Восстановление антибиотикочувствительности к линкомицину в составе композиций с наносеребром и гуминовыми веществами

Цель – исследование восстановления чувствительности метициллин-резистентного штамма Staphylococcus aureus к линкомицину при добавлении гуминовых веществ с наночастицами серебра.
Материалы и методы. Композиции гуминовых веществ с наночастицами серебра синтезировали из коммерческого гумата натрия Powhumus и нитрата серебра в присутствии NaOH (1 моль) для создания щелочной среды. Для синтеза одной из двух композиций гумат натрия модифицировали гидрохиноном. Для описания характеристик полученных составов снимали спектры поверхностного плазмонного резонанса наночастиц серебра и их изображения, полученные методом просвечивающей электронной микроскопии. Чувствительность клинического штамма Staphylococcus aureus, устойчивого к метициллину, определяли, измеряя минимальную ингибирующую концентрацию (МИК), с введением в состав композиций линкомицина и тетрациклина.
Результаты. Показана 100%-я конверсия ионного серебра в металлическое с характерным размером наночастиц 6 нм. Проведено сравнение действия тетрациклина и линкомицина на исследуемый штамм S. aureus, показаны высокая чувствительность к тетрациклину (МИК < 10 мкг/мл) и отсутствие чувствительности к линкомицину (МИК > 200 мкг/мл). Исследование действия композиции гуматов натрия с наносеребром при введении в них линкомицина показало, что подобный подход позволяет существенно снизить МИК линкомицина до 0,1 мкг/мл в присутствии композиций с модифицированным гидрохиноном гумата натрия в концентрации 40 мкг/мл и композиций с немодифицированным гуматом натрия в концентрации 60 мкг/ мл.
Заключение. В проведенном исследовании продемонстрировано, что при использовании композиций гуминовых веществ с наносеребром происходит полное восстановление чувствительности к линкомицину устойчивого к метициллину штамма Staphylococcus aureus. 

1. Lakhundi S., Zhang K. Methicillin-resistant Staphylococcus aureus: molecular characterization, evolution, and epidemiology. Clinical Microbiology Reviews. 2018;31(4):e00020–18. DOI: 10.1128/cmr.00020-18.

2. Dennesen P.J., Bonten M.J., Weinstein R.A. Multiresistant bacteria as a hospital epidemic problem. Annals of Medicine.1998;30(2):176–185. DOI: 10.3109/07853899808999401.

3. Reading C., Cole M. Clavulanic acid: a beta-lactamase-inhibiting beta-lactam from Streptomyces clavuligerus. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 1977;11(5):852–857. DOI: 10.1128/aac.11.5.852.

4. Li X., Gui R., Li J., Huang R., Shang Y., Zhao Q. et al. Novel multifunctional silver nanocomposite serves as a resistance-reversal agent to synergistically combat carbapenem-resistant Acinetobacter baumannii. ACS Applied Materials & Interfaces. 2021;13(26):30434–30457. DOI: 10.1021/acsami.1c10309.

5. Panáček A., Kvítek L., Smékalová M., Večeřová R., Kolář M., Röderová M. et al. Bacterial resistance to silver nanoparticles and how to overcome it. Nature Nanotechnology. 2018;13(1):65–71. DOI: 10.1038/s41565-017-0013-y.

6. Li P., Li J., Wu C., Wu Q., Li J. Synergistic antibacterial effects of β-lactam antibiotic combined with silver nanoparticles. Nanotechnology. 2005;16(9):1912. DOI: 10.1088/0957-4484/16/9/082.

7. Chopra I. The increasing use of silver-based products as antimicrobial agents: a useful development or a cause for concern? Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 2007;59(4):587–590. DOI: 10.1093/jac/dkm006.

8. Allahverdiyev A.M., Kon K.V., Abamor E.S., Bagirova M., Rafailovich M. Coping with antibiotic resistance: combining nanoparticles with antibiotics and other antimicrobial agents. Expert Review of Anti-Iinfective Therapy. 2011;9(11):1035–1052. DOI: 10.1586/eri.11.121.

