Biyofilm Nedir? Nanoteknolojik Ürünler Biyofilmleri Nasıl Etkiler?
Biyofilmler, mikroorganizmaların canlı veya cansız yüzeylere tutunarak ürettikleri, polimerik matriks içerisinde hayatta kalmalarını sağlayan bir çeşit kalkandır. Biyofilmler mikroorganizmaya çeşitli avantajlar sağlamaktadır. Bu avantajlardan en önemlileri antimikrobiyal ilaçlara ve dezenfektanlara karşı direnç oluşturmaları ve olumsuz çevre koşullarına karşı dayanıklılık sağlamalarıdır. Bu avantajlardan dolayı mikroorganizmalar, biyofilm oluşturma eğilimindedir; bu durum ise sterilizasyon, dezenfeksiyon ve ilaç etkinliği açısından sorun oluşturmaktadır.
Biyofilmleri aşmak adına uygulanan işlemler, biyofilmin ilk katmanlarında etkili olsa bile olgun biyofilmleri eradike etmek açısından yetersiz kalmaktadır. Bu nedenle biyofilmler, halk sağlığı ve gıda güvenliği açısından risklidir ve biyofilmlere karşı uygun önleme stratejilerinin geliştirilmesi oldukça önemlidir.[1]
Biyofilmlere karşı alınan önlemlerin başında fiziksel (mekanik) ve kimyasal temizleme ile antimikrobiyal kullanımı gelmektedir. Ancak biyofilm yapısının antibiyotiklere, biyositlere ve mekanik strese karşı artan toleransı nedeniyle olgun biyofilmleri tamamen ortadan kaldırmak çok zor hale gelmiştir. Ayrıca kullanılan kimyasal ürünlerin verimliliği; pH, sıcaklık, çözünürlük, konsantrasyon ve temas süresi gibi faktörlerden etkilenmektedir. Bununla beraber rutin temizliğin maliyetli olması ve uygulanan yüzeye zararlı olması da bir diğer dezavantajdır.[2], [3]
Nanoteknolojik Ürünlerin Biyofilmler Üzerinde Etkisi
Nanopartiküllerin sahip olduğu fizikokimyasal, katalitik, optik, elektriksel ve biyolojik özellikler biyoalgılama, kataliz, ilaç dağıtımı, kozmetik gibi çeşitli alanlarda kullanılmalarına olanak sağlamaktadır. Nanopartiküllerin kimyasal ve fiziksel yöntemler kullanılarak sentezi ise yan ürün olarak toksik maddelerin oluşması açısından tehlikelidir. Bununla beraber bu yöntemler ekonomik olarak maliyetli olması ve zaman alması açısından dezavantajlıdır. Nanobilim ve nanoteknoloji alanındaki gelişmeler, mikrobiyal hücrelerin kolonizasyonunu önlemek için biyomalzemelere kolayca entegre olarak biyofilm matrisinin üstesinden gelen ve patojene doğrudan yaklaşabilen biyosidal yeni nanomalzemelerin geliştirilmesine olanak sağlamıştır. Nanomalzemelerin yeşil sentez yoluyla üretilmesi, bu tür terapötik yaklaşımlarda başarıya giden yolun önünü açmaktadır.
Ayrıca gümüş, bakır, çinko, titanyum ve kobalt gibi metaller antimikrobiyal aktivite göstermektedir.[4], [5], [6] Ortamın pH'ı, metallere maruz kalma süresi, konsantrasyon, UV radyasyonu ve diğer maddelerin veya mikroorganizmaların varlığı gibi dış faktörler de bu metallerin aktivitelerini etkilemektedir.[7], [8]
Mikrobiyal enzimlerle işlevselleştirilmiş metalik nanoparçacıklar, gümüş-platin nanohibritleri (AgPt Nanohibritler), bakteri nanotelleri, süperparamanyetik demir oksit (Fe3O4) ve hem manyetotaktik hem de manyetotaktik olmayan bakteriler tarafından sentezlenen nanoparçacıklar biyofilm matrisini eradike etmek için kullanılan bazı maddelerdir.[9] Biyofilm eradike etme özelliği gösteren bazı nanomalzemeler aşağıda özetlenmiştir.
