Développement de nanoparticules bimétalliques Cu:Ag multi-concentrations en tant que bactéricide prometteur pour les bactéries résistantes aux antibiotiques, tel qu'évalué par une étude d'amarrage moléculaire

Introduction

Une variété de micro-organismes composés de bactéries, champignons, virus et parasites sont présents dans la terre et son environnement. Ces espèces entraînent des complications dans la production et l'utilisation d'équipements médicaux, de produits de santé, d'aliments transformés, de systèmes de purification d'eau et de produits d'assainissement domestique [1, 2]. Les antibiotiques sont couramment utilisés par les médecins pour tuer les bactéries qui causent des maladies chez les humains et les animaux. L'inconvénient de l'utilisation fréquente d'antibiotiques est qu'elle rend les bactéries résistantes aux médicaments avec le temps. Les antibiotiques servent également à réduire le nombre de « bonnes » bactéries présentes dans le corps, qui luttent contre les infections. Les maladies résultant d'infections causées par des bactéries résistantes aux antibiotiques sont devenues une préoccupation majeure dans le domaine de la médecine aujourd'hui. À cet égard, de nombreux germes ont été identifiés comme résistants aux médicaments [3,4,5,6,7]. De nouveaux efforts sont en cours pour résoudre le problème des bactéries résistantes aux médicaments et remplacer les agents antimicrobiens actuels par des thérapies plus efficaces et complémentaires. À cet égard, la nanotechnologie a apporté une contribution substantielle à la production de nanomatériaux tels que les NP d'oxydes métalliques et métalliques (c'est-à-dire Ag, Cu, CuO, TiO₂ , SiO₂ , MgO et ZnO) pour lutter contre un nombre toujours croissant de micro-organismes résistants aux antimicrobiens. Parmi celles-ci, les NP de Cu et Ag ont montré des propriétés antimicrobiennes encourageantes [8,9,10,11,12].

Ces dernières années, les NP bimétalliques ont été développées et utilisées pour diverses applications dans les domaines de la chimie, de la science des matériaux, de la biotechnologie et de la protection de l'environnement. Les NP bimétalliques contenant du cuivre (Cu) et de l'argent (Ag) avec une fraction élevée d'atomes de surface et une grande surface spécifique ont été largement étudiées [13]. Ces NP bimétalliques présentent un grand intérêt en raison de leurs propriétés chimiques, optiques, catalytiques, biologiques, plasmoniques et surtout antimicrobiennes renforcées [14,15,16,17,18,19,20]. Les ions Ag peuvent être réduits par l'éthanol dans des conditions atmosphériques de 800 à 1000 °C pour obtenir des NP d'argent [21, 22]. Les NP d'argent possèdent une bonne efficacité antimicrobienne, par conséquent, elles sont utilisées dans la production de crèmes solaires et de traitement de l'eau [23]. Les Cu NP sont fabriquées par réduction de sulfate de cuivre avec de l'hydrazine dans de l'éthylène glycol sous irradiation micro-ondes, et peuvent également être utilisées comme agent antibactérien [24,25,26].

Les métaux tels que Cu et Ag n'ont individuellement pas de propriétés optiques, catalytiques et structurelles prometteuses et ne peuvent pas être convertis en bimétalliques. D'autre part, la combinaison des deux métaux (Cu:Ag) offre de nouvelles opportunités pour ajuster la structure et la morphologie du produit résultant pour les applications souhaitées. Sur la base de sa structure finale, par exemple une structure noyau-enveloppe, une structure en haltère, une structure à deux interfaces, une structure mélangée de manière aléatoire ou une structure en forme de fleur, les NP bimétalliques peuvent présenter une gamme d'activités antimicrobiennes [27,28,29,30 ,31]. Diverses méthodes sont disponibles pour la synthèse de NP bimétalliques, notamment la méthode de co-précipitation, sol-gel, hydrothermale, réduction, micro-émulsion et polyol [32,33,34,35,36,37].

