خواص ضد باکتریایی نانوذرات به خوبی اثبات شده است و یکی از دلایل اهمیت نانوذرات همین ویژگی می باشد. اتصال نانوذرات به سطح غشای میکروارگانیسم ها، امکان ورود و تغییردر مورفولوژی و زنجیره تنفسی میکروارگانیسم ها را فراهم میکند و درنهایت منجر به مرگ آنها میشود. در ادامه با نانوذرات سرو همراه باشید.
میکروارگانیسم ها
میکروارگانیسم ها شامل تمامی موجودات زنده ای می شوند که تک سلولی هستند. یعنی ساختار آنها تنها از یک سلول تشکیل شده است. به طور کلی میکروارگانیسم ها در پنج گروه قرار میگیرند. باکتری ها، قارچ ها، جلبک ها، پروتوزوئرها و ویروس ها. سلول باکتری ها از نوع پروکاریوتی و سلول قارچ ها، جلبک ها و پروتوزوئرها، یوکاریوتی است. ویروس ها برخلاف سایر اشکال ساختار سلولی ندارند، بلکه ساختمانی ذره ای دارند. یوکاریوتها دارای هسته هستند که ماده ژنتیک را از سایر اجزاء سیتوپلاسم جدا میکند در حالی که، درپروکاریوت ها چنین هسته‌ای وجود ندارد و ماده ژنتیک آن ها مستقیماً در تماس با محتویات سلول قرار دارند.
باکتری ها
موجودات تک سلولی پروکاریوتی هستند که پوشش بیرونی نسبتا ضخیمی آن ها را احاطه کرده است. باکتریها در نتیجه جهش ژنی یا موتاسیون، معمولا دارای خصوصیات متفاوتی هستند. حتی باکتریهایی که از یک سلول منشا می گیرند ممکن است از نظر صفات با یکدیگر متفاوت باشند. اکثر باکتریها پوشش سلولی تولید میکنند که شامل غشای پلاسمایی، دیواره سلولی و پروتئینها و پلی ساکاریدهای تشکیل دهنده آن می باشد. بعضی از باکتری ها کپسول یا لایه چسبنده تولید می کنند.
قارچ ها
تقریبا قارچ ها در همه زیستگاه های در دسترس، وجود دارند. قارچ ها موجوداتی یوکاریوت و دارای هسته واقعی و دیواره سلولی مشخص هستند و همگی آن ها از رویش هاگ یا اسپور به وجود می آیند. قارچ ها عامل اصلی فساد مواد غذایی و به خصوص میوه ها و محصولات کشاورزی هستند. گروهی از قارچ ها بیماری زا هستند و مبارزه با آن ها به دشواری صورت میگیرد.
عفونت های باکتریایی
عفونت های باکتریایی عامل اصلی عفونت های مزمن و مرگ و میر هستند. آنتی بیوتیک ها به دلیل مقرون به صرفه بودن و نتایج قدرتمند، روش متداول برای درمان عفونت های باکتریایی به شمار میروند. با این حال، مطالعات نشان می دهد که استفاده گسترده از آنتی بیوتیک ها منجر به پیدایش سویه های باکتریایی مقاوم به داروها شده است. مطالعات نشان داده‌اند که این باکتریها حامل یک ژن فوق‌العاده مقاوم به نام NMD هستند.
گروههای اصلی آنتی‌بیوتیک‌هایی که در حال حاضر مورد استفاده قرار میگیرند، سه هدف باکتریایی دارند: سنتز دیواره سلولی، ماشین‌های ترجمه و ماشین‌های تکثیر.
مکانیسم‌های مقاومت باکتریها عبارتند از، بیان آنزیم‌هایی که آنتی‌بیوتیک‌ها را تغییر می‌دهند یا تجزیه میکنند، مانند بتالاکتامازها و آمینوگلیکوزیدها، اصلاح اجزای سلولی، مانند دیواره سلولی برای مقاومت به وانکومایسین و ریبوزوم‌ها برای مقاومت به تتراسایکلین، و بیان پمپ‌های خروجی، که ایجاد مقاومت همزمان در برابر آنتی‌بیوتیک‌های متعدد میکند.