Gümüş
Gümüş, çok eski çağlardan beri kullanılan antimikrobiyal bir metaldir. Gümüş iyonları proteinlerdeki nükleofilik amino asit kalıntıları ve biyomoleküllerin sülfidril, amino, imidazol, fosfat ve karboksil gruplarına bağlanmaktadır. Gümüş, bakterilerin hücre duvarına bağlanarak hasara neden olmakta, sitoplazmik membranda hasara neden olarak sitoplazma içeriğinin dışarı sızmasına yol açmakta, DNA'ya zarar vermekte, proteinleri ve enzimleri (dehidrojenazlar) denatüre etmekte, ribozomlara bağlanarak protein sentezine engel olmakta, sitokrom sisteminde elektron taşınmasına engel olarak reaktif madde üretimine yol açmaktadır. Ancak bakteriler tüm bu etki mekanizmalarına karşı direnç geliştirmektedirler.[10]
Nano yapılı malzemeler ise bakteri ve mikroorganizmaların hücre duvarı ve hücre zarından kolaylıkla geçerek mikroorganizmaların DNA'sını inhibe etmektedirler. Böylece mikroorganizmanın eradikasyonu sağlanmaktadır. Nanogümüş parçacıklar, elektron salımını desteklemekte, bu durum ise hücre zarının yırtılmasına neden olmaktadır. Nano yapılı gümüşün etkisiyle ortaya çıkan elektronlar, hücre zarını yırtarak mikroorganizmaların çoğalmalarını engellemektedir.[11] Bu nedenle nano yapılı gümüş dezenfektan spreyler günümüzde sıklıkla tercih edilmektedir. Bununla beraber nanogümüş partiküller; gıda işleme ve paketlemede ve ev temizlik ürünlerinde de sıklıkla tercih edilmektedir.[12]
Altın
Gelişen ilaç direnci, mikrobiyal enfeksiyonların görülme sıklığının artmasına ve tedavi başarısında azalmaya neden olmaktadır. Bu durum ise halk sağlığı ve ülke ekonomisi açısından önemli bir sorun teşkil etmektedir.[13] Altın nanoparçacıklar hücrelere yüksek afinite göstermekte ve bu nedenle bağışıklık hücreleri tarafından kolayca hücre içine alınabilmektedir. Böylelikle enfekte olmuş bölgede mikrobiyal patojenlerin inhibisyonunu ve hasar görmesini kolaylaştırmaktadır.[14]
Titanyum Dioksit
Titanyum dioksit (TiO2) içeren nano ürünler; korozyon direnci, biyouyumluluğu ve kendi kendini temizleme özelliği nedeniyle tellerde, geçici ankraj cihazlarında ve ortodontik braketlerde sıklıkla tercih edilmektedir. Titanyum dioksit amorf haldeyken fotokatalitik aktivite göstermemektedir, ancak kristal formda hidroksil radikalleri üretmektedir. Ayrıca TiO2 geniş bant aralığına (3.0–3.2 eV) sahip olduğu için elektron-delik çifti üretimi sadece UV ışıması ile sağlanmaktadır, bu nedenle güneş ışığında düşük fotokatalitik verim elde edilmektedir.[15]
Nanoteknolojik Ürünlerin Biyofilm Yapısı Üzerine Etkisi Alanında Yapılmış Çalışmalar
Mohanty ve arkadaşları 2012 yılında nişasta ile stabilize edilmiş gümüş nanopartiküllerin antimikrobiyal aktivitesini değerlendirdikleri çalışmalarında, gümüş nanopartiküllerin şekil ve boyut dağılımını transmisyon elektron mikroskobu ile karakterize etmişlerdir. Bu maddelerin hem Gram pozitif hem de Gram negatif patojenlere karşı oldukça etkili olduğunu göstermişlerdir. Bununla beraber gümüş nanopartiküllerin sahip olduğu sitotoksik olmama ve makrofajların hücre içi öldürme potansiyelini artırma gibi özelliklerinin önemli avantajlar olduğunu belirtmişlerdir. Ayrıca, gümüş nanopartiküllerin biyofilm oluşumunu engellediğini ve insan katyonik antimikrobiyal peptit LL-37'ye kıyasla daha iyi antibakteriyel aktivite sergilediğini de rapor etmişlerdir.[16]
Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, sitemizin/uygulamamızın çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, %100 reklamsız ve çok daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.
KreosusKreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.
Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.
PatreonPatreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.
Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.
YouTubeYouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.
Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.
Diğer PlatformlarBu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.
Giriş yapmayı unutmayın!Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza üye girişi yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.