Dans cette étude, les NP bimétalliques Cu:Ag ont été synthétisées par la méthode de co-précipitation en utilisant de l'hydroxyde d'ammonium et de l'eau déminéralisée comme solvant, de la polyvinylpyrrolidone comme agent de coiffage et du borohydrure de sodium et de l'acide ascorbique comme agents réducteurs. Quatre échantillons avec différentes concentrations ont été préparés. Avec des concentrations croissantes d'Ag dans les NP bimétalliques préparées, les échantillons ont montré une activité accrue contre les bactéries acinetobacter baumannii qui provoque de la fièvre et des nausées. Le matériau synthétisé a pris une apparence rouge au cours de la croissance rapide, ce qui suggère que l'activité antimicrobienne a été renforcée avec des concentrations croissantes d'Ag dans les NP bimétalliques. De plus, des prédictions in silico à l'aide d'une étude d'amarrage moléculaire ont été effectuées pour identifier le modèle d'interaction des NP bimétalliques Cu:Ag contre β -enzyme lactamase de la voie de biosynthèse de la paroi cellulaire aux côtés des enzymes FabI et FabH de la voie de biosynthèse des acides gras.

Méthodes

L'étude actuelle visait à synthétiser diverses concentrations d'Ag dans des nanoparticules bimétalliques Cu:Ag par voie hydrothermale afin d'étudier l'efficacité d'un agent antibactérien contre les bactéries résistantes aux antibiotiques.

Matériaux

Chlorure de cuivre (II) (CuCl_{2 0,2} H₂ O, 98,9%), et le nitrate d'argent (AgNO₃ ) comme précurseurs, la polyvinylpyrrolidone (PVP, un poids moléculaire moyen de 40 000) comme agent de coiffage, le borohydrure de sodium (NaBH₄ , 99,9%) et l'acide L-ascorbique (C₆ H₈ O₆ , 99,0%) comme agents réducteurs et hydroxyde d'ammonium (NH₄ OH) ont été utilisés dans la présente étude après les avoir acquis auprès de Sigma Aldrich, États-Unis.

Synthèse de NPs bimétalliques Cu:Ag

Les NP bimétalliques Cu:Ag ont été préparées en utilisant la méthode de co-précipitation illustrée à la figure 1. Dans de l'eau déminéralisée, 1,25 g de PVP et 0,5 g d'acide ascorbique ont été ajoutés et agités vigoureusement à 100 °C. Deux solutions de 40 mL d'hydroxyde d'ammonium ont été préparées individuellement ; dans une solution, 1,7 g de chlorure de cuivre et dans l'autre solution 1,7 g de nitrate d'argent ont été ajoutés. Ces deux solutions sont ensuite versées l'une après l'autre dans la solution initialement préparée avec l'ajout de 0,5 g de NaBH₄ . Ensuite, la solution finale a été agitée à 100 °C pendant 4 h pour la rendre homogène et plus tard centrifugée à 6000 rpm pour une extraction complète des NP. Les NP bimétalliques obtenues ont été séchées à 100 °C pour une élimination complète de l'humidité et des impuretés, afin de s'assurer que les produits bimétalliques préparés étaient sous forme pure [12]. De même, quatre échantillons avec différentes concentrations d'Ag (mol 2,5%, 5%, 7,5% et 10%) ont été préparés avec des ratios de Cu fixes.

Illustration montrant la synthèse de NP bimétalliques Cu:Ag

Activité antimicrobienne

Le potentiel bactéricide in vitro des NP bimétalliques Cu:Ag a été évalué contre les bactéries pathogènes S. aureus, E. coli et A. baumannii isolats obtenus à partir de lait mastitique bovin en utilisant la méthode de diffusion en puits. La gélose au sel de mannitol, la gélose MacConkey et la gélose Lauria Bertani ont été tamponnées avec des bactéries isolées à croissance activée 1,5 × 10 ⁸ UFC/ml. Après solidification du milieu, cinq puits ont été préparés à l'aide d'une pipette jaune possédant des dimensions de 15 mm de diamètre et dix microlitres (5 µg/mL). Des NP bimétalliques Cu:Ag fraîchement préparées ont été chargées dans des puits avec des ratios différents par rapport à dix microlitres d'amoxicilline (5 µg/mL) comme contrôle positif et 50 µl de DIW comme contrôle négatif. L'activité bactéricide des NPs bimétalliques Cu:Ag synthétisées a été déterminée en mesurant les zones d'inhibition (en mm) formées après 15 h d'incubation à 37 °C.

