Vliv růstové fáze a osvětlení na antibakteriální účinek fotoaktivních nanočástic

Abstract

Světová zdravotnická organizace považuje antimikrobiální rezistenci za jednu z deseti největších globálních zdravotních hrozeb. Proto je důležité studovat různé způsoby antimikrobiální léčby stejně jako potenciální rezistenci. Některé nanočástice, například nanočástice oxidu zinečnatého, mají antibakteriální vlastnosti a jsou studovány a testovány jako potenciální nová antibakteriální léčba. Hlavním cílem této práce bylo zkoumat vliv růstové fáze buněk bakterie Escherichia coli a kontinuální osvětlení na antibakteriální účinek nanočástic oxidu zinečnatého. Byla použita subletální koncentrace nanočástic oxidu zinečnatého, která byla stanovena na základě testu minimální inhibiční koncentrace. Pro tento experiment byly vypracovány protokoly pro přípravu buněk z různých růstových fázích. Buňky z lag, log a stacionární fáze byly kultivovány v Mueller-Hintonově bujónu nebo na petriho miskách s Mueller-Hintonovým agarem. Kinetika růstu byla sledována v reálném čase v bioreaktorech měřením optické hustoty po dobu 20 hodin, kdy osvětlovací experiment probíhal. A poté měřením koncentrace buněk pomocí množství kolonií na začátku a na konci experimentu s osvětlením pomocí série ředění a kultivací na petriho miskách s Mueller-Hintonovým agarem. Zjistila jsem statisticky významné rozdíly mezi růstovými fázemi v jejich citlivosti vůči nanočásticím ZnO a nanočásticím ZnO v kombinaci s osvětlením bílým světlem. Nejméně citlivé vůči těmto ošetřením byly buňky z lag fáze, zatímco nejcitlivější byly buňky ze stacionární fáze. Buňky stacionární fáze měly také nejdelší délku lag fáze zatímco nejkratší délku lag fáze měly buňky právě z lag fáze. Tato zjištění ukazují, že růstová fáze buněk bakterií může ovlivnit účinek subletálních koncentrací fotoaktivních nanočástic při osvětlení a měla by být zohledněna při budoucím použití fotoaktivních nanočástic pro antibakteriální léčbu.

World Health Organization considers antimicrobial resistance as one of the top 10 global health threats. Therefore, it is important to study different antimicrobial treatments as well as potential resistance. Some nanoparticles, such as ZnO nanoparticles possess antibacterial properties and are studied and tested as a potential new antimicrobial treatment. The main aim of this thesis was to see if there was an effect of growth phase of Escherichia coli bacteria cells and continuous illumination on antibacterial effect of ZnO nanoparticles. Sub-lethal concentration of ZnO nanoparticles which was determined from Minimum inhibitory concentration test was used. Preparation protocols for different growth phase cells were developed for this experiment. Lag, log and stationary phase cells were cultivated in Mueller-Hinton broth or on Mueller-Hinton agar plates. The growth kinetics was monitored in real-time by measuring optical density throughout the 20 hours of the illumination experiment in bioreactors, and then cell concentration was measured by counting the number of colonies at the beginning and at the end of the illumination experiment by a series of dilutions and addition to agarose for growth. I discovered statistically significant differences between the growth phases in their sensitivities towards the ZnO nanoparticles and ZnO nanoparticles combined with white illumination treatments. The least sensitive cells towards these treatments were the lag phase cells, while the most sensitive were the stationary phase cells. The stationary phase cells also had the longest lag phase lengths, while the lag phase cells had the shortest lag phase length. These findings show that the growth phase of bacteria cells can influence the effect of sub-lethal concentrations of photoactive nanoparticles under illumination and should be taken into consideration when photoactive nanoparticles are to be used for antibacterial treatments in the future.