Titanyum Dioksit Nanopartikullerinin Antimikrobiyal Etkisi - IRCRehberi.Net- Türkiyenin En iyi IRC ve Genel Forum Sitesi

CeReN · 11 Mart 2021, 15:11

Gida, tekstil, ilac, su dezenfeksiyonu ve gida paketleme gibi farkli sektorlerde mikrobiyal saldiri insidansi, yeni antimikrobiyal madde arayisinda surekli bir egilime yol acmaktadir. Bazi bakterilerin bazi antibiyotiklere karsi artan direnci ve bazi organik antimikrobiyal maddelerin insan vucuduna olan toksisitesi, inorganik antimikrobiyal maddelerin gelistirilmesine olan ilgiyi artirmistir.
Bu bilesIkler arasinda metal ve metal oksit bilesIkleri, genis spektrumlu antibakteriyel aktiviteleri nedeniyle onemli ilgi gormustur. Ote yandan nano olcekli malzemeler, yuzey alani/hacim oranlarinin yuksek olmasi nedeniyle artan ozellikleri sayesinde iyi bilinmektedir. Antimikrobiyal NP’ler, yigin ozelliklerinden mukemmel ve farkli aktiviteler gostermistir.
Son yillarda, cinko oksit (ZnO), manganez oksit (MgO), titanyum dioksit (TiO 2) ve demir oksit (Fe 2 O 3) gibi metal oksit nanopartikuller, biyolojik uygulamalar. Metal oksit antimikrobiyal maddeler arasinda TiO 2,degerli bir yari iletken gecis metal oksit malzemesidir ve kolay kontrol, dusuk maliyet, toksisite ve kimyasal erozyona karsi iyi direnc gibi optiklerde, gunes pillerinde uygulanmasina izin veren ozel ozellikler gosterir.Titanyum Dioksit Nanopartikullerinin Antimikrobiyal Etkisi

Genel olarak TiO 2 nanopartikuller (TiO 2NP’ler) genis yuzey alani, mukemmel yuzey morfolojisi ve dogada toksIk olmama ozelligi gosterir. Birkac yazar, TiO 2 NP’lerin, bakteriyel kontaminasyona karsi mukemmel biyo-iliskili aktivite sergileyen fotokatalitik antimikrobiyal aktiviteleri sayesinde en cok calisilan NP’lerden biri oldugunu bildirmistir.
Nanopartikullerin antimikrobiyal aktivitesi morfolojileri, boyutlari, kimyalari, kaynaklari ve nanoyapilari gibi bircok ic faktorden oldukca etkilenir. Spesifik olarak, TiO 2 NP’lerin antimikrobiyal aktivitesi, buyuk olcude morfolojik, yapisal ve dokusal ozelliklerine bagli olan TiO 2’nin fotokatalitik performansina baglidir. Farkli sentez yontemleriyle birkac TiO 2 NP gelistirilmistir. Spesifik olarak, bu bolumde, dogal bitki ozleri ve TiO 2 ile sonuclanan mikroorganizmalardan metabolitler gibi biyolojik kaynaklara dayali cevre dostu sentezFarkli boyut, sekil, morfoloji ve kristal yapilara sahip NP’ler sunulacaktir.

Titanyum dioksit, amorf ve kristalin formlar uretir ve esas olarak uc kristalin polimorfozda meydana gelebilir: anataz, rutil ve brookit. Sentez uzerine yapilan calismalar, TiO 2 NP’lerin kristal yapisinin ve morfolojisinin hidrotermal sicakliklar, asitlerin baslangic konsantrasyonu vb. Gibi proses parametrelerinden etkilendigini belirtmistir. TiO 2 NP’lerin kristal yapilari ve sekli, fizikokimyasal ozelliklerini ve dolayisiyla antimikrobiyal ozelliklerini etkileyen en onemli ozelliklerdir.
Kristal yapilarla ilgili olarak, anataz en yuksek fotokatalitik ve antimikrobiyal aktiviteyi sunar. Bazi calismalar, anataz yapisinin bir fotokatalitik reaksiyonda OH radikalleri uretebilecegini ve asagida acikca aciklanacagi uzere bakteri duvari ve zarlarinin olumcul sekilde etkilenebilecegini gostermistir

