CC BY
6
скармливании биологически активных веществ // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. 2017. № 6 (64). С. 22 - 30.
11. Пробиотические препараты на основе микроорганизмов рода Bacillus / О.В. Федорова, А.И. Назмиева, Э.И. Нуретдинова, Р.Т. Валеева // Вестник Технологического университета. 2016. Т. 19. № 15. - С. 170 - 174.
12. Матвеев О.А., Торшков А.А. Морфологические показатели крови цыплят-бройлеров в постинкубационном онтогенезе // Учёные записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. 2020. Т. 241. № 1. С. 138 - 142.
References
1. Khoroshevskaya L.V., Gorlov I.F. Influence of diets with desired properties on the blood composition of broilers. Ptitsevodstvo. 2016; 7: 27-30.
2. Kozhevnikov S.V. Influence of the Vetkor probiotic on immunological parameters in broiler chickens. Feeding of Agricultural Animals and Feed Production. 2009; 3: 21-23.
3. Donnik I.M., Voronin B.A. Russian agro-industrial complex at the stage of preparation for entry into the WTO. Veterinary. 2011; 6: 9 - 14.
4. Panin A.N., Malik N.I. Probiotics - an integral component of animal nutrition rations. Veterinary. 2006; 7: 3-6.
5. Topuriya L.Yu., Topuriya G.M., Grigoryeva E.V. Pharmacological aspects of the use of probiotics in broiler poultry farming. Orenburg, 2012. Р. 11-17.
6. Miroshnikov S.A., Sipailova O.Yu. Comparative morphological and functional characteristics of the organs of the immune system of poultry when fed with an enzyme preparation and a probiotic based on the culture
of B. Subtilis. Vestnik of the Orenburg State University. 2006; 5: 232-234.
7. Dzhambulatova K.D., Taiguzin R.Sh., Torshkov A.A. Growth and meat productivity of broiler chickens using probiotics for malnutrition. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2018; 73(5): 268-270.
8. Dzhambulatova K.D., Taiguzin R.Sh., Torshkov A.A. Study of the morphological composition of the blood of broiler chickens with malnutrition and correction with probiotics Laktobifadol and Vetom 1.1 // Intensity and competitiveness of livestock industries: mater. national scientific-practical. Conf., Bryansk, January 25, 2018. Bryansk: Publishing House of the Bryansk State Agrarian University, 2018. P. 63-67.
9. Morphological and biochemical parameters of quail blood when using the additive of licorice root extract / Zh.S. Kushmukhaiov, R.Sh. Taiguzin, B.E. Nurgaliev, A.K. Kereev // Achievements and prospects for the development of biological and veterinary science: mater. national scientific-practical. conf. with international participation Orenburg: Orenburg State Agrarian University, 2019. P. 10-14.
10. Minchenko V.N., Donskikh P.P., Bass E.S. Morphological and functional indicators of broiler chickens when feeding biologically active substances. Vestnik of the Bryansk State Agricultural Academy. 2017; 64(6): 22-30.
11. Probiotic preparations based on microorganisms of the genus Bacillus / O.V. Fedorova, A.I. Nazmieva, E.I. Nuretdinova, R.T. Valeeva. Bulletin of the Technological University. 2016; 19(15): 170-174.
12. Matveev O.A., Torshkov A.A. Morphological parameters of the blood of broiler chickens in post-incubation ontogenesis. Scientific notes Kazan Bauman State Academy of Veterinary Medicine. 2020; 241(1): 138-142.
Клара Дамировна Джамбулатова, старший преподаватель, klara1607@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0001-7630-7373
Klara D. Dzhambulatova, senior lecturer, klara1607@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0001-7630-7373
Статья поступила в редакцию 06.12.2022; одобрена после рецензирования 20.12.2022; принята к публикации 10.01.2023.
The article was submitted 06.12.2022; approved after reviewing 20.12.2022; accepted for publication 10.01.2023.
-Ф-
Научная статья
УДК 579.62, 579.64, 57.033, 620.3
doi: 10.37670/2073-0853-2023-99-1-248-255
Обзор эмпирических литературных данных по получению и оценке биологической активности зелёных наночастиц*
Елена Петровна Мирошникова, Алексей Николаевич Сизенцов,
Азамат Ерсаинович Аринжанов, Юлия Владимировна Килякова
Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия
Аннотация: Проведён анализ эмпирических литературных данных по изучению вопроса синтеза и практического использования наночастиц. Показано, что одним из ключевых факторов в создании новых технологий является направленный зелёный синтез с использованием экстрактов растений, микроорганизмов и грибов. При этом ключевую позицию занимают фитобиотические соединения, обладающие высоким уровнем восстановительного потенциала. Спектр использования таких веществ разнообразен: медицина (создание антисептиков, противомикробных и противоопухолевых соединений), растениеводство (биоорганические удобрения и т.п.) и животноводство (разработка кормовых антибиотикозамещающих до-
* Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда 2022 года; соглашение № 22-26-00281 от 27.12.2021 г.
бавок, новых лекарственных препаратов и т.д.). Представлены результаты экспериментальных данных по направленному синтезу и оценке биологической активности наночастиц серебра и меди, а также данные об их возможном использовании в качестве кормовых добавок.
Ключевые слова: зелёный синтез наночастиц, экстракты растений, серебро, медь, P. aeruginosa, аква-культура, обзор.
Для цитирования: Обзор эмпирических литературных данных по получению и оценке биологической активности зелёных наночастиц / Е.П. Мирошникова, А.Н. Сизенцов, А.Е. Аринжанов, Ю.В. Килякова // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2023. № 1 (99). С. 248 - 255. https:// doi.org/10.37670/2073-0853-2023-99-1-248-255.
