Synthesis and Antibacterial Activity of Silver Nanoparticles Stabilized by Lipopeptides and Glycolipids Produced by Bacillus amyloliquefaciens and Pseudomonas fluorescens

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The colloidal chemical and antibacterial properties of aqueous dispersions of silver nanoparticles stabilized by surfactin and rhamnolipids isolated from B. amyloliquefaciens and P. fluorescens were studied. The isolated biosurfactants were identified by thin layer chromatography and Fourier transform infrared spectrometry. Using the methods of UV-visible spectrophotometry, transmission electron microscopy and dynamic light scattering, the colloidal chemical characteristics of the resulting dispersions were studied. Optimal ratios of the precursor substances were found in which the used biosurfactants perform as effective stabilizers of dispersions of silver nanoparticles and ensure their aggregative stability for at least two months. It was shown that the studied dispersions have antibacterial activity against gram-positive B. subtilis and gram-negative P. aeruginosa and E. coli. A comparative assessment of the antibacterial activity of silver nanoparticles stabilized by biosurfactants and traditional silver-containing preparations, such as a silver nitrate solution and a dispersion of silver nanoparticles stabilized by citrate, was carried out. Furthermore, dispersions stabilized with surfactin showed the highest antibacterial activity, comparable to the effect of a silver nitrate solution, which is associated with their good colloidal stability. In addition, high antibacterial activity of dispersions of silver nanoparticles stabilized with biosurfactants isolated from Bacillus and Pseudomonas bacteria against strains of the other genus was discovered. An explanation of the observed phenomenon is given and the prospects for its application in medicine are proposed.

About the authors

A. G. Khina

Lomonosov Moscow State University, Department of Chemistry; Bauman Moscow State Technical University

Email: alex_khina@inbox.ru
Moscow, 119991 Russia; Moscow, 105005 Russia

A. S. Gordeev

Kazan Federal University, Institute of Ecology, Biotechnology and Nature Management

Kazan, 420008 Russia

L. R. Biktasheva

Kazan Federal University, Institute of Ecology, Biotechnology and Nature Management

Kazan, 420008 Russia

D. M. Gorbunov

Lomonosov Moscow State University, Department of Chemistry

Moscow, 119991 Russia

P. A. Kuryntseva

Kazan Federal University, Institute of Ecology, Biotechnology and Nature Management

Kazan, 420008 Russia

G. V. Lisichkin

Lomonosov Moscow State University, Department of Chemistry

Moscow, 119991 Russia

Yu. A. Krutyakov

Lomonosov Moscow State University, Department of Chemistry; National Research Center “Kurchatov Institute”