9. Abdul-Jabbar A.M., Hussian N.N., Mohammed H.A., Aljarbou A., Akhtar N., Khan R.A. Combined anti-bacterial actions of lincomycin and freshly prepared silver nanoparticles: overcoming the resistance to antibiotics and enhancement of the bioactivity. Antibiotics. 2022;11(12):1791. DOI: 10.3390/antibiotics11121791.

10. Lopez-Carrizales M., Velasco K.I., Castillo C., Flores A., Magaña M., Martinez-Castanon G.A. et al. In vitro synergism of silver nanoparticles with antibiotics as an alternative treatment in multiresistant uropathogens. Antibiotics. 2018;7(2):50. DOI: 10.3390/antibiotics7020050.

11. Masimen M.A.A., Harun N.A., Maulidiani M., Ismail W.I.W. Overcoming methicillin-resistance Staphylococcus aureus (MRSA) using antimicrobial peptides-silver nanoparticles. Antibiotics. 2022;11(7):951. DOI: 10.3390/antibiotics11070951.

12. Ribeiro A.I., Dias A.M., Zille A. Synergistic effects between metal nanoparticles and commercial antimicrobial agents: A review. ACS Applied Nano Materials. 2022;5(3):3030–3064. DOI: 10.1021/acsanm.1c03891.

13. Slavin Y.N., Asnis J., Hńfeli U.O., Bach H. Metal nanoparticles: understanding the mechanisms behind antibacterial activity. Journal of Nanobiotechnology. 2017;15(1):65. DOI: 10.1186/s12951-017-0308-z.

14. Deng H., McShan D., Zhang Y., Sinha S.S., Arslan Z., Ray P.C. et al. Mechanistic study of the synergistic antibacterial activity of combined silver nanoparticles and common antibiotics. Environmental Science & Ttechnology. 2016;50(16):8840–8848. DOI: 10.1021/acs.est.6b00998.

15. Hwang I.S., Hwang J.H., Choi H., Kim K.J., Lee D.G. Synergistic effects between silver nanoparticles and antibiotics and the mechanisms involved. Journal of Medical Microbiology. 2012;61(12):1719–1726. DOI: 10.1099/jmm.0.047100-0.

16. Jamaran S., Zarif B.R. Synergistic effect of silver nanoparticles with neomycin or gentamicin antibiotics on mastitis-causing Staphylococcus aureus. Open Journal of Ecology. 2016;6(7):452–459. DOI: 10.4236/oje.2016.67043.

17. Verrillo M., Salzano M., Savy D., Di Meo V., Valentini M., Cozzolino V., Piccolo A. Antibacterial and antioxidant properties of humic substances from composted agricultural biomasses. Chemical and Biological Technologies in Agriculture. 2022;9(1):28. DOI: 10.1186/s40538-022-00291-6.

18. Porras J., Bedoya C., Silva-Agredo J., Santamaría A., Fernández J.J., Torres-Palma R.A. Role of humic substances in the degradation pathways and residual antibacterial activity during the photodecomposition of the antibiotic ciprofloxacin in water. WaterResearch. 2016;94:1–9. DOI: 10.1016/j.watres.2016.02.024.

19. Savy D., Di Meo V., Verrillo M., Cangemi S., Cozzolino V., Piccolo A. Novel nanomaterials made of humic substances from green composts and chitosan exerting antibacterial activity. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2023;11(26):9674–9683. DOI: 10.1021/acssuschemeng.3c01362.

20. Litvin V.A., Minaev B.F. Spectroscopy study of silver nanoparticles fabrication using synthetic humic substances and their antimicrobial activity. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2013;108:115–122. DOI: 10.1016/j.saa.2013.01.049.

21. Sal’nikov D.S., Pogorelova A.S., Makarov S.V., Vashurina I.Y. Silver ion reduction with peat fulvic acids. Russ. J. Appl. Chem. 2009;82(4):545–548. DOI: 10.1134/S107042720904003X.

22. Aleksandrova G.P., Lesnichaya M.V., Dolmaa G., Klimenkov I.V., Sukhov B.G., Regdel D. et al. Silvercontaining nanocomposites with antioxidant activity based on humic substances of different origin. Russ. Chem. Bull. Int. Ed. 2017;66(1):143–149. DOI: 10.1007/s11172-017-1712-0.