Original article
Review of empirical literature data on the preparation and evaluation of biological activity of green nanoparticles
Elena P. Miroshnikova, Alexey N. Sizentsov, Azamat E. Arinzhanov, Yulia V. Kilyakova
Orenburg State University, Orenburg, Russia
Abstract. An analysis of empirical literature data on the study of the issue of synthesis and practical use of nanoparticles was carried out. It is shown that one of the key factors in the creation of new technologies aimed at the synthesis of biologically active metal nanoparticles is directed green synthesis using extracts of plants, microorganisms and fungi. At the same time, the key position is occupied by phytobiotic compounds with a high level of reducing potential. The range of use of such substances is diverse: medicine (creation of antiseptics, antimicrobial and antitumor compounds), crop production (bioorganic fertilizers, etc.) and animal husbandry (development of feed antibiotic-substituting additives, new drugs, etc.). The results of experimental data on the directed synthesis and evaluation of the biological activity of silver and copper nanoparticles, as well as data on their possible use as feed additives, are presented.
Keywords: green nanoparticle synthesis, plant extracts, silver, copper, P. aeruginosa, aquaculture, review.
For citation: Review of empirical literature data on the preparation and evaluation of biological activity of green nanoparticles / E.P. Miroshnikova, A.N. Sizetsov, A.E. Arinzhanov, Y. V. Kilyakova Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2023; 99(1): 248-255. (In Russ.). https://doi.org/10.37670/2073-0853-2023-99-1-248-255.
Масштабное долгосрочное применение кормовых антибиотиков для стабилизации и устойчивого развития различных отраслей животноводства, птицеводства и аквакультуры привело к тому, что патогенные микроорганизмы, выделенные из организма рыб, в большинстве случаев обладают выраженной резистентностью к антибактериальным химиотерапевтическим препаратам, что в свою очередь представляет собой проблему для экономики и здравоохранения. Природные антимикробные заменители традиционных антибиотиков - это важный инструмент в борьбе с устойчивостью к антибиотикам [1].
Нанотехнологии показали значительный потенциал в различных областях исследований, в том числе и в качестве антимикробных препаратов. В современной литературе представлен большой объём данных по использованию наночастиц серебра. Как известно, серебро использовалось в медицинских целях с древних времен из-за его бактерицидных свойств, а высокореактивные поверхности наночастиц серебра (AgNP) указывают на то, что они могут иметь антимикробное применение. Следует отметить, что в современной научной литературе преобладает общая тенденция по использованию наночастиц, полученных преимущественно с использованием направленного зелёного синтеза. Это относительно безопасный метод синтеза наночастиц серебра (AgNP), обладающих хорошей цитосовместимостью с клетками и выраженными
ингибирующими характеристиками в отношении патогенных микроорганизмов.
Растительно-опосредованный синтез металлических наночастиц был разработан в качестве замены для преодоления ограничений традиционных подходов к синтезу, таких, как физические и химические методы. Биомолекулы - белки, аминокислоты, ферменты, флавоноиды и терпе-ноиды из нескольких растительных экстрактов -использовались в качестве стабилизирующих и восстановительных агентов для синтеза AgNP. Несмотря на широкий спектр биомолекул, используемых в процедуре синтеза, исследователи сталкиваются с серьёзной проблемой синтеза стабильных и геометрически контролируемых AgNP. В последнее десятилетие было предпринято несколько усилий по разработке методов синтеза, опосредованных растениями, для получения стабильных, экономичных и экологически чистых AgNP. Исследователями описано более сотни различных источников растительных экстрактов для синтеза AgNP. Большинство данных сосредоточены на различных растительных источниках для синтеза, различных методах харак-теризации для характеристического анализа и антибактериальной активности против бактерий [2]. Представленные данные свидетельствуют о наличии ингибирующего эффекта наночастиц серебра в отношении A. hydrophila, Aeromonas bestiarum, Pseudomonasflurescens, E. tarda, Vibrio harveyi, Proteus spp. и Flavobacterium spp. [3 - 11].
Использование растительных экстрактов для синтеза наночастиц может быть полезным из-за простоты масштабирования с меньшим количеством биологических опасностей (табл. 1).