Analyse statistique

L'activité bactéricide des NP synthétisées avec des mesures de zone d'inhibition (mm) a été considérée comme statistiquement significative à l'aide de SPSS 20.0, analyse unidirectionnelle de la variance (ANOVA) [57].

Étude d'amarrage moléculaire

Les antibiotiques diminuent la croissance bactérienne et provoquent la mort des bactéries en endommageant la paroi cellulaire, en perturbant les processus biochimiques, en endommageant la membrane cellulaire et en pénétrant à travers le biofilm [38]. Au cours des dernières décennies, de nombreuses nanoparticules ayant une activité bactéricide potentielle ont été signalées, qui tuent les bactéries soit par perturbation de la paroi cellulaire, soit en bloquant la source de nourriture par un mécanisme similaire aux antibiotiques connus [39,40,41]. Par conséquent, les enzymes appartenant à ces voies biochimiques sont considérées comme une cible importante et attrayante pour la découverte d'antibiotiques [12]. Ici, les enzymes clés de la voie de biosynthèse de la paroi cellulaire (c'est-à-dire β -lactamase) et la voie de biosynthèse des acides gras (c'est-à-dire FabH et FabI) ​​ont été sélectionnés comme cibles possibles pour évaluer le mécanisme d'interaction des NP bimétalliques Cu:Ag avec leur poche active en tant qu'inhibiteurs (voir Fig. 2).

Structure 3D des cibles protéiques β -lactamase, FabI (de A. bauminnii &S. aureus ) et FabH de E. coli

Les paramètres structurels 3D d'enzymes sélectionnées ont été extraits de la banque de données de protéines avec le code PDB :4U0X (résolution 2,03 Å) pour β -lactamase [42] et 6AH9; Résolution 1,74 Å [43] pour l'Enoyl-[acyl-carrier-protein] réductase (FabI) ​​de A. bauminnii . Le β -lactamase (structure 3D) avec PDB ID :1MWU ; Résolution 2.6 Å [44] et FabI avec code PDB :4CV1 ; Résolution 1.95 [45] de S. aureus tandis que pour FabH de E. coli a le code PDB :4Z8D; Résolution 2.0 Å [46].

L'étude de l'amarrage moléculaire des NP bimétalliques Cu:Ag a été réalisée à l'aide du logiciel ICM Molsoft v3.8–4a ou supérieur (Molsoft L.L.C., La Jolla, CA) pour identifier les interactions de liaison avec les résidus clés du site actif [47]. L'outil de préparation de protéines/récepteurs de l'ICM a été utilisé pour l'optimisation et la préparation de la structure de cibles enzymatiques sélectionnées. Les étapes impliquées étaient l'ajout d'atomes H polaires, la suppression de molécules d'eau et la minimisation de l'énergie à l'aide de paramètres par défaut. La molécule de ligand co-cristallisé a été retirée pour laisser place à l'amarrage des NP. La poche de liaison a été définie en utilisant une grille spécifiant la position du ligand cristallisé. La conformation avec l'énergie de liaison la plus faible parmi les 10 premières conformations ancrées a été sélectionnée dans chaque cas pour analyser le modèle d'interaction et la tendance de liaison des NP bimétalliques Ag-Cu à l'intérieur de la poche active. Pymol et le logiciel de visualisation du studio de découverte ont été utilisés pour l'analyse et la représentation en 3D des interactions de liaison [48]. La structure des NP bimétalliques Cu:Ag a été extraite de PubChem au format .sdf.

Caractérisation

L'analyse structurale et la pureté de phase ont été observées en engageant XRD (PAN analytique X'pert pro XRD) avec un rayonnement Cu-Kα (λ = 0.154 nm, 20° à 80°). La présence de modes vibrationnels correspondant à divers groupes fonctionnels a été évaluée en utilisant la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier-FTIR avec le spectromètre Perkin Elmer. Les spectres d'absorption ont été acquis à l'aide d'un spectrophotomètre UV-visible Genesys 10S. FESEM couplé avec un spectromètre EDS (JSM-6610LV) et HR-TEM (JEOL JEM 2100F) ont été utilisés pour visualiser les morphologies de surface. Le logiciel ICM v3.8-4a ou supérieur (Molsoft L.L.C., La Jolla, CA) a été utilisé pour l'analyse d'amarrage moléculaire.