بیوفیلم چیست؟
بیشتر باکتری ها به شکل یک بیوفیلم وجود دارند که اغلب حاوی گونه های متنوعی است که با یکدیگر و محیط اطرافشان تعامل دارند. بیوفیلم ها به طور خاص توده های میکروبی هستند که به یک سطح جامد و محصولات خارج سلولی، مانند مواد پلیمری متکی هستند.
باکتری ها به طور برگشت پذیر روی سطح حرکت می کنند، اما هنگامی که باکتری ها ته نشین شدند، سنتز تاژک باکتریایی مهار می شود و باکتری ها به سرعت تکثیر می شوند و در نتیجه یک بیوفیلم بالغ ایجاد می شود. در این مرحله، باکتری ها به هم چسبیده اند و سدی را تشکیل می دهند که می تواند در مقابل آنتی بیوتیک ها مقاومت کند و منبع عفونت های مزمن سیستمیک باشد. بنابراین، بیوفیلم ها یک تهدید جدی برای سلامتی هستند. باکتری های موجود در بیوفیلم ها می توانند سوپرآنتی ژن تولید کنند تا از سیستم ایمنی فرار کنند. بنابراین، با وجود فراوانی داروهای ضد میکروبی و سایر عوامل ضد باکتریایی، عفونت‌های باکتریایی همچنان یک مسئله اصلی باقی مانده است. درمان عفونت های مزمن مربوط به بیوفیلم ها به دلیل مقاومت ذاتی آنها در برابر عوامل ضد میکروبی و دفاع میزبان، همیشه دشوار است.
عملکرد ضد باکتریایی نانوذرات
خواص ضد باکتریایی نانوذرات طیف وسیعی را در برابر هر دو نوع باکتری های گرم مثبت و منفی شامل میشوند. به عنوان مثال، نانوذرات اکسید روی استافیلوکوکوس اورئوس را به خوبی مهار میکنند، و نانوذرات نقره فعالیت ضد میکروبی خوبی را علیه اشریشیا کلی و سودوموناس آئروژینوزا و استافیلوکوکوس اورئوس نشان می‌دهند.
مکانیسم اثر ضد میکروبی به سه شکل اتفاق می افتد. القای استرس اکسیداتیو، آزادسازی یون فلزی و مکانیسم‌های غیر اکسیداتیو. این سه نوع مکانیسم می‌توانند به طور همزمان رخ دهند.
برخی مطالعات نشان داده اند که نانوذرات باعث خنثی‌سازی سریع بار الکتریکی سطحی غشای باکتری و تغییر نفوذپذیری آن میشود که در نهایت منجر به مرگ باکتری میشود. نانوذرات پتانسیل غشای پلاسما را ناپایدار میکند که نتیجه آن کاهش سطح آدنوزین تری فسفات(ATP) درون سلول و مرگ سلول است. اتصال نانوذرات به گروههای عاملی پروتئین ها و ایجاد پیوند با آنها باعث از بین رفتن خواص اصلی پروتئین ها میشود. نانوذرات فقط به سطح غشاء سلولی نمی چسبد بلكه به درون سلول ها هم نفوذ می كند، پس از نفوذ به داخل سلول باكتری آنزیم های آن را غیر فعال كرده و با تولید هیدروژن پراكسید باعث مرگ باكتری میشود. نانوذرات نسبت به آنتی بیوتیک ها کمتر مقاومت میکروبی ایجاد میکند به همین دلیل توجه به این مواد افزایش یافته است.
می توان از خواص ضد باکتریایی نانوذرات در پوشش های ضد باکتری برای دستگاه های قابل کاشت و مواد دارویی استفاده کرد. در سیستم های تحویل آنتی بیوتیک برای درمان بیماری و در واکسن های ضد باکتری برای درمان عفونت نیز کاربرد دارند. همچنین در پوشش ابزارهای پزشکی و در پمادهای پوستی برای درمان زخم ها قابل استفاده هستند.