Біологічні властивості бактерій роду Bacillus за дії наночасток титан (IV) оксиду та колоїдного срібла

Нанорозмірами вважають величини від
0,1 до 100 нанометрів
В усьому світі відмічено високий інтерес до вивчення наночасток та розробки натотехнологій у різних галузях народного господарства.
Однак, механізми антивірусної та бактерицидної дії нанчасток розкриті недостатньо.
Вивчення впливу наночасток колоїдного срібла та титану (IV) оксиду на біологічні властивості виробничих пробіотичних штамів Bacillus subtilis 44-р та Bacillus subtilis В3 має важливе наукове і практичне значення.

Метою роботи є: вивчити вплив наночасток TiO2 та Ag на біологічні властивості виробничих пробіотичних штамів бактерій Bacillus subtilis 44-р та Bacillus subtilis В3.
Для досягнення цієї мети були поставлені такі завдання:
вивчити репродуктивну активність пробіотичних штамів бактерій B. subtilis 44-р та B. subtilis В3 при культивуванні в присутності наночасток на рідких поживних середовищах;
дослідити морфологічні властивості колоній штамів B. subtilis 44-р та B. subtilis В3 культивованих за дії наночасток на агаризованих поживних середовищах;
дослідити морфологічні властивості клітин штамів бактерій за дії наночасток методами оптичної та електронної мікроскопії.

Об’єкт дослідження: пробіотичні штами бактерій Bacillus subtilis 44-р та Bacillus subtilis В3, наночастки титан (IV) оксиду та колоїдного срібла.
Предмет дослідження: біологічні властивості бактерій штамів Bacillus subtilis 44-р та Bacillus subtilis В3 за дії наночасток срібла та титан (IV) оксиду
Методи дослідження:
– мікробіологічні – для культивування штамів бактерій, визначення їх життєздатності;
– світлова мікроскопія – для дослідження морфології пробіотичних штамів бактерій;
– електронна мікроскопія – для дослідження морфології пробіотичних штамів бактерій за дії наночасток металів та їх оксидів;
– математичні та біометричні – для статистичної обробки результатів.

Штами мікроорганізмів та наноматеріали
У дослідах використовували штами бактерій із колекції Інституту сільськогосподарської мікробіології та агропромислового виробництва НААН
Bacillus subtilis 44-р та Bacillus subtilis В3.
Наночастки колоїдного срібла (розмір до 50 нм) отримано з Інституту мікробіології і вірусології імені Д.К. Заболотного НАН України.
Наночастки титану(IV) оксиду (розмір 3-5 нм) отримано з Інституту фізики НАН України.

Лабораторне обладнання

Схема досліду
Приготування живильних середовищ
Культивування бактерій в присутності 0,001 % наночасток впродовж
24 годин за t 37 °С
Приготування робочих суспензій наночасток
Визначення кількості життєдіяльних клітин
Вивчення культурально-морфологічних властивостей
Оптична мікроскопія
Електронно-мікроскопічні дослідження
Математична обробка результатів

Кількість життєздатних клітин бактерій штаму Bacillus subtilis 44-р

Кількість життєздатних клітин бактерій штаму Bacillus subtilis В3

Колонії штаму бактерій
Bacillus subtilis 44-р
Без наночасток З колоїдним сріблом З TiO2

Колонії штаму бактерій
Bacillus subtilis В3
Без наночасток З колоїдним сріблом З TiO2

Бактеріальні клітини штамів
Bacillus subtilis 44-р та Bacillus subtilis В3
Bacillus subtilis 44-р Bacillus subtilis В3

Електронно-мікроскопічні фотографії бактеріальних клітин штаму Bacillus subtilis 44-р, культивованих без наночасток

Електронно-мікроскопічні фотографії бактеріальних клітин штаму Bacillus subtilis 44-р, культивованих у присутності наночасток колоїдного срібла

Електронно-мікроскопічні фотографії бактеріальних клітин штаму Bacillus subtilis 44-р, культивованих
з наночастками титану(IV) оксиду

Електронно-мікроскопічні фотографії бактеріальних клітин штаму Bacillus subtilis В3, культивованих без наночасток

Електронно-мікроскопічні фотографії бактеріальних клітин штаму Bacillus subtilis В3, культивованих у присутності наночасток колоїдного срібла

Електронно-мікроскопічні фотографії бактеріальних клітин штаму Bacillus subtilis В3, культивованих
з наночастками титану(IV) оксиду

ВИСНОВКИ ТА ПРОПОЗИЦІЇ
Досліджено біологічні властивості бактерій штамів Bacillus subtilis-44 р та Bacillus subtilis В3 за дії наночасток титану (IV) оксиду та колоїдного срібла в концентраціях 0,001 %.
Наночастки TiO2 не впливають на біологічну активність спорових культур.
Наночастки срібла не впливають на біологічну активність бактерій штаму Bacillus subtilis 44-р та обумовлювали зниження кількості життєдіяльних клітин штаму Bacillus subtilis В 3 на 1,4 х 108 КУО/см3 (на 56 % в порівнянні з контролем).
Вплив наночасток металів на морфологічні ознаки колоній бактерій не встановлено.
Змін морфологічних ознак клітин обох досліджуваних штамів за дії наночасток ТіО2 та колоїдного срібла під оптичним мікроскопом не виявлено.
Під електронним мікроскопом відмічено наявність зруйнованих бактеріальних клітин штаму Bacillus subtilis 44-р, що може бути обумовлено активацією наночасток ТіО2 електронами.
Проведені дослідження можуть бути використані в навчальному процесі та при розробці сучасних нанотехнологій.

Результати роботи представлені:
на ХІІІ з’їзді Товариства мікробіологів України (01–06 жовтня 2013 р., м. Ялта, Україна),
міжнародній конференції молодих вчених "Экспериментальная и теоретическая биофизика" (21–23 жовтня 2013 р., м. Пущіно, Російська Федерація).
За матеріалами досліджень опубліковані 2 наукові праці у вітчизняному та іноземному виданнях.
1 стаття подана до редакції журналу "Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук" (Російська Федерація).