Résultats et discussion

Une analyse XRD a été entreprise pour évaluer la constitution des phases et la structure cristalline des produits formulés. La figure 3a révèle le motif XRD tracé entre 20° et 80°. Dans le Cu:Ag bimétallique, les réflexions observées autour de ~ 38,2°, 46°, 64,4° et 77,1° sont attribuées aux facettes (111), (200), (220) et (311) de la phase fcc Ag selon JCPDS Non 04-0783 [32, 49,50,51,52]. Considérant que, dans le cas de Cu, les diffractions apparaissant à 32,6°, 44,2° et 51° dénotaient des plans de réseau (110), (111) et (200) qui confirmaient la présence de CuO structuré par fcc et de Cu métallique, respectivement, et bien apparié avec JCPDS n° 04-0836 [32, 53, 54, 55, 56]. Dans le modèle extrait, des pics d'Ag et de Cu ont été observés, ce qui signifie la présence de NP constituant à la fois les phases Ag et Cu. De plus, l'existence de CuO dans les échantillons à faible teneur en Ag (par exemple, 1:0,025, 1:0,050 et 1:0,075) révèle que les NP de Cu étaient oxydées et présentaient un comportement non protecteur à haute température en raison de concentrations plus faibles en Ag [ 52]. A l'inverse, dans l'échantillon avec la plus forte teneur en Ag (1:0,1), le pic CuO présente une faible intensité qui indique la formation d'un produit partiellement sans oxyde [57]. Cela suggère qu'une meilleure résistance à l'oxydation des NP bimétalliques se produira en raison de l'ajout d'Ag [52]. Aucun pic d'impureté supplémentaire n'a été détecté dans les limites de détection de l'instrument alors que chaque plan cristallographique comprend des sites énergétiquement distincts en fonction de la densité atomique. Les NP de Cu et d'Ag ont des facettes à haute densité atomique à (111) qui ont servi à exposer l'orientation maximale des plans [51, 58]. En utilisant la loi de Bragg, l'espacement d de Ag et Cu s'est avéré être de 0,24 et 0,21 nm, respectivement, ce qui correspond à un plan distinct (111) des deux éléments et était conforme aux résultats HR-MET (Fig. 6) [51, 59 ,60,61,62]. Les anneaux SAED correspondants (Fig. 3b-d) obtenus à partir de produits bimétalliques préparés présentent des motifs d'anneaux distincts qui montrent des produits bien cristallisés et s'accordent bien avec les motifs XRD.

un Profils XRD obtenus à partir de NP bimétalliques Cu:Ag, b –d Anneaux SAED obtenus en utilisant HR-TEM pour les échantillons b 1:0.025, c 1:0.050, et d 1:0.10, e Spectres FTIR des échantillons préparés

Les spectres FTIR ont été enregistrés entre 500 et 4000 cm ⁻¹ comme présenté dans la Fig. 3e ; la bande transmise positionnée entre 600 et 900 cm ⁻¹ est causée par la formation de liaisons Cu:Ag [63]. La bande observée autour de ~ 1200 et 1400 cm ⁻¹ est attribué à C–O et C–H, respectivement ; pics apparaissant à ~ 1800 et 2100 cm ⁻¹ correspond à la liaison C=O et N–H due à PVP et NH₄ OH [64]. Transmissions observées autour de ~ 2800 cm ⁻¹ et 3 400 cm ⁻¹ sont attribuées à la présence de C≡N et d'un groupe hydroxyle (O–H) [64].