Несмотря на высокий уровень доказательной базы применения AgNP в качестве антимикроб-
ных соединений как в сочетании с антибактериальными химиотерапевтическими препаратами, так и в качестве моновалентного действующего вещества в отношении широкого спектра микроорганизмов, включая грамотрицательные и грам-положительные бактерии и грибы, до сих пор не
1. Примеры методических подходов получения AgNP направленным зелёным синтезом
с использованием экстрактов растений
Растение Методика синтеза Ссылка на публикацию
Origanum vulgare L. 1 г листьев O. vulgare разрезали на мелкие кусочки; затем с помощью мельницы получали порошок, который растворяли в 10 мл дистиллированной воды и нагревали при 60 °С в течение 10 мин. После охлаждения и фильтрации (фильтровальная бумага Whatman No. 1) раствор смешивали с 90 мл 1 мМ раствора нитрата серебра (AgNO3) и постепенно нагревали при 60 °С в течение 10 мин. Переход цвета раствора к красновато-коричневому свидетельствует о продуцировании НЧ Ag Ghetas H.A. et al. (2022) [1]
Cotyledon orbculata Свежие листья C. orbiculata срезали с целого растения и промывали дистиллированной водой. Затем свежие листья (300 г) разрезали на мелкие кусочки, смешивали и мацерировали в 600 мл дистиллированной воды в течение ночи. После этого экстракты фильтровали на фильтровальной бумаге Whatman № 1 с последующей микрофильтрацией на фильтрах 0,45 мкм. Далее экстракт концентрировали сушкой вымораживанием и хранили при 4 °C до использования. Синтез Cotyledon-AgNP осуществляли следующим образом: 5 мл раствора AgNO3 (1 мМ и 3 мМ) смешивали с 1 мл различных концентраций растительного экстракта в стеклянных пробирках (1, 5, 3, 6, 12, 24 и 48 мг/мл). Эти смеси инкубировали при 25 °С (комнатная температура) или 70 °С при перемешивании в течение 0,5; 1; 2 или 3 час. в темноте. Затем Cotyledon-AgNP очищали центрифугированием при 10000 об/мин в течение 10 мин., осадок ресуспен-дировали в дистиллированной воде. Этот процесс повторялся трижды Tyavambiza C. et al. (2021) [12]
Elaeagnus umbellata (плоды) Сначала плоды растения много раз промывали обычной водопроводной водой, затем - дистиллированной водой для удаления всех частиц пыли и сушили в тени для удаления остаточной влаги. Через 25 дн. сухофрукты измельчали до порошкообразного состояния и хранили в герметичной банке для дальнейшего использования. Для приготовления растительного экстракта 10 г порошка растворяли в 100 мл дистиллированной воды и оставляли на 3 дня. Затем его фильтровали через фильтровальную бумагу Whatman № 1, а фильтрат сохраняли в пробирке для синтеза НЧ Ag. AgNP были синтезированы с использованием подхода зелёного синтеза. Для синтеза к 20 мл растительного фильтрата в колбе добавляли раствор AgNO3 (80 мл; 1,0 мМ). Данную смесь выдерживали в течение 30 мин. при 45 °C на водяной бане, доводя pH до 9, поскольку было показано, что более высокие значения pH приводят к образованию наночастиц меньшего размера. Полученный раствор хранили в темноте и ждали изменения окраски. Через некоторое время окраска раствора менялась с прозрачной на жёлтую, а затем - на тёмно-коричневую, что свидетельствовало о синтезе НЧ Ag. Полученный раствор разливали в пробирки Falcon и центрифугировали при 10000 об /мин в течение 6 мин. Процесс повторного диспергирования и повторного центрифугирования повторяли трижды для удаления любого нежелательного материала Zulfiqar H. et al. (2022) [10]
Свежие листовые почки манго R. mucronata Листовые почки массой 15 г тщательно промывали стерильной дистиллированной водой и хорошо растирали пестиком в ступке. Измельчённый материал смешивали со 100 мл стерильной дистиллированной воды, затем переносили в колбу Эрленмейера на 500 мл и кипятили содержимое в течение 3 мин. После кипячения содержимое фильтровали через марлевый фильтр, фильтрат хранили в стерильном стакане при 4 °С для дальнейшего использования. К 100 мл водного раствора нитрата серебра (1 мМ) добавляли 10 мл экстракта листьев R. mucronata. Эту смесь выдерживали при давлении 15 фунтов на квадратный дюйм при 121 °С в течение 5 мин. Изменение цвета с зелёного на желтовато-коричневый визуально подтверждает образование AgNP Umashankari J. et al. (2012) [4]
Экстракт чайных листьев (Camellia sinensis) Для приготовления отвара 180 г сухих чайных листьев кипятили в 400 мл воды в чистой конической колбе. Полученный настой многократно фильтровали до тех пор, пока не исчезал нерастворимый материал. Наночастицы были синтезированы добавлением водных растворов AgNO3 к экстракту отвара чайного листа. В типичном синтезе 75 мл 0,01 моль л-1 AgNO3 добавляли к 10 мл экстракта чайного листа при постоянном перемешивании при 40°С. В течение 30 мин. появилось жёлтое окрашивание, указывающее на начало образования AgNps. Синтезированные AgNps были подтверждены в контактном режиме с использованием атомно-силового микроскопа с длинными зондами из нитрида кремния (100 мкм) Vaseeharan B. et al. (2010) [5]
хватает полноценного спектра фундаментальных данных с целью составления точного механизма их противомикробного действия. Большой объём библиометрических данных тем не менее позволяет составить как минимум три основных чётко сформулированных механизма ингиби-рующих эффектов: 1 - связан с деструктивными изменениями клеточной стенки и мембраны; 2 - способность к внутриклеточному проникновению и повреждению; 3 - окислительное действие [13].
В таблице 2 представлены мета-аналитические литературные данные по оценке ингибирующе-го действия AgNP, полученных направленным зелёным синтезом в отношении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов на модели in vitro.
Наночастицы, полученные путём направленного зелёного синтеза, имеют широкий спектр возможного использования, в том числе в качестве антибактериальных, противораковых, противогрибковых, противопаразитарных, антиоксидантов, каталитических восстановителей, катализаторов, биосенсоров, средств доставки лекарств, топливных элементов, фотокатализаторов и тераностиков [34 - 38]. Всё же существуют некоторые ограничения для метода синтеза, опосредованного растениями, которые необходимо учитывать. Это сложность и разнообразие фитохимических веществ в растительных системах, реакции биовосстановления, гомогенность, масштабирование, воспроизводимость, доступность материала и стабильность продукта [39].