Kanmani ve arkadaşları ise 2013 yılında stabilize gümüş nanopartiküllerin anti-biyofilm aktivitesini değerlendirmişlerdir. Araştırmacılar, 96 kuyucuklu mikroplaklarda oluşturulan Esherichia coli, Bacillus cereus, Listeria monocytogenes ve Pseudomonas aeruginosa tarafından oluşturulan biyofilmlere karşı gümüş nanopartiküllerin etkisini göstermişlerdir. Bakteri suşları tarafından oluşturulan biyofilm yapılarının antibiyotiklerle doza bağımlı bir şekilde engellendiği ve kuyucuklara gümüş nanopartiküllerin eklenmesiyle biyofilm oluşumunda azalmalar gözlendiği bildirilmiştir.[17]
Gopinath ve arkadaşları; gümüş (Ag), altın (Au) ve bunların bimetalik (Ag/Au) nanoparçacıklarını yaprak özütü kullanarak çevre dostu bir şekilde sentezledikleri çalışmalarında; Ag ve Ag/Au bimetalik NP'lerin, Gram pozitif ve Gram negatif bakterilere karşı yüksek antibakteriyel ve antibiyofilm aktiviteleri gösterdiğini rapor etmişlerdir. Araştırmacılar elde ettikleri verilerden yola çıkarak, Ag, Au ve Ag/Au bimetalik nanopartiküllerin ilaç endüstrisi tarafından mikrobik enfeksiyonlara karşı mücadelede etkili ilaçlar geliştirmek için kullanılabileceğini belirtmişlerdir.[18]
Naik ve Kowshik ise; AgCl-TiO2 nanoparçacıklarının biyofilmler üzerindeki etkisini araştırmışlardır. Araştırmacılar düşük sıcaklıkta işlenmiş AgCl–TiO2 nanokompozit kaplamaların, E. coli, S. epidermidis ve P. aeruginosa tarafından oluşturulan biyofilmleri eradike ettiğini rapor etmişlerdir.[2]
Sonuç olarak; nanoteknoloji alanındaki son gelişmeler, biyolojik ve fizikokimyasal olarak sentezlenen altın, gümüş, demir, titanyum, bakır, kobalt, platin gibi farklı elementlerden çok sayıda nanoparçacık ve nanomalzeme üretilmesinin önünü açmıştır. Nanoparçacıkların fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikleri; tıp, çevre, gıda ve endüstri gibi alanlarda kullanımının önünü açmaktadır.
İçeriklerimizin bilimsel gerçekleri doğru bir şekilde yansıtması için en üst düzey çabayı gösteriyoruz. Gözünüze doğru gelmeyen bir şey varsa, mümkünse güvenilir kaynaklarınızla birlikte bize ulaşın!
Bu içeriğimizle ilgili bir sorunuz mu var? Buraya tıklayarak sorabilirsiniz.
Soru & Cevap Platformuna Git- 1
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- ^ S. Bakirdere, et al. (2015). Molecular Characterization Of Silver–Stearate Nanoparticles (Agstnps): A Hydrophobic And Antimicrobial Material Against Foodborne Pathogens. Food Research International, sf: 439-448. doi: 10.1016/j.foodres.2015.08.005. | Arşiv Bağlantısı
- ^ a b K. Naik, et al. (2014). Anti-Biofilm Efficacy Of Low Temperature Processed Agcl–Tio2 Nanocomposite Coating. Materials Science and Engineering: C, sf: 62-68. doi: 10.1016/j.msec.2013.10.008. | Arşiv Bağlantısı
- ^ A. F. D. Faria, et al. (2014). Anti-Adhesion And Antibacterial Activity Of Silver Nanoparticles Supported On Graphene Oxide Sheets. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, sf: 115-124. doi: 10.1016/j.colsurfb.2013.08.006. | Arşiv Bağlantısı
- ^ J. Simmons. (2001). Antimicrobial Additive Systems See Increased Use In Polymers. Plastics, Additives and Compounding, sf: 16-18. doi: 10.1016/S1464-391X(01)80329-9. | Arşiv Bağlantısı
- ^ N. Jones, et al. (2008). Antibacterial Activity Of Zno Nanoparticle Suspensions On A Broad Spectrum Of Microorganisms. FEMS Microbiology Letters, sf: 71-76. doi: 10.1111/j.1574-6968.2007.01012.x. | Arşiv Bağlantısı