La figure 4a montre les spectres d'absorption des NP bimétalliques Ag-Cu avec des bandes d'absorption claires situées à 340, 410 et 500 nm, qui sont attribuées à l'absorption par résonance plasmonique de surface de l'Ag et du Cu métalliques [52]. La bande apparaissant à 410 nm est généralement due à la présence de Ag NP, et ce dernier pic positionné à 510 nm est attribué à l'existence de Cu NP [52, 57, 58, 59, 65, 66, 67]. Il peut être suggéré que les NP bimétalliques sont développées avec des phases Ag et Cu distinctes, au lieu du développement bimétallique qui a également été confirmé par les résultats de la DRX comme discuté précédemment [52]. Un léger décalage vers le rouge dans la bande d'absorption à 410 nm et une augmentation de l'absorption maximale avec l'augmentation de la teneur en Ag ont été observés [58]. En utilisant l'équation du Tauc,

où α est considéré comme un coefficient d'absorption [2.303 log(T /d ), T est la lumière transmise et d montre l'épaisseur de la cellule d'échantillon], h symbolise la constante de Planck (6.62607015 × 10 ⁻³⁴ Js), \(\nu\) est la fréquence de la lumière, K montre l'indice d'absorption, et E _g est égale à l'énergie de la bande interdite en eV. La valeur de « n ” est lié au type de transition électronique de la bande interdite [13, 26, 68, 69]. La bande interdite des produits bimétalliques préparés a été calculée et s'est avérée être de 3,2, 2,9, 2,7 et 2,6 eV, comme le montre la figure 4b–e.

Spectres UV-Vis obtenus à partir de b bimétalliques –e Analyse du tracé Tauc

À partir d'images SEM (Fig. 5a–d) de nanocomposites bimétalliques Cu:Ag tels que synthétisés, il a été observé que des particules de petite taille se déposaient à la surface de grosses particules. Une augmentation de la teneur en Ag de 2,5 à 7,5% a conduit à la formation de diverses particules de morphologie variable qui ont finalement abouti à de gros NP de Cu:Ag. De plus, l'accumulation de particules d'Ag inégales et minuscules a été augmentée avec une concentration croissante de dopant suggérant l'apparition de blocs plus dispersés sur sa surface. Cela signifie l'influence majeure que le dopage Ag dans Cu a sur la morphologie, qui a été confirmée par des micrographies HR-TEM (voir Fig. 5e–h).

a–d Images SEM obtenues à partir de produits préparés, e–h Micrographies HR-TEM

Pour élaborer davantage sur la morphologie et l'espacement d du bimétallique préparé, le HR-TEM avec une résolution de 10 nm a été utilisé. Sur la figure 6a, l'espacement d (0,21 nm) des NP Cu correspond à la facette (111) de Cu, comme cela est également évident dans les résultats XRD (Fig. 3a). La figure 6b montre une légère augmentation de l'espacement des couches (0,21 à 0,22 nm) et montre des NP d'Ag avec une distance interplanaire de 0,24 nm qui correspond au plan (111). De même, la figure 6c, d montre les espacements de couches calculés et les phases séparées de bimétallique tandis que la figure 6e montre la forme des particules de Ag et Cu NPs. Les particules des images HR-TEM possèdent une structure noyau-enveloppe. Sur la figure 6d au sein d'une seule particule, des franges de réseau émanant de Cu et d'Ag ont été enregistrées. Cela suggère fortement la formation de NP bimétalliques cœur-coquille avec différents rapports Cu:Ag produisant des NP quasi-sphériques irréguliers. De plus, l'image MET a montré que les particules ressemblent à des régions sombres et lumineuses. Cette variation de contraste au sein d'une même particule peut indiquer la présence de deux matériaux constitutifs distincts suggérant la création de particules bimétalliques Cu:Ag [70, 71].

a–d Images HR-TEM (10 nm) pour la mesure de l'espacement d pour tous les échantillons préparés, e image à faible grossissement montrant des particules bimétalliques

La présence d'un pic distinct dans le spectre EDS et la composition élémentaire provenant du bimétallique a confirmé la formation réussie de Cu:Ag NPs. La figure 7a représente le spectre EDS obtenu à partir d'un échantillon 1:0,050 qui montre des pics clairs de Cu et d'Ag. La figure 7b est tirée de l'échantillon 1:010 où des pics pour C et O ont été détectés dans des échantillons dopés. Ceux-ci apparaissent car les languettes de carbone sont utilisées pour conserver les échantillons lors de l'examen SEM et/ou en raison des décomptes de fond dans le capteur SEM-EDS.

