DOI: https://doi.org/10.24996/ijs.2025.66.4.13
تاريخ النشر: 2025-04-30
المؤلف: Maryam Faysal Salman وآخرون
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تناقش هذه الفقرة التقدمات الحديثة في تكنولوجيا النانو، وخاصة تطوير مركبات النانو البكتيرية، التي تعزز نتائج الرعاية الصحية من خلال الاستفادة من الخصائص الفريدة للمواد النانوية. تقدم هذه المركبات عدة مزايا، مثل تحسين الاستقرار، والحماية من التحلل البروتيني، والفعالية التآزرية، مما يعالج الحاجة الملحة لبدائل جديدة للمضادات الحيوية. يتم تسليط الضوء على مواد النانو أكسيد المعدن، وخاصة جزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs)، لإمكاناتها كعوامل مضادة للميكروبات ومضادة للسرطان. استخدمت الدراسة تقنيات توصيف متنوعة، بما في ذلك المجهر الذري (AFM)، والمجهر الإلكتروني الماسح بتقنية الانبعاث الميداني (FESEM)، وتحليل حيود الأشعة السينية (XRD)، والطيف الضوئي المرئي فوق البنفسجي، لتحليل جزيئات SeNPs التي تم تخليقها حيوياً من مادة مثبطة شبيهة بالبكتيريا (BLIS) المستمدة من *Acinetobacter bumannii*. أشارت النتائج إلى وجود هيكل سداسي بمتوسط حجم يبلغ حوالي 81.23 نانومتر وفعالية مضادة للميكروبات مثلى عند تركيز مثبط أدنى (MIC) يبلغ 250 ملغ/مل ضد الميكروبات المرضية المعزولة سريرياً.
تؤكد الخاتمة على الإمكانات الكبيرة لجزيئات SeNPs في المركبات النانوية المعدنية البكتيرية بسبب مساحتها السطحية الكبيرة وشحنتها الإيجابية، مما يسهل التفاعلات مع أسطح خلايا البكتيريا المشحونة سلبًا. تشير الخصائص المضادة للميكروبات الموثقة لجزيئات SeNPs، جنبًا إلى جنب مع البكتيريوسينات، إلى نهج واعد لتقليل سمية الجسيمات النانوية مع توسيع فعاليتها المضادة للبكتيريا. يبرز هذا التآزر المنطق وراء المزيد من الاستكشاف لهذه التركيبات في التطبيقات الطبية الحيوية.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على التهديد المتزايد الذي يشكله *Acinetobacter baumannii*، وهو ممرض معروف بمقاومته الكبيرة للمضادات الحيوية. تعقد هذه المقاومة خيارات العلاج في البيئات السريرية، مما يستلزم استراتيجيات علاجية بديلة. يتم تقديم البكتيريوسينات، وهي ببتيدات مصنوعة بواسطة الريبوسومات ولها خصائص مضادة للبكتيريا، كحل محتمل. يؤثر وجود خلايا بكتيريوسينات، حساسة، ومقاومة ضمن المجتمعات الميكروبية على إنتاج هذه العوامل المضادة للبكتيريا، خاصة في ظل المنافسة على الموارد.
تهدف الدراسة إلى تخليق جزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) باستخدام بكتيريوسين مستمد من *A. baumannii* المعزولة من جروح الحروق. تستفيد هذه الطريقة من الفعالية المضادة للبكتيريا للبكتيريوسينات بالتزامن مع الخصائص الفريدة للجزيئات النانوية المعدنية. ستقوم الدراسة بتوصيف جزيئات SeNPs التي تم تخليقها حيوياً من خلال تقنيات تحليلية متنوعة وتقييم آثارها السامة على بقاء اللمفاويات، مما يضع هذه الجزيئات النانوية كبديل واعد للمضادات الحيوية التقليدية في مكافحة العدوى البكتيرية المقاومة.
طرق
تحدد فقرة “طرق” ورقة البحث المواد والأساليب المستخدمة في الدراسة. توضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، عينات بيولوجية، أو أجهزة تجريبية، لضمان إمكانية تكرار التجارب. تصف الفقرة أيضًا تصميم التجربة، بما في ذلك الإجراءات المتبعة، والضوابط المنفذة، والتحليلات الإحصائية التي تم إجراؤها لتقييم النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، من المحتمل أن تشمل الطرق أي نماذج رياضية أو معادلات ذات صلة بالتحليل، مما يضمن وضوحًا في تفسير البيانات. بشكل عام، تعتبر هذه الفقرة دليلًا شاملاً لتكرار الدراسة وفهم العمليات الأساسية التي أدت إلى النتائج المقدمة في الورقة.