2. Оценка ингибирующих характеристик наночастиц серебра, полученных направленным зелёным синтезом [13]
Растение Размер и морфология НЧ Тестовый организм Результат* Ссылка
1 2 3 4 5
Elephantopus scaber 37 нм; сферический B. subtilis, L. lactis, P. fluorescens, P. aeruginosa, A. flavus и A. penicilloides Зоны ингибирования 16 - 24 мм и 11 - 12 мм в отношении исследуемых штаммов бактерий и грибов соответственно Francis S. et al. (2018) [14]
Camellia sinensis 10 - 20 нм; сферический Метициллин- и ванкомицин-резистентный S. aureus Зоны ингибирования 19 - 21 мм, МПК = 8 мкг/мл Asghar M.A. et al. (2018) [15]
Phyllanthus amarus 30 -42 нм; похожий на цветок E. coli, Pseudomonas spp., Bacillus spp., Staphylococcus spp., A. niger, A. flavus и Penicillium spp. Зоны ингибирования 6 - 11 мм и 5 - 8 мм в отношении испытуемых штаммов бактерий и грибов соответственно Ajitha B. et al. (2018) [16]
Salvia leriifolia 27 нм; сферический P. aeruginosa, E. coli, C. freundii, E. aerogenes, A. baumannii, S. marcescens, K. pneumoniae и S. pneumoniae 67,9 % (P. aeruginosa), 76,5 % (E. coli), 84,7 % (E. aerogenes), 101,4 % (A. baumannii ), 25,3 % (S. marcescens ), 191,8 % (K. pneumonia) и 141 % (S. pneumoniae) уровни ингибирования Baghayeri M. et al. (2018) [17]
Psidium guajava 20 - 35 нм; сферический B. aryabhattai, B. megaterium, B. subtilis, A. creatinolyticus, E. coli, A. faecalis, S. cerevisiae, A. niger и R. oryzae Зоны ингибирования 19 - 22 мм, 23 - 26 мм, 17 - 19 мм при концентрации 300 мкг/мл против грамположительных и грамотрицательных бактерий и грибов соответственно Wang L. et al. (2017) [18]
Alpinia katsumadai 12,6 нм; квазисферический S. aureus, E. coli и P. aeruginosa Минимальная ингибирующая концентрация (МИК) = 20 мкг/мл для S. aureus и E. coli и МИК = 40 мкг/мл для P. aeruginosa. Ингибирование роста при 20 мкг/мл для S. aureus и E. coli и при 40 мкг/мл для P. aeruginosa составляло 65 %, 64 % и 63 % после 9-часовой инкубации соответственно He Y. et al. (2017) [19]
Nelumbo nucifera 12,9 нм; квазисферический S. aureus и P. aeruginosa МИК = 10 мкг/мл как для S. aureus так и для P. aeruginosa. Было обнаружено, что эффективная бактерицидная концентрация составляет 10 мкг/мл, рост бактерий не наблюдался в течение 10 час. He Y. et al. (2018) [20]
продолжение табл. 2
1 2 3 4 5
Convolvulus 28 нм; сфе- E. coli, S. aureus и Зона ингибирования роста 17 мм в отношении Hamedi S. et al.
arvensis рический P. aeruginosa E. coli при максимальной дозе. Рост E. coli в среде с биосинтезированными НЧ Ag замедлялся. Минимальная концентрация эрадикационной биоплёнки составляла 20 мкг/мл (S. aureus) и 50 мкг/мл (P. aeruginosa) (2017) [21]
Erythrina 15 - 34 нм; B. subtilis, S. aureus, В отношении E. coli, B. subtilis и C. viswanathi Mohanta Y.K. et
suberosa сферический E. coli, P. aeruginosa, C. albicans, C. krusei, C. viswanathi и T. mentagrophytes зона ингибирования не наблюдалась, в отношении остальных тест-микроорганизмов составляла 16 - 24 мм. Рост ингибирования составлял 16,27 - 99,26 % и 36 - 82,27 % в отношении штаммов бактерий и грибов соответственно al. (2017) [22]
Ocimum sanctum 14,6 нм; сферический E. coli Сравнивали антибактериальную активность AgNP, биосинтезированных с использованием растительного экстракта и чистого биоактивного соединения. Аналогичные зоны ингибирования (10 мм) и МИК (150 мкг/мл) наблюдались Jain N. et al (2015) [23]
Cichorium intybus Различные размеры в зависимости от соотношения металла и экстракта; сферический E. coli, S. aureus и P. aeruginosa Антибактериальную активность AgNP тестировали как в отношении референтных штаммов (зоны ингибирования 10 - 14 мм и МИК = 4,7 - 8,4 пМ), так и клинических изолятов (зоны ингибирования 13 - 15 мм и МИК = 4,4 - 5,2 пМ) Gallucci M.N. et al. (2017) [24]
Phlomis 19 - 30 нм; E. coli, 12 - 15 мм зоны ингибирования всех тест- Allafchian A.R.