Email: nrcki@nrcki.ru
Moscow, 119991 Russia; Moscow, 123182 Russia

References

  1. Varela M.F., Stephen J., Lekshmi M., Ojha M., Wenzez N., Sanford L.M., Hernandez A.J. et al. // Antibiotics. 2021. V. 10. https://doi.org/10.3390/antibiotics10050593
  2. Butler M.S., Gigante V., Sati H., Paulin S., Al-Sulaiman L., Rex J.H. et al. // Antimicrob. Agents Chemother. 2022. V. 66. https://doi.org/10.1128/aac.01991-21
  3. Stachelek M., Zalewska M., Kawecka-Grochocka E., Sakowski T., Bagnicka E. // Annals of Animal Science. 2021. V. 21. P. 63–87. https://doi.org/10.2478/aoas-2020-0098
  4. Vila J., Moreno-Morales J., Ballesté-Delpierre C. // Clin. Microb. Infect. 2020. V. 26. P. 596–603. https://doi.org/10.1016/j.cmi.2019.09.015
  5. Hamad A., Khashan K.S., Hadi A. // J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. 2020. V. 30. P. 4811–4828. https://doi.org/10.1007/s10904-020-01744-x
  6. Waszczykowska A., Żyro D., Ochocki J., Jurowski P. // Biomedicines. 2021. V. 9. P. 210. https://doi.org/10.3390/biomedicines9020210
  7. Sekito T., Sadahira T., Watanabe T., Maruyama Y., Watanabe T., Iwata T. et al. // World Acad. Sci J. 2022. V. 4. P. 1–6. https://doi.org/10.3892/wasj.2022.141
  8. Ozdal M., Gurkok S. // ADMET DMPK. 2022. V. 10. P. 115–129. https://doi.org/10.5599/admet.1172
  9. Krutyakov Y., Klimov A., Violin B., Kuzmin V., Ryzhikh V., Gusev A. et al. // Eur. J. Nanomed. 2016. V. 8. P. 185–194. https://doi.org/10.1515/ejnm-2016-0018
  10. Yin I.X., Zhang J., Zhao I.S., Mei M.L., Li Q., Chu C.H. // Int. J. Nanomedicine. 2020. V. 15. P. 2555–2562. https://doi.org/10.2147/IJN.S246764
  11. Dos Santos C.A., Seckler M.M., Ingle A.P., Gupta I., Galdiero S., Galdiero M. et al. // J. Pharm. Sci. 2014. V. 103. P. 1931–1944. https://doi.org/10.1002/jps.24001
  12. Cambier S., Røgeberg M., Georgantzopoulou A., Serchi T., Karlsson C., Verhaegen S. et al. // Sci. Total Environ. 2018. V. 610. P. 972–982. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.08.115
  13. Abramenko N., Semenova M., Khina A., Zherebin P., Krutyakov Y., Krysanov E., Kustov L. // Nanomaterials. 2022. V. 12. https://doi.org/10.3390/nano12224003
  14. Khina A.G., Krutyakov Y.A. // Appl. Biochem. Microbiol. 2021. V. 57. P. 683–693. https://doi.org/10.1134/S0003683821060053
  15. Salleh A., Naomi R., Utami N.D., Mohammad A.W., Mahmoudi E., Mustafa N., Fauzi M.B. // Nanomaterials. 2020. V. 10. https://doi.org/10.3390/nano10081566
  16. Liau S.Y., Read D.C., Pugh W.J., Furr J.R., Russell A.D. // Lett. Appl. Microbiol. 1997. V. 25. P. 279–283. https://doi.org/10.1046/j.1472-765X.1997.00219.x
  17. Gordon O., Vig Slenters T., Brunetto P.S., Villaruz A.E., Sturdevant D.E., Otto M. et al. // Antimicrob. Agents Chemother. 2010. V. 54. P. 4208–4218. https://doi.org/10.1128/aac.01830-09
  18. Dibrov P., Dzioba J., Gosink K.K., Häse C.C. // Antimicrob. Agents Chemother. 2002. V. 46. P. 2668–2670. https://doi.org/10.1128/aac.46.8.2668-2670.2002
  19. Yamanaka M., Hara K., Kudo J. // Appl. Environ. Microbiol. 2005. V. 71. P. 7589–7593. https://doi.org/10.1128/AEM.71.11.7589-7593.2005
  20. Freeland J., Khadka P., Wang Y. // Phys. Rev. E. 2018. V. 98. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.98.062403
  21. Adeyemi O.S., Shittu E.O., Akpor O.B., Rotimi D., Batiha G.E. // EXCLI J. 2020. V. 19. P. 492. http://dx.doi.org/10.17179/excli2020-1244
  22. Cabiscol Catalā E., Tamarit Sumalla J., Ros Salvador J. // Int. Microbiol. 2000. V. 3. № 1. P. 3–8. https://doi.org/10.2436/IM.V3I1.9235
  23. McQuillan J.S., Shaw A.M. // Nanotoxicology. 2014. V. 8. P. 177–184. https://doi.org/10.3109/17435390.2013.870243
  24. Krutyakov Y.A., Khina A.G. // Appl. Biochem. Microbiol. 2022. V. 58. P. 493–506. https://doi.org/10.1134/S0003683822050106
  25. Krutyakov Y.A., Kudrinskiy A.A., Olenin A.Y., Lisichkin G.V. // Russian Chemical Reviews. 2008. V. 77. P. 233. https://doi.org/10.1070/RC2008v077n03ABEH003751
  26. Kvítek L., Panáček A., Soukupová J., Kolář M., Večeřová R., Prucek R. et al. // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. P. 5825–5834. https://doi.org/10.1021/jp711616v
  27. Gibała A., Żeliszewska P., Gosiewski T., Krawczyk A., Duraczyńska D., Szaleniec J. et al. // Biomolecules. 2021. V. 11. P. 1481. https://doi.org/10.3390/biom11101481