نتائج
في هذه الدراسة، تم تحليل ما مجموعه 150 عينة من عينات حروق وعدوى جروح، مما أسفر عن تحديد 44 عزلة من *Acinetobacter baumannii* (المعينة MF1-MF44). تم زراعة العزلات بنجاح على وسائط قياسية، مثل أجار الدم، حيث شكلت مستعمرات كريمية أو بيضاء، مخاطية وغير مدمرة بعد 18-24 ساعة من الحضانة عند 37 درجة مئوية. على أجار ماكونكي، أظهرت المستعمرات لونًا لافندر خفيف، مما يشير إلى عدم تخمير اللاكتوز. استخدم أجار *Acinetobacter*، الذي يحتوي على سترات الصوديوم وديكوكسيليت الصوديوم، بشكل فعال لمنع نمو البكتيريا الموجبة الجرام المنافسة مع الحفاظ على الحساسية لأنواع *Acinetobacter*.
مورفولوجيًا، تم تصنيف مستعمرات *A. baumannii* على أنها دائرية، محدبة، ناعمة، ومعتمة، بقطر يتراوح بين 1 إلى 2 مم بعد 24 ساعة من الحضانة عند 30 درجة مئوية. من الناحية الكيميائية الحيوية، تم تحديد *A. baumannii* ككائن حي سالب الجرام، كوكوباسيلس، غير متحرك، هوائي بحت لا يخمر الجلوكوز. أظهر اختبار الكاتلاز واستخدام السترات نتائج إيجابية، بينما أظهرت نتائج سلبية لاختبارات الإندول، والأكسيداز، واليورياز. من الجدير بالذكر أن *A. baumannii* فريدة ضمن جنسها لقدرتها على النمو في درجات حرارة مرتفعة تصل إلى 44 درجة مئوية.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم جمع 150 عينة من حروق وعدوى جروح من المرضى في مستشفى مدينة الطب ببغداد، وتم عزل وتحديد *Acinetobacter baumannii* باستخدام نظام Vitek 2 المدمج. كشفت اختبارات حساسية المضادات الحيوية أن *A. baumannii* أظهرت مقاومة عالية لمضادات حيوية متعددة، بما في ذلك مقاومة كاملة لبيراسيلين وسيفتازيديم، مما يبرز وضعها كعامل ممرض مقاوم متعدد الأدوية. استكشفت الدراسة أيضًا تخليق مادة مثبطة شبيهة بالبكتيريا (BLIS) من *A. baumannii*، مع تحسين الظروف لإنتاجها، بما في ذلك الرقم الهيدروجيني، ومدة الحضانة، ومصادر المغذيات. حدث أعلى إنتاج لـ BLIS عند الرقم الهيدروجيني 4 بعد 48 ساعة من الحضانة، مع تحديد ماء البيبتون كمصدر النيتروجين الأمثل.
علاوة على ذلك، بحثت الدراسة في التخليق الأخضر لجزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) باستخدام سيلينيت الصوديوم وBLIS من *A. baumannii*، مما أظهر نشاطًا مضادًا للبكتيريا فعالًا ضد كل من البكتيريا الموجبة والسالبة الجرام. تم إجراء توصيف لجزيئات SeNPs التي تم تخليقها باستخدام تقنيات متنوعة، بما في ذلك الطيف الضوئي المرئي فوق البنفسجي والمجهر الذري، مما يكشف عن متوسط حجم الجسيمات يبلغ 81.23 نانومتر. تم تأكيد الفعالية المضادة للبكتيريا لجزيئات SeNPs من خلال اختبارات انتشار الأجار، مع ملاحظة تثبيط كبير عند تركيزات تتراوح بين 125 و250 ميكروغرام/مل. من المهم أن تشير اختبارات السمية الخلوية إلى أن جزيئات SeNPs لم تقلل بشكل كبير من بقاء اللمفاويات البشرية، مما يشير إلى إمكاناتها كعوامل مضادة للميكروبات آمنة في التطبيقات الطبية الحيوية. تؤكد النتائج على الفوائد التآزرية لدمج جزيئات SeNPs مع البكتيريوسينات لتعزيز الفعالية المضادة للبكتيريا مع تقليل السمية.
DOI: https://doi.org/10.24996/ijs.2025.66.4.13
Publication Date: 2025-04-30
Author(s): Maryam Faysal Salman et al.
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
The section discusses recent advancements in nanotechnology, particularly the development of bacteriocin-nanoconjugates, which enhance healthcare outcomes by leveraging the unique properties of nanomaterials. These conjugates offer several advantages, such as improved stability, protection against proteolytic degradation, and synergistic efficacy, addressing the urgent need for new antibiotic alternatives. Metal oxide nanomaterials, especially selenium nanoparticles (SeNPs), are highlighted for their potential as antimicrobial and anti-cancer agents. The study utilized various characterization techniques, including Atomic Force Microscopy (AFM), Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM), X-Ray Diffraction (XRD), and UV-visible spectrometry, to analyze the biosynthesized SeNPs from bacteriocin-like inhibitory substance (BLIS) derived from *Acinetobacter bumannii*. The findings indicated a hexagonal structure with an average size of approximately 81.23 nm and optimal antimicrobial activity at a minimum inhibitory concentration (MIC) of 250 mg/ml against clinically isolated pathogenic microorganisms.
