낭포성 섬유증 환자로부터 분리된 녹농균에 대한 생합성 은나노입자의 효능

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8876(2023) 이 기사 인용

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녹농균(PA)의 높은 항생제 내성으로 인해 효과적이고 저렴한 대체 항균제를 개발하는 것이 중요합니다. 은나노입자(Ag NP)의 많은 응용 중 하나는 일반적인 항생제에 내성이 있는 박테리아에 대한 항균제로 사용되는 것입니다. 이 연구의 주요 목적은 생물막을 형성하는 6개의 임상적으로 분리된 PA 균주와 1개의 기준 균주(ATCC 27853)에 대해 생합성된 Ag NP의 항균 및 항생물막 효과를 평가하는 것이었습니다. Ag NP는 Peganum harmala 종자 추출물을 환원제로 사용하여 생합성되었습니다. Ag NP는 자외선-가시광선(UV-Vis) 분광법과 주사 투과 전자 현미경(STEM)으로 특성화되었습니다. 생물막 형성 및 박멸에 대한 Ag NP의 효과를 미세 역가 플레이트 분석을 통해 조사하고 최소 억제(MIC) 및 최소 살균(MBC) 농도를 결정했습니다. 또한 실시간 중합효소연쇄반응(RT-PCR)을 수행하여 Ag NP가 7개의 PA 생물막 코딩 유전자(LasR, LasI, LssB, rhIR, rhII, pqsA 및 pqsR)의 발현에 미치는 영향을 조사했습니다. 생합성된 Ag NP는 평균 직경이 11 nm인 구형 모양이었습니다. 각 PA 균주의 MIC는 15.6μg/ml인 반면 MBC는 31.25μg/ml였습니다. 하위 억제 농도(0.22~7.5μg/ml)에서 Ag NP에 노출된 모든 PA 균주는 성장 및 생물막 형성에 상당한 억제 효과를 나타냈습니다. 바이오매스 및 생물막 대사는 Ag NP 농도에 따라 감소되었습니다. 모든 균주의 쿼럼 감지 유전자의 발현은 Ag NP 농도 7.5 μg/ml에서 크게 감소했습니다. 결과는 Ag NP의 광범위한 시험관 내 항균 및 항생물막 성능과 PA 감염 치료에 대한 잠재력을 보여줍니다. 향후 연구에서는 Ag NP와 항생제 간의 가능한 시너지 효과를 조사하는 것이 좋습니다.

녹농균(Pseudomonas aeruginosa, PA)은 면역억제, 악성종양, 화상, 외상성 상처, 낭포성 섬유증1 환자에게 사망을 초래할 수 있는 일반적인 병원 병원체입니다. PA는 인공 임플란트, 요도 카테터, 기관내관 및 콘택트 렌즈를 포함한 다양한 비생물적 표면에 생물막을 형성할 수 있습니다2. 세포외 고분자 물질(EPS)은 박테리아 공동체를 둘러싸는 생물막의 매트릭스와 같은 구조를 형성합니다3. 생물막은 숙주 면역 체계와 많은 항균제에 저항할 수 있기 때문에 중요한 관심사입니다3. 항균 펩타이드는 생물막 매트릭스에 의해 정전기적으로 반발되거나 분해되어 식균작용과 숙주의 면역 반응으로부터 내부 세포를 보호합니다4,5. QS(쿼럼 센싱)라고 불리는 세포 간 통신 시스템은 생물막 생산을 포함하여 PA의 여러 프로세스를 조절합니다6.

많은 항균제의 표적 세포는 생물막 매트릭스 내에 깊이 자리잡고 있어 치료가 매우 어렵습니다7. 항생제 내성은 이제 전 세계적으로 주요 건강 문제가 되었으며8, 약물 내성 미생물 질병에 대한 비항생제 치료법의 필요성이 크게 증가했습니다. 나노입자는 작은 크기와 높은 표면 대 부피 비율로 인해 생물막9에 효과적이기 때문에 PA 감염 치료에 대한 대안적이고 합성하기 쉬운 접근법을 제공합니다9.

일반적으로 생산되는 많은 나노입자 중에서 Ag NP는 병원성 다제내성 세균 분리물과 싸우는 탁월한 능력을 가지고 있는 것으로 나타났습니다. Ag NP는 비저항성과 저항성 병원성 박테리아 모두에 대해 항균 및 항생물막 활성을 가지고 있다는 것이 널리 알려져 있습니다. Ag NP는 박테리아 막의 펩티도글리칸 구조를 인식하고 엑소폴리사카라이드 매트릭스에 결합함으로써 항생물막 활성을 발휘합니다. 그런 다음 생물막 구조는 ROS 생성 및 이온 방출에 의해 생성된 산화 스트레스 및 DNA 손상을 통해 심각하게 손상되거나 파괴됩니다. Ag NP는 또한 넓은 크기 범위, 자가 조립 능력 및 높은 항균 활성으로 인해 의료 및 기타 비의료 용도로 사용할 수 있는 상당한 잠재력을 가지고 있습니다.