Оренбургский государственный университет

Альтернативные физико-химические методы инактивации патогенных микроорганизмов

Проект № FSGU-2023-0003

Руководитель — Летута С.Н.

Задача проекта «Альтернативные физико-химические методы инактивации патогенных микроорганизмов» № FSGU-2023-0003 базовой части государственного задания на проведение научно-исследовательских работ — поиск эффективных способов поражения патогенных микроорганизмов в жидких средах и биопленках и установление физико-химических механизмов процессов повреждения бактерий. Проект ориентирован на разработку способов инактивации бактерий, к которым штаммы, резистентные к антибиотикам, не смогут выработать устойчивость.

Цель второго этапа состояла в распространении разработанных на первом этапе методик инактивации планктонных микроорганизмов, на биопленки и сравнении эффективности повреждения бактерий в растворах и в биопленках.

Показано, что ударные акустические волны с пиковым давлением близким к порогу прочности на разрыв материала клеточной стенки, способны разрушать периферийный слой биопленки по механизму абляции, механически разделять образовавшиеся фрагменты на жизнеспособные бактерии, и повреждать планктонные микроорганизмы. Вместе с тем, экспериментально доказана относительно низкая эффективность поражения бактерий в биопленках такими ударными волнами. Проявление антибактериального фотодинамического эффекта после обработки биопленок ударными волнами позволяет предположить, что волны способны нарушать структуру пленок, что облегчает проникновение фотосенсибилизатора в более глубокие слои. Однако точные механизмы воздействия ударных волн на биопленки еще предстоит выяснить.

В качестве термосенсибилизаторов (ТС) для генерации ударных волн наносекундными лазерными импульсами кроме красителей можно использовать наночастицы, которые одновременно способны оказывать цитотоксическое действие даже в темновых реакциях. Основная проблема при работе с наночастицами — их агрегация в кластеры, свойства которых отличаются от свойств исходных частиц. Для контроля кластеризации частиц предложена методика отслеживания кинетики агрегации коллоидных растворов, основанная на измерении динамического и статического рассеяния света. Теоретически методика обоснована концепцией фрактальной размерности и скейлинга, а экспериментально апробирована на примере агрегации коллоидного раствора золота, инициированной вариацией ионной силы раствора.

Для оценки непосредственного действия наноструктур на клетки, продолжены детальные исследования взаимодействия макромолекул с наночастицами. На данном этапе исследованы конформационные изменения в целом нейтральных полиамфолитных, а также однородно заряженных макроцепей, полипептидов, адсорбированных на поверхности продольно поляризованного золотого сфероцилиндра – цилиндрического наностержня с концами сферической формы. Представлена аналитическая модель равновесной структуры адсорбированных макроцепей на поверхности поляризованного сфероцилиндра с выделением энтропийного и полевого факторов радиально-углового распределения плотности звеньев.

Добавление в среду плазмонных наночастиц (НЧ) может привести к изменению скоростей внутримолекулярной релаксации в молекулах сенсибилизаторов. Для оценки таких изменений теоретически и экспериментально исследовано влияние плазмонных НЧ на интенсивность флуоресценции и фосфоресценции молекул эритрозина, органического красителя наиболее часто используемого нами в качестве фото- и ТС. Для расчета интенсивности люминесценции молекул в присутствии плазмонных НЧ предложена модель, учитывающая безызлучательный перенос энергии возбуждения от красителя к НЧ, изменение скоростей спонтанного излучения молекулы и индуцированного поглощения света сенсибилизатором вблизи НЧ.