Profils EDS obtenus à partir de NPs bimétalliques

L'efficacité bactéricide in vitro des NP bimétalliques Cu:Ag à l'aide d'un essai de diffusion de puits d'agar est présentée dans le tableau 1. Les résultats démontrent une relation proportionnelle directe entre la concentration de NP synthétisées et les zones d'inhibition (mm). Statistiquement significatif (P < 0,05) zones d'inhibition enregistrées pour (2,5, 5, 7,5 et 10 % en poids) de dopant Ag contre S. aureus, E. coli et A. baumannii variaient de 0,85 à 2,8 mm, 0,55 à 1,95 mm et 0,65 à 1,85 mm, respectivement, voir le tableau 1. Tous les résultats ont été comparés avec DIW (0 mm) et l'amoxicilline (4 mm) comme contrôle négatif et positif, respectivement. De même, le pourcentage d'efficacité des NP dopées a augmenté (21,2 à 70 %), (13,7 à 48,7 %) et (16,2 à 46,2 %) contre S. aureus, E. coli et A. baumannii , respectivement. Dans l'ensemble, les NP bimétalliques Cu:Ag se sont avérées plus puissantes contre S. aureus (c'est-à-dire gramme + ive) par rapport à E. coli et A. baumannii (c'est-à-dire gramme −ive).

La taille, la concentration et la forme des NP affectent directement le stress oxydatif produit par les nanostructures. L'efficacité bactéricide sous forme de zones d'inhibition (mm) s'est améliorée en raison d'un plus grand dopage en % en poids des NP bimétalliques Cu dopées à l'Ag en raison de la disponibilité accrue des cations (++). L'action bactéricide en ce qui concerne la taille et la concentration décrit une relation inverse à la taille [58, 59]. Les structures de taille nanométrique produisent efficacement des espèces réactives de l'oxygène (ROS) qui résident dans les membranes cellulaires bactériennes conduisant à l'extrusion des organites cellulaires et finalement à la mort des bactéries [60]. Outre la production de ROS, interaction cationique d'Ag ⁺ et Cu ⁺⁺ avec des parties chargées négativement de la membrane cellulaire des bactéries, améliore l'efficacité bactéricide à des concentrations croissantes par lyse cellulaire et effondrement des bactéries [58, 61].

Les applications biologiques de diverses classes de nanoparticules ont été largement étudiées depuis les dernières décennies. En raison des caractéristiques uniques des NP, elles ont été largement utilisées pour leur potentiel en tant qu'agent bactéricide avec la capacité de remplacer les antibiotiques traditionnels. Les NP interagissent avec les cellules bactériennes, perturbent la perméation de la membrane cellulaire et détruisent les voies métaboliques clés [72]. Le mécanisme spécifique de la toxicité des nanoparticules envers les bactéries doit être exploré. On pense que les NP interagissent avec les cellules bactériennes impliquant des forces électrostatiques, des forces de van der Waals ou des interactions hydrophobes qui entraînent finalement la mort des bactéries. Les enzymes ont été signalées comme le principal facteur de virulence impliqué dans l'infection bactérienne et leur ciblage pour inhiber leur activité aide à lutter contre l'infection causée [73]. Ici, une étude d'amarrage moléculaire des NP Cu:Ag contre des cibles enzymatiques de la paroi cellulaire ainsi que la voie de biosynthèse des acides gras a identifié le modèle d'interaction de liaison de ces NP à l'intérieur de la poche active. Compte tenu du potentiel antibactérien in vitro de ces NP contre A. bauminnii , S. aureus et E. coli , les cibles enzymatiques ont été sélectionnées parmi ces micro-organismes pour avoir un aperçu du mécanisme possible derrière leur activité bactéricide.

Meilleure conformation ancrée observée dans le cas des NPs bimétalliques Cu:Ag avec β -lactamase de A. bauminnii a révélé une interaction de liaison hydrogène avec Glu272 (2,8 Å) et Ser286 (3,2 Å) ainsi qu'une interaction de contact métallique avec Val292 tandis que le score d'amarrage était de − 4,013 kcal/mol (Fig. 8a). De même, le score de liaison des NP bimétalliques Ag-Cu observé contre β -lactamase de S. aureus était de − 4,981 kcal/mol possédant une interaction de liaison H avec Ser403 (3,2 Å), Tyr519 (3,6 Å), Gln521 (3,0 Å) et Asn464 (3,1 Å) comme le montre la figure 8b.