- ^ J. P. Ruparelia, et al. (2008). Strain Specificity In Antimicrobial Activity Of Silver And Copper Nanoparticles. Acta Biomaterialia, sf: 707-716. doi: 10.1016/j.actbio.2007.11.006. | Arşiv Bağlantısı
- ^ J. You, et al. (2011). Bacteria And Bacteriophage Inactivation By Silver And Zinc Oxide Nanoparticles. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, sf: 161-167. doi: 10.1016/j.colsurfb.2011.02.023. | Arşiv Bağlantısı
- ^ M. J. Hajipour, et al. (2012). Antibacterial Properties Of Nanoparticles. Elsevier BV, sf: 499-511. doi: 10.1016/j.tibtech.2012.06.004. | Arşiv Bağlantısı
- ^ M. Nag, et al. (2021). Microbial Fabrication Of Nanomaterial And Its Role In Disintegration Of Exopolymeric Matrices Of Biofilm. Frontiers in Chemistry, sf: 690590. doi: 10.3389/fchem.2021.690590. | Arşiv Bağlantısı
- ^ S. L. Percival, et al. (2005). Bacterial Resistance To Silver In Wound Care. Elsevier BV, sf: 1-7. doi: 10.1016/j.jhin.2004.11.014. | Arşiv Bağlantısı
- ^ İ. Cansız. Nanoteknolojide Nano Gümüşün Antibakteriyel Özelliği. Alındığı Tarih: 8 Mart 2024. Alındığı Yer: Dergipark | Arşiv Bağlantısı
- ^ T. Faunce, et al. (2010). Nanosilver And Global Public Health: International Regulatory Issues. Future Medicine Ltd, sf: 617-632. doi: 10.2217/nnm.10.33. | Arşiv Bağlantısı
- ^ J. Dutta, et al. (2017). Synthetic Approaches To Radiochemical Probes For Imaging Of Bacterial Infections. European Journal of Medicinal Chemistry, sf: 287-308. doi: 10.1016/j.ejmech.2017.03.060. | Arşiv Bağlantısı
- ^ B. Saha, et al. (2007). In Vitro Structural And Functional Evaluation Of Gold Nanoparticles Conjugated Antibiotics. Nanoscale Research Letters, sf: 614-622. doi: 10.1007/s11671-007-9104-2. | Arşiv Bağlantısı
- ^ Z. Noreen, et al. (2019). Visible Light Sensitive Ag/Tio2/Graphene Composite As A Potential Coating Material For Control Of Campylobacter Jejuni. Materials Science and Engineering: C, sf: 125-133. doi: 10.1016/j.msec.2018.12.087. | Arşiv Bağlantısı
- ^ S. Mohanty, et al. (2012). An Investigation On The Antibacterial, Cytotoxic, And Antibiofilm Efficacy Of Starch-Stabilized Silver Nanoparticles. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, sf: 916-924. doi: 10.1016/j.nano.2011.11.007. | Arşiv Bağlantısı
- ^ P. Kanmani, et al. (2013). Synthesis And Characterization Of Pullulan-Mediated Silver Nanoparticles And Its Antimicrobial Activities. Carbohydrate Polymers, sf: 421-428. doi: 10.1016/j.carbpol.2013.04.048. | Arşiv Bağlantısı
- ^ K. Gopinath, et al. (2016). Green Synthesis Of Silver, Gold And Silver/Gold Bimetallic Nanoparticles Using The Gloriosa Superba Leaf Extract And Their Antibacterial And Antibiofilm Activities. Microbial Pathogenesis, sf: 1-11. doi: 10.1016/j.micpath.2016.10.011. | Arşiv Bağlantısı
- T. V. Duncan. (2011). Applications Of Nanotechnology In Food Packaging And Food Safety: Barrier Materials, Antimicrobials And Sensors. Journal of Colloid and Interface Science, sf: 1-24. doi: 10.1016/j.jcis.2011.07.017. | Arşiv Bağlantısı
- A. Król, et al. (2017). Zinc Oxide Nanoparticles: Synthesis, Antiseptic Activity And Toxicity Mechanism. Advances in Colloid and Interface Science, sf: 37-52. doi: 10.1016/j.cis.2017.07.033. | Arşiv Bağlantısı
Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?
Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:
kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci
Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 21/11/2024 14:30:59 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/16107
İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.