TiO 2 NP’lerin Bakterilere Karsi Antimikrobiyal Mekanizmasini Anlama
Titanyum dioksit nanopartikuller (TiO 2 NP’ler), bakteri oldurucu fotokatalitik aktivite, guvenlik ve kendi kendini temizleme ozellikleri gibi ozel yetenekleri nedeniyle antimikrobiyal uygulamalar alaninda en cok calisilan malzemelerden biridir. TiO 2’nin antimikrobiyal etkisine atifta bulunulan mekanizma , genellikle bant araligi isinlama foto-indukleri altinda uretilen yuksek oksidatif potansiyele sahip reaktif oksijen turleri (ROS) ile O 2 varliginda yuku indukler.
ROS, bakteri hucrelerini olumlerine yol acan farkli mekanizmalarla etkiler. Mikroorganizmalara (Gram-negatif ve Gram-pozitif bakteri ve mantarlar) karsi genis spektrum aktivitesine sahip antimikrobiyal maddeler, geleneksel antibiyotik sahasina ozgu tarafindan uretilen MDR’nin (coklu ilac direnci) ustesinden gelmek icin ozellikle onemlidir.

TiO 2’nin ana fotokatalitik ozelligi, 385 nm veya daha dusuk dalga boyuna sahip UV-A isigi altinda yuksek enerjili elektron-delik cifti olusumunu tetikleyebilen 3,2 eV’lik genis bir bant araligidir. Yukarida dokme toz icin bahsedildigi gibi TiO 2 NP’ler, nano olcekte olma avantaji ile ROS uretimine dayanan ayni mekanizmaya sahiptir. Bu nano olcekli doga, ortam suyu ve oksijenle maksimum temas saglayan yuzey alani-hacim oraninda onemli bir artisa ve hucre duvarina ve hucre zarina kolayca nufuz ederek hucre ici oksidatifin artmasini saglayan minimum bir boyuta isaret eder.
Bakteriler lipid peroksidasyonu ya da O-tekli ve OH ROS radikallerin etkilerini inhibe askorbik asit, karoten ve tokoferol gibi dogal antioksidanlar, ek olarak katalazlar ve superoksit dismutaz gibi enzimatik antioksidan savunma sistemleri vardir. Bu sistemler asildiginda, bir dizi redoks reaksiyonu, farkli temel yapilarin (hucre duvari, hucre zari, DNA, vb.) Ve metabolizma yollarinin degismesiyle olum hucresine yol acabilir. Asagidaki bolumlerde, TiO 2 NP’lerin varliginda hucresel yapilarin etkilendigi cesitli yollar aciklanacaktir.Titanyum Dioksit Nanopartikullerinin Antimikrobiyal Etkisi
Bakterilerin TiO’ya genom tepkilerini anlamak icin 2’ye-fotokataliz, mikroorganizmanin savunma ve onarim mekanizmasini kodlayan genlerin ekspresyonu ile ilgili bazi biyolojik yaklasimlar asagida aciklanacaktir. Farkli mekanizmalar ve TiO antimikrobiyal aktivite islemleri 2 NP kuresel Sema olarak temsil edilir.

Hucre Duvari
ROS, bircok organik mikroorganizma yapisinin oksidasyonundan kaynaklanan hasardan sorumludur. Bunlardan biri, cevreden gelecek herhangi bir yaralanmaya karsi ilk savunma bariyeri olan ve dolayisiyla oksidatif hasardan ilk etkilenen hucre duvaridir. Mikroorganizmanin turune bagli olarak, hucre duvari farkli bir bilesime sahip olacaktir; yani mantar ve mayada hucre duvarlari esas olarak kitin ve polisakkaritlerden olusur. Gram-pozitif bakteriler bircok peptidoglikan ve teikoik asit tabakasi icerir ve Gram-negatif bakteriler ikincil bir lipidle cevrili ince bir peptidoglikan tabakasi sunar. membran transmembran lipopolisakkaritler ve lipoproteinler ile guclendirilmis membran Boylece TiO 2’nin etkisi NP’ler, mikroorganizma turune bagli olarak biraz farkli olacaktir.