сферический S. typhimurium, S. aureus и B. cereus микроорганизмов et al. (2016) [25]
Artocarpus altilis 25 -43 нм; сферический E. coli, S. aureus и P. aeruginosa Зоны ингибирования шириной 8 - 10 мм наблюдались при концентрации 100 мкг/мл H4Ag Ravichandran A. et al. (2018) [26]
Pedalium 10 - 150 нм; E. coli, Зоны ингибирования при наибольшей концентра- Anandalakshmi
murex сферический K. pneumoniae, ции составляли 8,5 - 10,5 мм и 9 - 10 мм в отноше- K. et al. (2016)
P. aeruginosa, M. flavus, B. subtilis, B. pumilus и S. aureus нии испытуемых грамотрицательных и 9 - 10 мм соответственно [27]
Emblica officinalis 15 нм; сферический S. aureus, B. subtilis, E. coli и K. pneumoniae Биосинтезированные AgNP были более эффективны против грамотрицательных бактерий, чем против грамположительных бактерий. Зоны ингибирования 19 - 21 мм наблюдались в отношении грамотрицательных бактерий, тогда как в отношении грамположительных бактерий она составляла 15 - 17 мм Ramesh P.S. et al. (2015) [28]
Eucalyptus globulus 1,9 - 4,3 нм и 5 - 25 нм с ESBL-продуцент, P. aeruginosa, E. coli, Зоны ингибирования 19 - 21 мм, МПК = 27 - 36 мкг/мл и МБК = 30 -42 мкг/мл от- Ali K. et al. (2015) [29]
обработкой микроволнами и без нее; сферический чувствительный к метициллину и устойчивый к метициллину S. aureus мечены в отношении всех тест-микроорганизмов. Наблюдалось примерно 80%-ное ингибирование биоплёнок, образованных S. aureus и P. aeruginosa при концентрации 30 мкг / мл
Musa paradisiaca 23,7 нм; сферический B. subtilis, S. aureus, P. aeruginosa и E. coli МИК и МБК AgNP были определены как 1,7 - 6,8 мкг/мл и 5,1 - 10,2 мкг/мл соответственно Ibrahim H.M.M. (2015) [30]
Dalbergia spinosa 18 нм; сферический B. subtilis, S. aureus, P. aeruginosa и E. coli Зоны ингибирования 19 - 28 мм при концентрации 300 мкг/мл и МИК = 11 - 18 мкг/мл Muniyappan N., Nagarajan N.S. (2014) [31]
Boerhaavia diffusa 25 нм; сферический Возбудители болезней рыб: A. hydrophila, P. fluorescens и F. branchiophilum. Было определено, что МИК составляет 3,12 мкг/мл (F. branchiophilum), 25 мкг/мл (A. hydrophila) и 50 мкг/мл (P. fluorescence) Kumar P. et al. (2013) [32]
Mimusops elengi 55 - 83 нм; сферический Клинические изоляты MDR K. pneumoniae, M. luteus и S. aureus Наблюдалась дозозависимая активность AgNP. Зоны ингибирования 11 - 18 мм в отношении всех изолятов при максимальной концентрации Prakash P. et al. (2013) [33]
Примечание: * Антибактериальную активность определяли использованием диффузионных методов (наложения дисков, лунок в агаровом слое).
В области нанотехнологии медь привлекает значительное внимание исследователей, особенно в секторе наноматериалов [40]. Это обусловлено её низкой стоимостью, широким распространением и проводимостью по сравнению с серебром и золотом [39, 41, 42] и высоким потенциалом биологического действия - ранозаживляющего, антибактериального [43]. На современном этапе были разработаны различные наноматериалы Си (Си-КМ), в том числе по опосредованному зелёному синтезу наноматериалов Си с различными направлениями применения [44].
По сравнению с другими молекулярными материалами меди медьсодержащие НЧ имеют большую площадь поверхности и другую кристаллическую структуру и могут воздействовать на различные клеточные компоненты микробных клеток с помощью некоторых уникальных механизмов, проявляя лучшую антибактериальную активность [41]. Медьсодержащие НЧ способны интенсивнее растворяться в растворах, высвобождать больше ионов металлов и оказывать более сильное антимикробное действие [45]. Кроме того, медьсодержащие НЧ могут вызывать одновременно несколько антибактериальных механизмов, но одному и тому же микроорганизму трудно иметь несколько генных мутаций, чтобы справиться с различными антимикробными механизмами НЧ, поэтому вероятность устойчивости к противомикробным препаратам мала.
Металлические наночастицы (МНЧ), полученные путём зелёного синтеза с использованием растительных экстрактов, вызывают огромный интерес в научном сообществе благодаря их отличной антибактериальной, противогрибковой и антибиопленочной активности. Для оценки этих фармакологических свойств были успешно разработаны и внедрены различные методы. Несмотря на то что данные методы основаны на руководящих принципах национальных и международных регулирующих органов, они страдают от отсутствия стандартизации экспериментальных условий. Эта ситуация приводит к отсутствию воспроизводимости и сопоставимости данных из разных условий исследования. Чтобы свести к минимуму эти проблемы, специалисты должны разработать рекомендации по оценке антимикробного действия и антибио-плёнки МНЧ [46].
Многочисленные литературные данные о применении металлических ультрадисперсных частиц свидетельствуют о наличии токсических эффектов отдельных элементов (Ag, Си, Т и др.) на представителей аквакультуры независимо от формы их поступления [47]. Так, в отношении исследования биотоксичности наночастиц серебра на различных моделях аквакультуры установлено, что острая токсичность AgNP имеет дозозависимый эффект в эмбриональной стадии
развития персидского осетра (Acipenser persicus) и севрюги (Acipenser stellatus) с максимальными аккумулирующими характеристиками в концентрации 0,1 мг/л [48]. Экспериментально установлено, что AgNP (15 нм) оказывает влияние на метаболические процессы палтуса (Scophthalmus maximus) с максимальным уровнем аккумуляции в гепатоцитах, проявляющееся изменением ткани печени в концентрации 0,075 мг/кг массы тела. Наряду с этим наночастицы влияют на синтез белка и транскрипцию нуклеиновых кислот [49].
Основываясь на наличии токсических эффектов на фоне поступления избыточных нано-частиц серебра, авторы научных исследований предлагают различные подходы для снижения уровня токсического действия на представителей аквакультуры. Например, на модели нильской тиляпии (Oreochromis niloticus) показано, что использование мелатонина не только стабилизирует биохимические параметры плазмы и печени, но и снижает уровень токсичности AgNP [50].
Вывод. Результаты анализа научных исследований свидетельствуют об актуальности проблемы синтеза и практического использования наночастиц в растениеводстве, животноводстве, медицине. Ключевым фактором в создании новых технологий является направленный зелёный синтез с использованием экстрактов растений, микроорганизмов и грибов.