  28. Vertelov G.K., Krutyakov Y.A., Efremenkova O. V, Olenin A.Y., Lisichkin G.V // Nanotechnology. 2008. V. 19. https://doi.org/10.1088/0957-4484/19/35/355707
  29. Markande A.R., Patel D., Varjani S.A. // Bioresour. Technol. 2021. V. 330. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.124963
  30. Puyol McKenna P., Naughton P.J., Dooley J.S.G., Ternan N.G., Lemoine P., Banat I.M. // Pharmaceuticals. 2024. V. 17. P. 138. https://doi.org/10.3390/ph17010138
  31. Chrzanowski Ł., Ławniczak Ł., Czaczyk K. // World J. Microbiol. Biotechnol. 2012. V. 28. P. 401–419. https://doi.org/10.1007/s11274-011-0854-8
  32. Andrić S., Meyer T., Rigolet A., Prigent-Combaret C., Höfte M., Balleux G. et al. // Microbiol. Spectr. 2021. V. 9. https://doi.org/10.1128/spectrum.02038-21
  33. Kumar C.G., Mamidyala S.K., Das B., Sridhar B., Devi G.S., Karuna M.S. // J. Microbiol. Biotechnol. 2010. V. 20. P. 1061–1068. http://doi.org/10.4014/jmb.1001.01018
  34. Salazar-Bryam A.M., Yoshimura I., Santos L.P., Moura C.C., Santos C.C., Silva V.L., et al. // Colloids Surf. B. Biointerfaces. 2021. V. 205. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2021.111883
  35. Reddy A.S., Chen C. Y., Baker S.C., Chen C. C., Jean J. S., Fan C. W. et al. // Mater. Lett. 2009. V. 63. P. 1227–1230. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2009.02.028
  36. Rangarajan V., Dhanarajan G., Dey P., Chattopadhya D., Sen R. // Appl. Nanosci. 2018. V. 8. P. 1809–1821. https://doi.org/10.1007/s13204-018-0852-3
  37. Bezza F.A., Tichapondwa S.M., Chirwa E.M.N. // J. Hazard Mater. 2020. V. 393. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.122319
  38. Joanna C., Marcin L., Ewa K., Grażyna P. A // Ecotoxicology. 2018. V. 27. P. 352–359. https://doi.org/10.1007/s10646-018-1899-3
  39. Elnosary M., Aboelmagd H., Sofy M.R., Sofy A. // Egypt J. Chem. 2023. V. 66. P. 209–223. http://doi.org/10.21608/ejchem.2022.159976.6894
  40. Vasileva-Tonkova E., Sotirova A., Galabova D. // Curr. Microbiol. 2011. V. 62. P. 427–433. http://doi.org/10.1007/s00284-010-9725-z
  41. EL-Amine Bendaha M., Mebrek S., Naimi M., Tifrit A., Belaouni H.A. // Open Access Sci. Rep. 2012. V. 2. http://doi.org/10.4172/scientificreports.544
  42. Schalchli H., Lamilla C., Rubilar O., Briceño G., Gallardo F., Durán N. et al. // J. Environ. Chem. Eng. 2023. V. 11. https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.111572
  43. Zhang F., Huo K., Song X., Quan Y., Wang S., Zhang Z. et al. // Microb. Cell Fact. 2020. V. 19. P. 1–13. https://doi.org/10.1186/s12934-020-01485-z
  44. Sarker S.D., Nahar L., Kumarasamy Y. // Methods. 2007. V. 42. № 4. P. 321-324. https://doi.org/10.1016/j.ymeth.2007.01.006
  45. Volk H., Hendry P. Consequences of Microbial Interactions with Hydrocarbons, Oils, and Lipids: Production of Fuels and Chemicals. / Ed. S. Y. Lee. Cham, Switzerland: Springer International Publishing AG, 2017. P. 1–16. https://doi.org/10.1007/978-3-319-31421-1_202-1
  46. Gordadze G.N., Tikhomirov V.I. // Pet. Chem. 2007. V. 47. № 6. P. 389–398.
  47. Seo J., Hoffmann W., Warnke S., Huang X., Gewinner S., Schöllkopf W. et al. // Nat. Chem. 2017. V. 9. P. 39–44. https://doi.org/10.1038/nchem.2615
  48. Janek T., Gudiña E.J., Połomska X., Biniarz P., Jama D., Rodrigues L.R. et al.// Molecules. 2021. V. 26. https://doi.org/10.3390/molecules26123488
  49. Deepika K.V., Raghuram M., Bramhachari P.V. // Afr. J. Microbiol. Res. 2017. V. 11. P. 218–231. http://doi.org/10.5897/AJMR2015.7881
  50. Nayarisseri A., Singh P., Singh S.K. // Bioinformation. 2018. V. 14. № 6. P. 304–314. http://doi.org/10.6026/97320630014304
  51. Shah M.U.H., Sivapragasam M., Moniruzzamana M., Yusup S.B. // Procedia Engineering. 2016. V. 148. P. 494–500. http://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.06.538
  52. Dengle-Pulate V., Chandorkar P., Bhagwat S., Prabhune A.A. // J. Surfactants Deterg. 2014. V. 17. P. 543–552. https://doi.org/10.1007/s11743-013-1495-8
  53. Oluwaseun A.C., Kola O.J., Mishra P., Singh J.R., Singh A.K., Cameotra S.S., Micheal B.O. // Sustain. Chem. Pharm. 2017. V. 6. P. 26–36. https://doi.org/10.1016/j.scp.2017.07.001
  54. Huynh K.A., Chen K.L. // Environ. Sci. Technol. 2011. V. 45. P. 5564–5571. https://doi.org/10.1021/es200157h
  55. Lyng M., Kovács Á.T. // Trends Microbiol. 2023. V. 31. P. 845–857. https://doi.org/10.1016/j.tim.2023.02.003

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».