23. Alexandrova G.P., Dolmaa G., Enkhbadral U., Grishenko G.L., Tserenpi S., Sukhov B.G. et al. A new humic acid remedy with addition of silver nanoparticles. Mongolian J. Chem. 2012;13(39):7–11. DOI: 10.5564/mjc.v13i0.151.

24. Zykova M.V., Volikov A.B., Buyko E.E., Bratishko K.A., Ivanov V.V., Konstantinov A.I. et al. Enhanced antioxidant activity and reduced cytotoxicity of silver nanoparticles stabilized by different humic materials. Polymers. 2023;15(16):3386. DOI: 10.3390/polym15163386.

25. Kulikova N.A., Solovyova A.A., Perminova I.V. Interaction of antibiotics and humic substances: Environmental consequences and remediation prospects. Molecules. 2022;27(22):7754. DOI: 10.3390/molecules27227754.

26. Harms J.M., Bartels H., Schlunzen F., Yonath A. Antibiotics acting on the translational machinery. Journal of Cell Science. 2003;116(8):1391–1393.DOI: 10.1242/jcs.00365.

27. Spížek J., Řezanka T. Lincosamides: Chemical structure, biosynthesis, mechanism of action, resistance, and applications. Biochemical Pharmacology. 2017;133:20–28. DOI: 10.1016/j.bcp.2016.12.001.

28. Roberts M.C. Environmental macrolide – lincosamide – streptogramin and tetracycline resistant bacteria. Frontiers in Microbiology. 2011;2:40. DOI: 10.3389/fmicb.2011.00040.

29. Floyd J.L., Smith K.P., Kumar S.H., Floyd J.T., Varela M.F. LmrS is a multidrug efflux pump of the major facilitator superfamily from Staphylococcus aureus. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 2010;54(12):5406–5412. DOI: 10.1128/aac.00580-10.

30. Spížek J., Řezanka T. Lincomycin, clindamycin and their applications. Applied Microbiology and Biotechnology. 2004;64(4):455–464. DOI: 10.1007/s00253-003-1545-7.

31. Ayala N., Lara H., Ixtepan L., Rodríguez C. Silver nanoparticles toxicity and bactericidal effect against methicillin-resistant Staphylococcus aureus: nanoscale does matter. Nanobiotechnology. 2009;5(1):2–9. DOI: 10.1007/s12030-009-9029-1.

32. Saadh M.J. Effect of silver nanoparticles on the antibacterial activity of Levofloxacin against methicillin-resistant Staphylococcus aureus. European Review for Medical and Pharmacological Sceinces. 2021;25(17):5507–5510. DOI: 10.26355/eurrev_202109_26661.

33. Sharma A.D., Gutheil W.G. Synergistic combinations of FDA-approved drugs with ceftobiprole against methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Microbiology Spectrum. 2023;11(1):e03726-22. DOI: 10.1128/spectrum.03726-22.

34. Swolana D., Wojtyczka R.D. Activity of silver nanoparticles against Staphylococcus spp. International Journal of Molecular Sciences. 2022;23(8):4298. DOI: 10.3390/ijms23084298.

35. Kaur A., Preet S., Kumar V., Kumar R., Kumar R. Synergetic effect of vancomycin loaded silver nanoparticles for enhanced antibacterial activity. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2019;176:62–69. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2018.12.043.

36. Vazquez-Muñoz R., Meza-Villezcas A., Fournier P.G.J., Soria-Castro E., Juarez-Moreno K., Gallego-Hernández A.L. et al. Enhancement of antibiotics antimicrobial activity due to the silver nanoparticles impact on the cell membrane. PloS One. 2019;14(11):e0224904. DOI: 10.1371/journal.pone.0224904.

37. Malawong S., Thammawithan S., Sirithongsuk P., Daduang S., Klaynongsruang S., Wong P.T. et al. Silver nanoparticles enhance antimicrobial efficacy of antibiotics and restore that efficacy against the melioidosis pathogen. Antibiotics. 2021;10(7):839. DOI: 10.3390/antibiotics10070839.

38. Roy A.S., Parveen A., Koppalkar A.R., Prasad M.A. Effect of nano-titanium dioxide with different antibiotics against methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology. 2010;1(1):37. DOI: 10.4236/jbnb.2010.11005.