Список источников
1. Antimicrobial activity of chemically and biologically synthesized silver nanoparticles against some fish pathogens / H.A. Ghetas, N. Abdel-Razek, M.S. Shakweer et al. Saudi Journal of Biological Sciences. 2022; 29(3): 1298-1305. https://doi.org/10.1016/j .sjbs.2021.11.015.
2. Rajeshkumar S, Bharath LV. Mechanism of plant-mediated synthesis of silver nanoparticles - A review on biomolecules involved, characterisation and antibacterial activity. Chemico-biological Interactions. 2017; 273: 219227. https://doi.org/10.1016/j.cbi.2017.06.019.
3. Antimicrobial activity of Leucas aspera engineered silver nanoparticles against Aeromonas hydrophila in infected Catla catla / J.J. Antony, M. Nivedheetha, D. Siva et al. Colloids Surf B Biointerfaces. 2013; Sep. 1: 109: 20-4. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2013.03.020.
4. Mangrove plant, Rhizophora mucronata (Lamk, 1804) mediated one pot green synthesis of silver nanoparticles and its antibacterial activity against aquatic pathogens / J. Umashankari, D. Inbakandan, T.T. Ajithkumar, T. Bala-subramanian. Aquatic Biosystems. 2012; May 18; 8(1): 11. https://doi.org/10.1186/2046-9063-8-11.
5. Vaseeharan B., Ramasamy P., Chen J.C. Antibacterial activity of silver nanoparticles (AgNps) synthesized by tea leaf extracts against pathogenic Vibrio harveyi and its protective efficacy on juvenile Feneropenaeus indicus. Letters in Applied Microbiology. 2010; 50(4): 352-6. https:// doi.org/10.1111/j.1472-765X.2010.02799.x.
6. Synthesis of silver and gold nanoparticles using cashew nut shell liquid and its antibacterial activity against fish pathogens / P. Velmurugan, M. Iydroose, S.M. Lee et al. Indian Journal of Microbiology. 2014; 54(2): 196-202. https://doi.org/10.1007/s12088-013-0437-5.
7. Antimicrobial activity of metal based nanoparticles against microbes associated with diseases in aquaculture / P. Swain, S.K. Nayak, A. Sasmal et al. World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2014; 30(9): 2491-502. https://doi.org/10.1007/s11274-014-1674-4.
8. Green synthesis of silver nanoparticles from leaf extract of Mimusops elengi, Linn. for enhanced antibacterial activity against multi drug resistant clinical isolates / P. Prakash, P. Gnanaprakasam, R. Emmanuel et al. Colloids and surfaces B: Biointerfaces. 2013; 108: 255-9. https:// doi.org/10.1016/j.colsurfb.2013.03.017.
9. In vitro assessment of the antimicrobial activity of silver and zinc oxide nanoparticles against fish pathogens / M.I. Shaalan, M.M. El-Mahdy, S. Theiner et al. Acta Veterinaria Scandinavica. 2017; 59(1): 49. https://doi.org/10.1186/ s13028-017-0317-9.
10. Antibacterial, Antioxidant and Phytotoxic Potential of Phytosynthesized Silver Nanoparticles Using Elaeag-nus umbellata Fruit Extract / H. Zulfiqar, M.S. Amjad, A. Mehmood et al. Molecules. 2022; 27(18): 5847. https:// doi.org/10.33 90/molecules27185847.
11. Ramesh P.S., Kokila T., Geetha D. Plant mediated green synthesis and antibacterial activity of silver nanoparticles using Emblica officinalis fruit extract. Spectrochimica Acta Part A Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2015; 142: 339-43. https://doi.org/10.1016/j. saa.2015.01.062.
12. The Antimicrobial and Anti-Inflammatory Effects of Silver Nanoparticles Synthesised from Cotyledon or-biculata Aqueous Extract / C. Tyavambiza, A.M. Elbagory, A.M. Madiehe et al. Nanomaterials (Basel). 2021; 11(5): 1343. https://doi.org/10.3390/nano 11051343.
13. Green synthesis of silver nanoparticles: biomolecule-nanoparticle organizations targeting antimicrobial activity / A. Roy, O. Bulut, S. Some et al. RSCAdvances. 2019; 9(5): 2673-2702. https://doi.org/10.1039/c8ra08982e.
14. Francis S., Siby J., Koshy E.P. Microwave assisted green synthesis of silver nanoparticles using leaf extract of elephantopusscaber and its environmental and biological applications. Artificial Cells. 2017; 46(4): 1-10. https://doi. org/10.1080/21691401.2017.1345921
15. Iron, copper and silver nanoparticles: Green synthesis using green and black tea leaves extracts and evaluation of antibacterial, antifungal and aflatoxin B1 adsorption activity / M.A. Asghar, E. Zahir, S.M. Shahid et al. LebensmittelWissenschaft und-Technologie. 2018; 90: 98-107. https:// doi.org/10.1016/j.lwt.2017.12.009.
16. Synthesis of silver nanoparticles in an eco-friendly way using Phyllanthus amarus leaf extract: Antimicrobial and catalytic activity / B. Ajitha, Y. Ashok Kumar Reddy, Hwan-Jin Jeon, Chi Won Ahn. Advanced Powder Technology. 2018; 29(1): 86-93. https://doi.org/10.1016/j. apt.2017.10.015.
17. Green synthesis of silver nanoparticles using water extract of Salvia leriifolia: Antibacterial studies and applications as catalysts in the electrochemical detection of nitrite / M. Baghayeri, B. Mahdavi, Z. Hosseinpor-Mohsen Abadi, S. Farhadi. Applied Organometallic Chemistry. 2018; 32: e4057. https://doi.org/10.1002/aoc.4057.
