В статье рассматривается применение наночастиц оксида магния для борьбы с патогенами, включая бактерии, вирусы и грибы. Описываются их антимикробные, противовирусные и противогрибковые свойства, а также эффективность против устойчивых штаммов и биоплёнок. Обсуждаются перспективы внедрения наночастиц оксида магния в биомедицине, ветеринарии и пищевой промышленности, подчёркивается необходимость изучения их биосовместимости, метаболизма и безопасности для клинического применения.
Ключевые слова: нанотехнологии, наночастицы оксида магния, патогены, антибиотикорезистентность, биомедицина, ветеринария.
Устойчивость микроорганизмов к антимикробным препаратам представляет собой одну из ключевых угроз глобальному здравоохранению, затрудняя борьбу с бактериальными, вирусными и грибковыми инфекциями. Такие патогены, как антибиотикорезистентные бактерии, устойчивые биоплёнки и новые вирусы, создают серьёзные вызовы для здоровья человека и животных. Традиционные методы лечения зачастую оказываются недостаточно действенными в отношении устойчивых микроорганизмов, что требует поиска инновационных решений. Наночастицы оксида магния (NPS MgO) представляют собой перспективное средство для подавления микробов, вирусов и грибков благодаря своей высокой результативности и многообразию механизмов действия, включая генерацию активных форм кислорода и разрушение клеточных структур патогенов.
Пищевые заболевания, вызванные бактериями, остаются одной из главных причин болезней по всему миру. Особенно опасны Campylobacter jejuni , Escherichia coli O157:H7 и Salmonella Enteritidis , которые передаются через загрязнённые продукты — мясо, молоко, яйца, овощи, и нередко становятся причиной массовых вспышек заболеваний. C. jejuni ответственен за кампилобактериоз, который может привести к синдрому Гийена-Барре, поражающему нервную систему. E. coli O157:H7 может вызывать геморрагический колит и тяжёлое осложнение в виде гемолитико-уремического синдрома. Salmonella Enteritidis вызывает сальмонеллез, который у людей с ослабленным иммунитетом может привести к сепсису. Современные вызовы, связанные с растущей устойчивостью этих патогенов к антибиотикам, стимулируют разработку альтернативных антимикробных подходов, среди которых наночастицы занимают особое место.
Исследования показали, что наночастицы оксида магния успешно подавляют рост этих бактерий. При концентрации 0,5 мг/мл полностью прекращался рост C. jejuni , а 2 мг/мл уничтожали до 100 миллионов клеток за 4 часа. Для E. coli и Salmonella требовалось 8 мг/мл, что обеспечивало полное уничтожение 1 миллиарда клеток за тот же промежуток времени. Наночастицы оксида магния показали сильное антимикробное действие против опасных пищевых патогенов и способны повысить микробиологическую безопасность продуктов питания [1].
Инфекции, вызванные патогенными микроорганизмами, часто осложняют использование катетеров, имплантатов и других медицинских устройств. Наиболее опасны грамотрицательные бактерии, такие как Escherichia coli и Pseudomonas aeruginosa , а также грамположительные Staphylococcus aureus , Staphylococcus epidermidis и метициллин-резистентный Staphylococcus aureus (MRSA), а также грибы рода Candida , включая их устойчивые формы — C. albicans FR и C. glabrata ER . Эти микроорганизмы способны прикрепляться к поверхностям, формировать биоплёнки и оказывать сопротивление антибиотикам и антимикотикам, что делает лечение длительным и не всегда продуктивным.
Известно, что наночастицы оксида магния при концентрации 1,0 мг/мл полностью уничтожали E. coli , а Pseudomonas aeruginosa теряла всю популяцию при 1,6 мг/мл. При той же концентрации разрушались биоплёнки Staphylococcus epidermidis , а число живых клеток стремилось к нулю. Все клетки Staphylococcus aureus уничтожались при 1,4 мг/мл. Для подавления метициллин-резистентного Staphylococcus aureus требовалась концентрация 1,4 мг/мл, при которой погибало свыше 90 % клеток. У Candida albicans при 1,6 мг/мл выживало менее 1 % клеток, а устойчивый штамм Candida albicans FR демонстрировал полное подавление роста уже при 1,4 мг/мл. Candida glabrata теряла всю жизнеспособность при 1,6 мг/мл. Устойчивый штамм Candida glabrata ER показал наибольшую чувствительность среди грибов — все клетки погибали уже при 1,2 мг/мл. Полученные результаты подтверждают, что наночастицы оксида магния обладают потенциалом для предотвращения инфекций, связанных с использованием медицинских устройств [2].
Ящур — опасное вирусное заболевание, поражающее коров, свиней, овец и других парнокопытных животных. Вирус распространяется быстро через воздух, корма и инфицированные поверхности, заражая практически всё стадо. Заболевание вызывает у животных лихорадку, язвы во рту и на копытах, снижение удоев и массовый падёж молодняка. Ящур приводит к огромным экономическим потерям, а действенных средств экстренной терапии до сих пор не существует.
Перспективным решением стали наночастицы оксида магния, проявляющие выраженную противовирусную активность. В эксперименте с клеточной культурой наночастицы оксида магния снижали инфекционность вируса более чем на 90 % при концентрации 250 мкг/мл. При предварительной обработке клеток перед заражением инфекция не развивалась вовсе, а при прямом контакте с вирусом до заражения число вирусных бляшек сокращалось на 95 %. Эти данные свидетельствуют о том, что наночастицы оксида магния могут использоваться для быстрой защиты животных в первые часы после контакта с вирусом [3].
Использование наночастиц оксида магния открывает широкие возможности для решения проблемы антимикробной резистентности и разработки новых подходов к контролю патогенов в медицине, ветеринарии и пищевой индустрии. Однако для полноценной интеграции наночастиц оксида магния в клиническую практику необходимы дальнейшие исследования, направленные на изучение их биосовместимости, метаболизма и долгосрочной безопасности. Решение вопросов, связанных с потенциальной токсичностью, кинетикой распределения в организме и воздействием на окружающую среду, позволит оптимизировать использование наночастиц, обеспечив их безопасное внедрение. Продвижение таких технологий может стать решающим шагом в создании устойчивых стратегий борьбы с инфекциями, укреплении здравоохранения и поддержке сельскохозяйственного производства, открывая путь к инновациям в борьбе с глобальными вызовами.
Литература:
- He Y. Study on the mechanism of antibacterial action of magnesium oxide nanoparticles against foodborne pathogens / Y. He, S. Ingudam, S. Reed, A. Gehring, T. P. Strobaugh Jr, P. Irwin // Journal of Nanobiotechnology. — 2016. Vol. 14. — P. 1–14.
- Nguyen N. T. Antimicrobial activities and mechanisms of magnesium oxide nanoparticles (nMgO) against pathogenic bacteria, yeasts, and biofilms / N. T. Nguyen, N. Grelling, C. L. Wetteland, R. Rosario, H. Liu // Scientific Reports. — 2018. Vol. 8. — P. 1–23.
- Rafiei S. In vitro anti-foot-and-mouth disease virus activity of magnesium oxide nanoparticles / S. Rafiei, S. E. Rezatofighi, M. R. Ardakani, O. Madadgar // IET Nanobiotechnology. — 2015. Vol. 5. — P. 247–251.