Pichia pastoris’teki (maya) hucre duvarinin bilesiminin TiO 2 varliginda degistigi ve ROS etkilerine yanit olarak kitin icerigini artirdigi calisilmistir. Escherichia coli’nin (Gram-negatif) lipo-polisakkarit, fosfatidil-etanolamin ve peptidoglikandan olusan hucre duvarinin TiO 2’nin neden oldugu peroksidasyona duyarli oldugu bildirilmistir. Hasar, lipid peroksidasyonunun bir biyobelirteci olan malondialdehit (MDA) uretimini degerlendirerek veya hucre kulturunun supernatantinin ATR-FTIR’i araciligiyla olculebilir; bu, dis zardaki porin ve proteinlerin etkilendigini kanitlar.
Bu muhtemelen TiO 2 yuzeyine daha fazla maruz kalmanin bir sonucu olarak ortaya cikmaktadir. Mantarlarda OH˙ salinimi, hucre duvarini olusturan polisakkaritlerin seker alt birimlerinden hidrojen atomlarini yakaladi ve polisakkarit zincirinin bolunmesine ve hucre membraninin aciga cikmasina yol acti. Genetik sorunlar acisindan bakteri, lipopolisakkarit ve peptidoglikan metabolizmasinda yer alan proteinleri kodlayan belirli genlerin duzey ifadesini degistirdigine, pilus biyosentezine ve TiO’ya maruz kaldiktan sonra daha dusuk ifade edilen hucre duvariyla ilgili protein yerlestirilmesine dair kanitlar vardir.

Hucre Zari
Antibiyotiklerin cogunun ikinci olagan hucresel hedefi, hucreye sert olmayan bir ortu, gecirgenlik ve koruma saglayan esas olarak fosfolipidlerden olusan hucre zaridir. TiO 2 NP’ler ile yapilan calismalarin cogu, ROS gibi hidroksil radikalleri ve hidrojen peroksit nedeniyle fosfolipidlerin oksidasyonundan kaynaklanan membran butunlugu kaybina odaklanmistir , bu da membran akiskanliginda bir artisa, hucresel sizintiya icerik ve nihayetinde hucre lizizdir.
Gram-pozitif bakteriler, bircok peptidoglikan tabakasi tarafindan korunan tek bir zar icerirken, Gram-negatif bakteriler, ic ve dis olmak uzere iki zardan ve aralarinda ince bir peptidoglikan tabakasindan olusur. Dis zar aciga cikar, bu nedenle, Gram-pozitif bakterilerde oldugu gibi peptidoglikan koruyucu kilifin olmamasi nedeniyle mekanik kirilmaya daha yatkindir. Bazi calismalar TiO 2 NP’lerin Gram pozitif bakterilere karsi daha iyi bir antimikrobiyal performans sergiledigini gosterirken, digerleri Gram negatif bakterilerin daha direncli oldugunu bildirmistir. Bakteriyel inaktivasyon etkinliginin esas olarak hucre duvari yapilarinin direnc kapasitesine ve ROS uretiminin hasar duzeyine bagli oldugu sonucuna varilabilir.
Daha once gorulen hucre duvari ile ilgili genlerin daha dusuk ekspresyonunun tersine, hucre zari yapisi icin gerekli olan lipit metabolizmasinda yer alan enzimleri kodlayan genlerin ekspresyon seviyesi asiri eksprese edilir. Hucrelerin, ROS tarafindan uretilen oksidasyona karsi destek saglayacak sekilde ikinci savunma bariyeri olan hucre zarini guclendirerek ilk hucre duvari hasarini telafi ettigi sonucuna varilir.

Mantarlarda biyosidal etki pek farkli degildir. TiO 2 NP’lerin ve UV isiginin varliginda, hidroksil radikalleri, hidrojen peroksit ve superoksit anyonlari baslangicta membranin oksidasyonunu tesvik ederek hucre gecirgenliginde dengesizlige, hatta hucre duvarlarinin ayrismasina yol acar. Bu oksidasyon, mitokondride hucre ici zarlari etkileyerek hucre solunumunu engelleyebilir. Calismalar, Penicillium expansum uzerinde biyosidal etkiler oldugunu gostermistir , ancak diger suslar uzerinde hala arastirmalar vardir. TiO nispeten iyi calisilmis ilk lipoperoksidasyon saldiri otesinde 2 mikroorganizmanin dis ve ic hucre membraninda NP, belirli mekanizmalar hala cozulmus halde amaclanmistir.