18. Wang L., Hu C., Shao L. The antimicrobial activity of nanoparticles: present situation and prospects for the future. International Journal of Nanomedicine. 2017; 12: 1227-1249. https://doi.org/10.2147/IJN.S121956.
19. Green synthesis of silver nanoparticles using seed extract of Alpinia katsumadai, and their antioxidant, cyto-toxicity, and antibacterial activities / Y. He, F. Wei, Z. Ma et al. RSC Advances. 2017; 7: 39842-39851.
20. A green approach for synthesizing silver nanoparticles, and their antibacterial and cytotoxic activities / Y. He, X. Li, Y. Zheng et al. New Journal of Chemistry. 2018; 42: 2882-2888.
21. Hamedi S., Shojaosadati S.A., Mohammadi A. Evaluation of the catalytic, antibacterial and anti-biofilm activities of the Convolvulus arvensis extract functional-ized silver nanoparticles. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2017; 167: 36-44. https://doi. org/ 10.1016/j.j photobiol.2016.12.025.
22. Antimicrobial, Antioxidant and Cytotoxic Activity of Silver Nanoparticles Synthesized by Leaf Extract of Erythrina suberosa (Roxb.) / Y.K. Mohanta, S.K. Panda, R. Jayabalan et al. Frontiers in Molecular Biosciences. 2017; 4: 14. https://doi.org/10.3389/fmolb.2017.00014.
23. Removal of Protein Capping Enhances the Antibacterial Efficiency of Biosynthesized Silver Nanoparticles / N. Jain, A. Bhargava, M. Rathi et al. PLoSOne. 2015; 10(7): e0134337. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0134337.
24. Silver nanoparticles from leafy green extract of Belgian endive (Cichorium intybus L. var. sativus): Biosynthesis, characterization, and antibacterial activity / M.N. Gallucci, J.C. Fraire, A.P.V. Ferreyra Maillard et al. Materials Letters. 2017; 197: 98-101. https://doi. org/10.1016/j. matlet.2017.03.141.
25. Green synthesis of silver nanoparticles using phlomis leaf extract and investigation of their antibacterial activity / A.R. Allafchian, S.Z. Mirahmadi-Zare, S.A.H. Jalali et al. Journal of Nanostructure in Chemistry. 2016; 6: 129-135. https://doi.org/10.1007/s40097-016-0187-0.
26. Phyto-mediated synthesis of silver nanoparticles using fucoidan isolated from Spatoglossum asperum and assessment of antibacterial activities / A. Ravichandran, P. Subramanian, V. Manoharan et al. Journal of Photochemistry and Photobiology. 2018; 185: 117-125. https:// doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2018.05.031.
27. Anandalakshmi K., Venugobal J., Ramasamy V. Characterization of silver nanoparticles by green synthesis method using Pedalium murex leaf extract and their antibacterial activity. Applied Nanoscience. 2016; 6: 399-408. https://doi.org/10.1007/s13204-015-0449-z.
28. Ramesh P.S., Kokila T., Geetha D. Plant mediated green synthesis and antibacterial activity of silver nanopar-ticles using Emblica officinalis fruit extract. Spectrochimica Acta Part A Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2015; 142: 339-43. https://doi.org/10.1016/j.saa.2015.01.062.
29. Microwave Accelerated Green Synthesis of Stable Silver Nanoparticles with Eucalyptus globulus Leaf Extract and Their Antibacterial and Antibiofilm Activity on Clinical Isolates. K. Ali, B. Ahmed, S. Dwivedi et al. PLoS One. 2015; 10(7): e0131178. https://doi.org/10.1371/journal. pone.0131178.
30. Ibrahim H.M.M. Green synthesis and characterization of silver nanoparticles using banana peel extract and their antimicrobial activity against representative microorganisms. Journal of Radiation Research and Applied Sciences. 2015; 8: 265-275. https://doi.org/10.1016/jjrras.2015.01.007.
31. Muniyappan N., Nagarajan N.S. Green synthesis of silver nanoparticles with Dalbergia spinosa leaves and their applications in biological and catalytic activities. Process Biochemistry. 2014; 49: 1054-1061. https://doi.org/10.1016/j. procbio.2014.03.015.
32. Kumar P., Senthamil Selvi S., Govindaraju M. Seaweed-mediated biosynthesis of silver nanoparticles using Gracilaria corticata for its antifungal activity against Candidaspp. Applied Nanoscience. 2013; 3: 495-500. https:// doi.org/10.1007/s13204-012-0151-3.
33. Green synthesis of silver nanoparticles from leaf extract of Mimusops elengi, Linn. for enhanced antibacterial activity against multi drug resistant clinical isolates / P. Prakash, P. Gnanaprakasam, R. Emmanuel et al. Colloids and surfaces B: Biointerfaces. 2013;108: 255-9. https://doi. org/10.1016/j.colsurfb.2013.03.017.
34. Single-step Green Synthesis of Highly Concentrated and Stable Colloidal Dispersion of Core-shell Silver Nanoparticles and Their Antimicrobial and Ultra-high Catalytic Properties / A. Ali, M. Sattar, F. Hussain et al. Nanomaterials. 2021; 11: 1007.
35. Au@Ag Core@Shell Nanoparticles Synthesized with Rumex Hymenosepalus as Antimicrobial Agent / J.M.A. Villalobos-Noriega, E. Rodríguez-León, C. Rodríguez-Beas et al. Nanoscale Research Letters. 2021; 16: 118.
