Cluster di nanoparticelle con virus fagi attaccati trovano e uccidono Escherichia coli batteri in un test di laboratorio alla Rice University. I ricercatori della Rice e dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina hanno sviluppato una combinazione di fagi antibatterici e cluster di nanoparticelle magnetiche che infettano e distruggono i batteri che di solito sono protetti dai biofilm nei sistemi di trattamento delle acque. Credito:Alvarez Group/Rice University
I cluster di nanoparticelle magnetiche hanno il potere di perforare i biofilm per raggiungere i batteri che possono sporcare i sistemi di trattamento dell'acqua, secondo gli scienziati della Rice University e della University of Science and Technology of China.
I nanocluster sviluppati dal Centro di ricerca ingegneristica per il trattamento delle acque nanotecnologiche (NEWT) di Rice trasportano batteriofagi, virus che infettano e si propagano nei batteri, e li consegnano a bersagli che generalmente resistono alla disinfezione chimica.
Senza l'attrazione di un ospite magnetico, questi "fagi" si disperdono in soluzione, in gran parte non riescono a penetrare nei biofilm e consentono ai batteri di crescere in soluzione e persino di corrodere il metallo, un problema costoso per i sistemi di distribuzione dell'acqua.
Il laboratorio Rice dell'ingegnere ambientale Pedro Alvarez e colleghi in Cina ha sviluppato e testato cluster che immobilizzano i fagi. Un debole campo magnetico li attira nei biofilm verso i loro bersagli.
La ricerca è dettagliata nella Royal Society of Chemistry's Scienze ambientali:nano .
"Questo nuovo approccio, che nasce dalla convergenza di nanotecnologie e virologia, ha un grande potenziale per trattare biofilm difficili da eradicare in modo efficace che non generi sottoprodotti di disinfezione dannosi, " ha detto Alvarez.
I biofilm possono essere utili in alcuni reattori di trattamento delle acque reflue o di fermentazione industriale grazie alle loro maggiori velocità di reazione e resistenza agli stress esogeni, ha detto lo studente laureato Rice e co-autore principale Pingfeng Yu. "Però, i biofilm possono essere molto dannosi nei sistemi di distribuzione e stoccaggio dell'acqua poiché possono ospitare microrganismi patogeni che pongono notevoli problemi di salute pubblica e possono anche contribuire alla corrosione e alle relative perdite economiche, " Egli ha detto.
I batteriofagi combinati con cluster di nanoparticelle possono essere attirati in un biofilm con un magnete. I ricercatori della Rice University e dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina hanno sviluppato il materiale per uccidere i batteri difficili da raggiungere protetti dai biofilm nei sistemi di trattamento delle acque. Credito:Alvarez Group/Rice University
Il laboratorio ha utilizzato fagi polivalenti, in grado di attaccare più di un tipo di batteri, per colpire film prodotti in laboratorio che contenevano ceppi di Escherichia coli associati a malattie infettive e Pseudomonas aeruginosa, che è incline alla resistenza agli antibiotici.
I fagi sono stati combinati con nanocluster di carbonio, zolfo e ossido di ferro che sono stati ulteriormente modificati con gruppi amminici. Il rivestimento amminico ha spinto i fagi a legarsi con i cluster a capofitto, che hanno lasciato le loro code infettive esposte e in grado di infettare i batteri.
I ricercatori hanno utilizzato un campo magnetico relativamente debole per spingere i nanocluster nel film e interromperlo. Le immagini hanno mostrato che hanno effettivamente ucciso E. coli e P. aeruginosa oltre il 90% circa del film in una piastra di prova a 96 pozzetti rispetto a meno del 40% in una piastra con i soli fagi.
I ricercatori hanno notato che i batteri possono ancora sviluppare resistenza ai fagi, ma la capacità di distruggere rapidamente i biofilm renderebbe tutto più difficile. Alvarez ha detto che il laboratorio sta lavorando su "cocktail" di fagi che combinerebbero più tipi di fagi e/o antibiotici con le particelle per inibire la resistenza.
