Бактериофаги — вирусы, поражающие бактерии — представляют как полезный инструмент в медицине и биотехнологиях, так и серьезную проблему для лабораторий и производств, где используются бактериальные культуры (производство молочных продуктов, виноделие, пивоварение и т.д.). Они могут незаметно проникать в биореакторы, ферментационные установки или лабораторные линии, вызывая лизис бактерий и потерю ценных партий продукции. Борьба с ними затруднена тем, что фаги устойчивы к традиционным методам дезинфекции и могут быть более живучими, чем сами бактерии, которые требуется защитить.
Существующие способы борьбы — высокие температуры, УФ-облучение, агрессивные химические составы — часто уничтожают не только вирусы, но и полезные бактерии, делая их неприменимыми в чувствительных производственных процессах. Именно поэтому ученые из Института физической химии Польской академии наук предложили инновационный подход на основе электрически заряженных наночастиц. Работа опубликована в журнале Materals & Design.
Как работают наночастицы
Речь идет о полипирроловых наночастицах диаметром около 50 нм, модифицированных отрицательно заряженными карбоксильными группами, которые селективно взаимодействуют с поверхностными электрическими зарядами бактериофагов. Благодаря этому они эффективно связывают и инактивают фаги, но не воздействуют на бактерии или клетки эукариот. Оптимальный состав поверхности — примерно 1% карбоксильных групп — обеспечивает инактивацию до 95% вирусов в тестах.
Такая селективность открывает путь к защите биопроцессов без необходимости вводить наноматериалы напрямую в ферментеры и биореакторы, что снижает опасения по безопасности и регуляторные барьеры. В исследованиях также показано, что выбранные наночастицы совместимы с клетками фибробластов при рабочих концентрациях, то есть имеют низкую цитотоксичность.
Авторы подчеркивают, что ключ к успеху — междисциплинарный подход, объединивший элементы химии полимеров, вирусологии и материаловедения, что позволило разработать структурированные частицы с контролируемым зарядом и размером.
Как отметил один из авторов исследования, профессор Пийюш Синдху Шарма, предложенные полимерные наночастицы предлагают значительно более дешевую и масштабируемую альтернативу другим наноструктурным решениям, таким как системы на основе золота.
О золотых наночастицах, выступивших в роли «троянских коней» против раковых клеток, читайте в материале Hi-Tech Mail.