36. Phytosynthesized Metal Oxide Nanoparticles for Pharmaceutical Applications / S. Andra, S.K. Balu, J. Jeevanandham et al. Naunyn-Schmiedeberg's Archives of Pharmacology. 2019; 392: 755-771.
37. Annu A.A., Ahmed, S. Green Synthesis of Metal, Metal Oxide Nanoparticles, and Their Various Applications. In Handbook of Ecomaterials; Springer International Publishing: Cham, Switzerland, 2018; pp. 1-45.
38. Biogenic Synthesis of Shape-Tunable Au-Pd Alloy Nanoparticles with Enhanced Catalytic Activities / R. Chowdhury, M.M.R. Mollick, Y. Biswas et al. Journal of Alloys and Compounds. 2018; 763: 399-408.
39. Biogenic Synthesis of Copper-Based Nanomaterials Using Plant Extracts and Their Applications: Current and Future Directions / J. Vincent, K.S. Lau, Y.C. Evyan et al. Nanomaterials (Basel). 2022; 12(19): 3312. https://doi. org/10.3390/nano12193312.
40. Clubb Green Synthesis of Nanoparticles: Current Developments and Limitations / S. Ying, Z. Guan, P.C. Ofoegbu et al. Environmental Technology & Innovation. 2022; 26: 102336.
41. Copper sulfide with morphology-dependent photody -namic and photothermal antibacterial activities / C. Mutalik, G. Okoro, D.I. Krisnawati et al. Journal of Colloid and Interface Science. 2022; 607(Pt 2): 1825-1835. https://doi. org/10.1016/j.jcis.2021.10.019.
42. Fast Microwave-Assisted Synthesis of Copper Nanowires as Reusable High-Performance Transparent Con-
ductive Electrode / A.S. Hashimi, R.T. Ginting, S.X. Chin et al. Current Applied Physics. 2020; 20: 205-211.
43. Antibacterial Effect of Copper Sulfide Nanoparticles on Infected Wound Healing / Y. Liang, J. Zhang, H. Quan et al. Surgical Infections. 2021; 22(9): 894-902. https://doi. org/10.1089/sur.2020.411.
44. Green Synthesis of Nanoparticles Using Plant Extracts: A Review / S. Jadoun, R. Arif, N.K. Jangid, R.K. Meena. Environmental Chemistry Letters. 2021; 19: 355-374.
45. Cell membrane damage and protein interaction induced by copper containing nanoparticles--importance of the metal release process / H.L. Karlsson, P. Cronholm, Y. Hedberg et al. Toxicology. 2013; 313(1): 59-69. https:// doi.org/10.1016/j.tox.2013.07.012.
46. A Critical Review of the Antimicrobial and Antib-iofilm Activities of Green-Synthesized Plant-Based Metallic Nanoparticles / M.M. Luzala, C.K. Muanga, J. Kyana et al.. Nanomaterials (Basel). 2022; 12(11): 1841. https://doi. org/10.33 90/nano 12111841/.
47. Fatty acid alteration in liver, brain, muscle, and oocyte of zebrafish (Danio rerio) exposed to silver nanoparticles and mitigating influence of quercetin-supplemented diet / J. Seyedi, M.B. Tayemeh, M. Esmaeilbeigi et al. Environmental Research. 2021; 194: 110611. https://doi. org/10.1016/j .envres .2020.110611.
48. Toxicity assessment of silver nanoparticles in Persian sturgeon (Acipenserpersicus) and starry sturgeon (Acipenser stellatus) during early life stages / A. Banan, M.R. Kalbassi Masjed Shahi, M. Bahmani, M.A. Yazdani Sadati. Environmental Science and Pollution Research. 2016; 23(10): 10139-44. https://doi.org/10.1007/s11356-016-6239-7.
49. Proteomics reveals multiple effects of titanium dioxide and silver nanoparticles in the metabolism of turbot, Scophthalmus maximus / M.J. Araüjo, M.L. Sousa, E. Fonseca et al. Chemosphere. 2022; 308(Pt 1): 136110. https ://doi.org/10.1016/j. chemosphere .2022.136110.
50. Dietary supplementation with melatonin: influence on growth performance, oxidative stress status, and amelioration of silver nanoparticles-induced toxicity in Nile tilapia (Oreochromis niloticus) / S. Veisi, M. Sarkheil, S.A. Johari, O. Safari. Trop Anim Health Prod. 2021; 53(2): 314. https:// doi.org/10.1007/s 11250-021 -02760-w.
Елена Петровна Мирошникова, доктор биологических наук, профессор, elenaakva@rambler.ru, https://orcid.org/0000-0003-3804-5151
Алексей Николаевич Сизенцов, кандидат биологических наук, доцент, asizen@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-1099-3117
АзаматЕрсаинович Аринжанов, кандидат сельскохозяйственных наук, arin.azamat@mail.ru, https://orcid.org/0000-0001-6534-7118
Юлия Владимировна Килякова, кандидат биологических наук, fish-ka06@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-2385-264X
Elena P. Miroshnikova, Doctor of Biology, Professor, elenaakva@rambler.ru, https://orcid.org/0000-0003-3804-5151
Aleksey N. Sizentsov, Candidate of Biology, Associate Professor, asizen@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-1099-3117
Azamat E. Arinzhanov, Candidate of Agriculture, arin.azamat@mail.ru, https://orcid.org/0000-0001-6534-7118
Yulia V. Kilyakova, Candidate of Biology, fish-ka06@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-2385-264X
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests.
Статья поступила в редакцию 29.11.2022; одобрена после рецензирования 20.12.2022; принята к публикации 10.01.2023.
The article was submitted 29.11.2022; approved after reviewing 20.12.2022; accepted for publication 10.01.2023. -♦-
