纳米银对Escherichia coli细胞活性及可培养性的胁迫机制研究

发布时间：2020-10-13 16:56

　　 纳米材料广泛应用的同时通过多种途径释放到环境中,由此引起的毒性效应成为关注的焦点。传统方法评估纳米材料毒性仅限于可培养细胞,并不适用于活的不可培养的(VBNC)细胞。作为一种典型的抗菌剂,纳米银(AgNPs)是否能诱导细胞进入VBNC状态尚未可知。另外,研究人员对AgNPs毒理机制至今尚未达成统一共识,大部分认为毒性主要归咎于Ag~+释放,少部分认为与活性氧自由基(ROS)相关,机制研究有待进一步加深。因此,本课题以模式菌E.coli K12为研究对象,从生长评估、死活评估、细胞代谢评估三方面研究了AgNPs毒性效应;从AgNPs赋存状态转化、离子释放以及胞内ROS累积三方面探究AgNPs胁迫机制并通过外源添加四种解毒剂进一步深入解析。初步获得了以下几个主要结论:(1)光照和Cl~-浓度影响AgNPs对微生物的毒性效应。在监测E.coli K12生长曲线的实验中发现,黑暗或者光照条件下,随着外源添加NaCl浓度升高AgNPs毒性呈先升高后降低的趋势;然而,平板计数结果与生长曲线结果有所差异,各处理组E.coli K12可培养的细胞数目远小于对照组,但光照和高浓度NaCl条件会提高可培养的细胞数目;另外,基于SYTO9/PI荧光染色法验证细胞死活,大部分细胞为活细胞并保持细胞膜完整性,说明E.coli K12进入VBNC状态;进一步检测ATP产量证实了细胞仍具代谢活性。因此,AgNPs诱导E.coli K12进入VBNC状态,且光照和高浓度NaCl条件介导了AgNPs对细胞VBNC状态的影响。(2)AgNPs赋存状态影响其抗菌毒性。NaCl处理使AgNPs接触角变小,易与亲水性细胞表面接触,导致更高毒性;AgNPs稳定性和团聚程度影响其毒性,NaCl浓度为50 mM时AgNPs的ζ电位绝对值最高,即在此条件下AgNPs有相对较好的稳定性和可溶性。另外,AgNPs倾向于发生团聚,且黑暗条件下AgNPs团聚程度相对较高;AgNPs氯化产物为AgCl~1-x-x _(x(aq))而非AgCl_((s)),导致AgNPs较高毒性。(3)AgNPs胁迫机制与离子释放和胞内ROS累积紧密相关。随着Cl~-浓度升高,AgNPs溶解量逐渐增加,而且光照可轻微促进AgNPs氧化溶解;AgNPs处理使得E.coli K12胞内ROS水平显著提高,而外源添加Cl~-可以减少胞内ROS产生。(4)AgNPs溶解导致的胞内ROS水平升高为其潜在的胁迫机制。Ag~+络合剂(Na_2S_2O_3和Na_2S)和ROS清除剂(Vit C和rGSH)不仅可以去除AgNPs对E.coli K12的胁迫,而且可以降低胞内ROS产量至对照组水平。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X171.5
【部分图文】：

[38]。图1.1 纳米材料在环境中的迁移转化行为[2]Figure 1.1 Pathways and transformations of nanomaterials[2]1.2.3 表面性质改变为了便于AgNPs的分散及实现其功能化，工业生产一般会选择PVP、PVA、PEG、BPEI、柠檬酸钠、硼氢化钠等作为其包埋剂。其中，大分子亲水聚合物PVP、PVA和PEG利用空间位阻使AgNPs稳定，小分子带电荷的柠檬酸钠、硼氢化钠利用静电力使AgNPs稳定，而BPEI利用空间位阻和静电力的共同作用使其稳定[39]。AgNPs在环境迁移的过程中，表面原有的包埋剂常因吸附解离或降解脱落，而被环境中广泛存在的腐殖质（HA）、黄腐酸（FA）、EPS、蛋白质等天然有机质取代或者二次包埋。据Li和Yu等报道，PVP和柠檬酸盐包埋剂在太阳光和紫外光照射下易发生光解[40, 41]。Levak等[42]研究发现牛血清蛋白取代柠檬酸包埋剂吸附于AgNPs表面，使得AgNPs更稳定地存在。Gunsolus等[43]报道NOM与AgNPs之间相互作用取决于NOM化学组成以及AgNPs与包埋剂结合的紧密程度。富含S、N元素的NOM更易吸附于AgNPs表面形成二次包埋

AgNPs在环境中的赋存状态变化

AgNPs微生物毒性机制Figure1.3ToxicmechanismofAgNPstowardsmicroorganism
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本文编号：2839429