The conclusion emphasizes the significant potential of SeNPs in bacteriocin-metallic nanocomposites due to their large surface area and positive charge, which facilitate interactions with negatively charged bacterial cell surfaces. The documented antimicrobial properties of SeNPs, combined with bacteriocins, suggest a promising approach to reduce nanoparticle toxicity while expanding their antibacterial efficacy. This synergy underscores the rationale for further exploration of these combinations in biomedical applications.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the growing threat posed by Acinetobacter baumannii, a pathogen known for its significant antibiotic resistance. This resistance complicates treatment options in clinical settings, necessitating alternative therapeutic strategies. Bacteriocins, which are ribosomally synthesized peptides with antibacterial properties, are introduced as a potential solution. The coexistence of bacteriocinogenic, susceptible, and resistant cells within microbial communities influences the production of these antibacterial agents, particularly under resource competition.
The study aims to synthesize selenium nanoparticles (SeNPs) using bacteriocin derived from A. baumannii isolated from burn wounds. This approach leverages the antibacterial efficacy of bacteriocins in conjunction with the unique properties of metallic nanoparticles. The research will characterize the biosynthesized SeNPs through various analytical techniques and evaluate their cytotoxic effects on lymphocyte viability, positioning these nanoparticles as a promising alternative to traditional antibiotics in combating resistant bacterial infections.
Methods
The “Methods” section of the research paper outlines the materials and methodologies employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, biological samples, or experimental apparatus, ensuring reproducibility of the experiments. The section also describes the experimental design, including the procedures followed, the controls implemented, and the statistical analyses performed to evaluate the results.
Additionally, the methods are likely to include any mathematical models or equations relevant to the analysis, ensuring clarity in the interpretation of data. Overall, this section serves as a comprehensive guide for replicating the study and understanding the underlying processes that led to the findings presented in the paper.
Results
In this study, a total of 150 specimens from burn and wound infection samples were analyzed, resulting in the identification of 44 isolates of *Acinetobacter baumannii* (designated MF1-MF44). The isolates were successfully cultured on standard media, such as Blood agar, where they formed creamy or white, mucoid colonies that were non-hemolytic after 18-24 hours of incubation at 37°C. On MacConkey agar, the colonies exhibited a slight lavender coloration, indicating non-lactose fermentation. The use of Acinetobacter agar, which contains sodium citrate and sodium deoxycholate, effectively inhibited the growth of competing Gram-positive bacteria while maintaining sensitivity for *Acinetobacter* species.
Morphologically, *A. baumannii* colonies were characterized as circular, convex, smooth, and opaque, measuring 1 to 2 mm in diameter after 24 hours of incubation at 30°C. Biochemically, *A. baumannii* is identified as a Gram-negative, coccobacillus, non-motile, strictly aerobic organism that does not ferment glucose. It tested positive for catalase and citrate utilization, while showing negative results for indole, oxidase, and urease tests. Notably, *A. baumannii* is unique within its genus for its ability to grow at elevated temperatures of up to 44°C.
Discussion
In this study, 150 specimens from burn and wound infections were collected from patients at Baghdad Medical City Hospital, and Acinetobacter baumannii was isolated and identified using the Vitek 2 compact system. Antibiotic sensitivity tests revealed that A. baumannii exhibited high resistance to multiple antibiotics, including complete resistance to Piperacillin and Ceftazidime, highlighting its status as a significant multidrug-resistant pathogen. The study also explored the biosynthesis of a bacteriocin-like inhibitory substance (BLIS) from A. baumannii, optimizing conditions for its production, including pH, incubation time, and nutrient sources. The highest production of BLIS occurred at pH 4 after 48 hours of incubation, with peptone water identified as the optimal nitrogen source.
Furthermore, the research investigated the green synthesis of selenium nanoparticles (SeNPs) using sodium selenite and A. baumannii BLIS, demonstrating effective antibacterial activity against both Gram-positive and Gram-negative bacteria. Characterization of the synthesized SeNPs was performed using various techniques, including UV-Vis spectroscopy and atomic force microscopy, revealing an average particle size of 81.23 nm. The antibacterial efficacy of SeNPs was confirmed through agar well diffusion assays, with significant inhibition observed at concentrations between 125 and 250 µg/mL. Importantly, cytotoxicity assays indicated that SeNPs did not significantly reduce the viability of human lymphocytes, suggesting their potential as safe antimicrobial agents in biomedical applications. The findings underscore the synergistic benefits of combining SeNPs with bacteriocins to enhance antibacterial efficacy while minimizing toxicity.