ASUPRA DEZVOLTǍRII UNOR TULPINI DE

MICROORGANISME ÎN MEDII CU TǍRII IONICE DIFERITE

Mǎdǎlin Enache1, Simona Merciu1, Corina Vǎcǎroiu1, Gabriela Popescu1,

Silviu Preda2, Crina Anastasescu2, Maria Zaharescu2

1Institutul de Biologie Bucureşti al Academiei Române, Splaiul Independenţei nr. 296,

Sector 6, Bucureşti, e-mail: madalin.enache@ibiol.ro 2Institutul de Chimie - Fizicǎ “Ilie Murgulescu” al Academiei Române, Splaiul Independenţei nr. 202,

Sector 6, Bucureşti, e-mail: mzaharescu@icf.ro

CONSIDERAŢII GENERALE

Nanobiotehnologia, respectiv investigarea sistemelor biologice la scalǎ nanometricǎ reprezintǎ un domeniu recent în cercetare. Aplicaţiile nanobiotehnologiei includ controlul interacţiilor dintre celula vie şi mediul său, crearea de nanostructuri prin autoasamblare, manipularea biomoleculelor, manipularea reacţiilor enzimatice, construcţia de biomolecule şi dezvoltarea de biosenzori cu selectivitate ridicatǎ.

Dezvoltarea nanobiotehnologiei este corelatǎ cu dezvoltarea metodelor de nanofabricare, autoasamblarea biomoleculelor fiind de un interes deosebit în acest caz. O astfel de abordare poate fi utilizatǎ pentru a crea modele nanobiomimetice ale suprafeţelor celulare, foarte bine definite, pentru investigarea proceselor moleculare, recunoaşterea molecularǎ, adeziunea şi fuziunea celularǎ, interacţia membranǎ-poluant.

SCOPUL LUCRĂRII

Cercetǎrile au vizat evidenţierea efectului potenţial bactericid/bacteriostatic al unor nanostructuri oxidice (pulberi, nanotuburi) de tipul TiO2 şi SiO2 asupra unor microorganisme halofile (Bacillus sp., Virgibacillus sp.) şi microorganisme izolate din probe de apǎ provenite de la staţii de epurare a apelor uzate orǎşeneşti (Escherichia coli) sau tulpini de colecţie (Bacillus sphaericus DSMZ 369).

Astfel de nanostructuri îşi pot gǎsi aplicabilitate în tehnologiile de obţinere a unor dezinfectanţi pe bazǎ de fotocatalizatori dar şi în alte domenii industriale. Efectul bactericid/bacteriostatic s-a urmǎrit prin monitorizarea dezvoltǎrii culturilor bacteriene prin determinarea densitǎţii optice şi prin evaluarea activitǎţii dehidrogenazice ca indicator al activitǎţii biologice totale.

Proba

Condiţii experimentale

Caracteristici ale probelorAmestec de reacţie

Timp de reacţie (h)/temperatură

(C)

Tratament termic după reacţie (h)

1100C 4000C

I.a TiO2+NaOH 24/140 12 - Nanotuburi, L≈ 50 nm, Ø ≈ 8-9 nm şi cantităţi diferite de pudră amorfă de

TiO2

I.b TiO2+NaOH 24/140 12 1

II.a TiO2+NaOH 48/140 12 -

II.b TiO2+NaOH 48/140 12 1

III TEOS*+ TA 4/20 5 - Tuburi micrometrice L≈2-5 µm Ø≈0.1-0.2 µm

Tabel 1 - Condiţiile experimentale pentru sinteza nanotuburilor de TiO2 şi SiO2; * TEOS = tetraethoxysilan – sursa de SiO2; TA = acid tartric

ProbaActivitatea dehidrogenazică (mg formazan %)

B. sphaericus B. subtilis V. halodenitrificans

E. coli

I.a 1.13 0.24 0.20 0.38

I.b 0.87 0.29 0.20 0.39

II.a 0.41 0.23 0.18 0.40

II.b 1.04 0.28 0.19 0.36

III n.d. 0.33 0.18 0.33

Martor 0.49 0.28 0.28 0.47

MATERIALE ŞI METODE

Tulpini microbiene testate - Escherichia coli (din colecţia IBB – tulpinǎ izolatǎ din efluentul provenit de la staţia de tratare a apei Buzǎu), Virgibacillus halodenitrificans (din colecţia IBB – tulpinǎ izolatǎ de pe suprafaţa unui cristal de sare provenit din Mina Unirea, Slǎnic, Prahova), Bacillus subtilis (din colecţia IBB – tulpinǎ izolatǎ de pe suprafaţa unui cristal de sare provenit din Mina Unirea, Slǎnic, Prahova) şi Bacillus sphaericus (DSMZ 369). Mediul de culturǎ pentru E. coli şi B. sphaericus a fost bulionul nutritiv iar pentru B. subtilis şi V. halodenitrificans s-a folosit mediul MH cu urmǎtoarea compoziţie (g/L): yeast extract (10), proteose peptone (5), glucose (1), NaCl (100), MgCl2 x 6H2O (7), MgSO4 x7H2 O (9.6), CaCl2 x 2H2O (0.36), KCl (2), NaHCO3 (0.06), NaBr (0,026).

Nanotuburile testate au fost obţinute prin procedee hidrotermale (în cazul TiO2) sau prin metoda sol-gel în prezenţa unei matrice pentru SiO2. Condiţiile experimentale şi unele caracteristici se regǎsesc în tabelul 1.

Testarea proprietǎţilor antibacteriene s-a efectuat astfel: aproximativ 0.009 g din nanotuburile investigate s-au adaugat în mediul de culturǎ corespunzǎtor în prezenţa tulpinilor bacteriene, iar amestecul rezultat s-a incubat la 280C sau 370C, cu agitare pentru 24 ore. Creşterea bacterianǎ a fost monitorizatǎ timp de 24 ore prin determinarea densitǎţii celulare la 660 nm.

Nanotuburile au fost analizate prin microscopie electronicǎ (TEM) dupǎ metoda descrisǎ de Hayat.Activitatea dehidrogenazicǎ – La 3 ml de culturǎ bacterianǎ s-au adǎugat 0.5 ml 3% clorurǎ de trifeniltetrazolium (TTC) şi s-au incubat la 370C pentru 24

ore. Activitatea dehidrogenazicǎ s-a exprimat ca mg formazan %.

REZULTATE

Fig. 2. Dinamica dezvoltării tulpinilor bacteriene studiate în prezenţa nanostructurilor investigate

Fig. 1. Micrografia TEM a unor tuburi micrometrice de SiO2 (stânga) şi nanotuburi de TiO2 (dreapta)

Tabel 2 - Activitatea dehidrogenazică a tulpinilor bacteriene în prezenţa nanotuburilor testate Tulpinile au fost cultivate pentru 24 ore la 280C sau 370C cu agitare (150 rpm)

Suport financiar: PN II – Program Parteneriate în Domenii Prioritare Proiect: NANOTUBOX