Modèle d'interaction de liaison des NP bimétalliques Ag-Cu à l'intérieur de la poche active. un β -lactamase de A. bauminnii , b β -lactamase de S. aureus . c , d Modèle d'interaction de liaison des NP bimétalliques Ag-Cu à l'intérieur de la poche active c enoyl-[acyl-carrier-protein] réductase (FabI) ​​de A. bauminnii , d enoyl-[acyl-carrier-protein] réductase (FabI) ​​de S. aureus , e modèle d'interaction de liaison des NP bimétalliques Ag-Cu à l'intérieur de la poche active de FabH de E. coli

La deuxième cible enzymatique sélectionnée dans la présente étude FabI appartient à la voie de biosynthèse des acides gras et les prédictions d'amarrage moléculaire suggèrent que les NP bimétalliques Cu:Ag sont un inhibiteur potentiel contre cette cible. Les NPs bimétalliques Cu:Ag ont montré un bon score de liaison (-3,385 kcal/mol) contre FabI de A. bauminnii ayant une liaison H avec Ser201 (2,7 Å), Ala199 (3,5 Å) et Leu198 (3,3 Å) comme illustré sur la figure 8c. De même, la meilleure conformation ancrée des NP Ag-Cu avec le site actif de FabI de S. aureus a montré une liaison H avec Gly202 (2,5 Å) et Gln155 (2,5 Å) ayant un score de liaison de − 3,012 kcal/mol (Fig. 8d).

De plus, la capacité de liaison des NP bimétalliques Cu:Ag contre FabH de E.coli a également été évalué et le score de liaison observé était de − 4,372 kcal/mol avec une interaction de liaison H avec Thr254 (3,5 Å), HIE244 (2,6 Å) et Glu302 (3,0 Å) illustré à la figure 8e.

Conclusion

Des nanoparticules bimétalliques Cu:Ag ont été préparées par une méthode de co-précipitation pour une utilisation dans des applications de lutte contre les maladies liées aux bactéries. Les profils XRD ont confirmé la présence de CuO structuré par fcc et de particules métalliques de Cu et Ag. Des pics d'Ag et de Cu ont été observés, ce qui signifie des NP bimétalliques comportant des phases d'Ag et de Cu. Les plans observés dans l'analyse XRD correspondent bien aux anneaux SAED. Groupes chimiques liés aux produits formulés et bande de transmission caractéristique comprise entre 600 et 900 cm ⁻¹ a été causée par la formation d'une liaison Cu:Ag. Les spectres tracés de l'UV-vis ont montré une absorption à 410 nm qui survient généralement en raison de la présence d'Ag NP, et ce dernier pic positionné à 510 nm a été attribué à l'existence de Cu NP. Les particules dans les images HR-TEM se sont avérées avoir une structure cœur-coquille. Les NP Cu:Ag ont clairement montré la formation de NP bimétalliques avec différents rapports Cu:Ag produisant des NP quasi-sphériques irréguliers. De plus, l'espacement d des NP Cu, c'est-à-dire 0,21 nm, correspond à la facette (111) de Cu détectée dans les résultats XRD. Une légère augmentation de l'espacement des couches (de 0,21 à 0,22 nm) montre également que les NP d'Ag avec une distance de couche de 0,24 nm correspondent au plan (111). L'étude d'amarrage moléculaire a montré un bon accord avec l'activité bactéricide in vitro. La tendance à la liaison des NP bimétalliques Cu:Ag contre β -L'enzyme lactamase de la voie de biosynthèse de la paroi cellulaire ainsi que les enzymes FabI et FabH de la voie de biosynthèse des acides gras ont démontré leur potentiel d'inhibition qui doit être exploré plus avant par des études d'inhibition enzymatique.

Disponibilité des données et des matériaux

Toutes les données sont entièrement disponibles sur demande.

Abréviations

EDS :

Spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie

FTIR :

Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier

G + ve :

Gram positif

G −ve :

Gram négatif

HR-TEM :

Microscopie électronique à transmission haute résolution

JCPDS :

Comité mixte sur les étalons de diffraction des poudres

Ag :

Argent

UV–Vis :

Spectroscopie visible ultra-violet

XRD :

Diffraction des rayons X