Solunum Zincirinin Engellenmesi
Oksidatif hasar, lipid yapilari nedeniyle hucre zarlarinin lipoperoksidasyonunu olusturdugundan, cift membranli mitokondride yer alan solunum zinciri de etkilenir. Bu organel, aerobik metabolizmada dogal bir ROS kaynagidir cunku elektron transfer solunum zinciri surecinde superoksit anyonlari uretilir. Mitokondri, superoksit dismutaz (SOD) ile H 2 O 2’ye ve son olarak da glutatyon peroksidaz ve katalaz ile suya donusturerek bu gercegi kontrol edebilir. TiO 2 varligiNP’ler, bu enzimatik savunma mekanizmasinin hasari azaltamayacagi seviyelerde ROS uretimini arttirir, mitokondriyal solunum zinciri yoluyla elektron transferindeki bir duzensizlik bile ROS olusumunda bir artis anlamina gelir.

Genetik yaklasimlar, mitokondride enerji uretimi ile ilgili genlerdeki seviye ifadesindeki degisIkliklerin, ubikuinol koenzim yoluyla oksijeni almak icin en verimli yola oncelik verdigini gostermistir. Bu koenzim, elektron alisverisi icin daha yuksek bir kapasite sunarken, koenzimden bagimsiz oksijen alim yollari daha dusuk seviyede ifade edildi.

DNA
DNA’daki molekuler duzeydeki hasar, tum duzenleyici mikroorganizma metabolizmasini, replikasyonunu, transkripsiyonunu ve hucre bolunmesini etkiler. DNA oksidatif hasara ozellikle duyarlidir cunku Fenton reaksiyonu tarafindan uretilen oksijen radikalleri, ozellikle OHases , seker-fosfata veya nukleobazlara saldirabilir ve iplik kopmasini hedefleyen sakkarit parcalanmasina neden olabilir.
DNA zinciri modifikasyonlari, baz modifikasyonlarindan (dakik mutasyon) daha oldurucudur. Mitokondriyal DNA, oksidatif hasara karsi nukleer DNA’dan daha savunmasizdir cunku major bir hucresel ROS kaynagina daha yakindir. Enzimatik detoksifikasyon sisteminin (SOD, glutatyon ve katalaz) yani sira, DNA yaralanmalari, post-translasyonel modifikasyon, protein donusu, saperonlar (katlanmayla ilgili), DNA replikasyonu ve onarimi ile ilgili bir dizi yapi tarafindan kapsanmaktadir.

Demir ve Inorganik Fsfatin (Pi) Asimilasyonu ve Tasinmasi

Demir, hucre buyumesi ve hayatta kalmasi icin gerekli bir iyondur, ancak homeostatik duzenlemede bazi arizalar meydana gelirse (yani, ROS ureten Fenton reaksiyonu) potansiyel olarak toksIk hale gelebilir. Bakteriler, fizyolojik bir aralikta tutmak icin demir konsantrasyonunu duzenleyebilir. Bu duzenleme, siderofor sentezi ve demir tasima proteini ile ilgili kodlama genleri TiO 2 NP’lerin varliginda onemli olcude daha dusuk eksprese edilen hucrede demirin aktif tasinmasina dogrudan sideroforlari icerir. Bu da onu asimile etme ve tasima yetenegini azaltir ve hucre olumune neden olur.
Homeostaz regulasyonunun kaybi, TiO 2’nin varligini ortaya cikaran ICP-MS analizi ile dogrulandi. NP’ler , hucre canliligi ile dogru orantili olarak, Pseudomonas brassicacearum’da hucresel demir seviyesini onemli olcude azaltmistir. Pi grubu (PO 4) alimi ile ilgili islevlerle ilgili olarak , Pho regulon’da bulunan gen setinin ekspresyonunda, kontrole kiyasla onemli olcude daha dusuk olan onemli farkliliklar bulunmustur. Pho regulon bakteri, maya, bitkiler ve hayvanlarda inorganik fosfatin asimilasyonuyla ilgili, yalnizca dogada bulunan ve beslenmeyle ilgili capraz konusma, ikincil metabolit uretimi ve patogenez icin gerekli olan bir duzenleyici agdir.
Bu, mikroorganizmalarin TiO 2 NP’lerin varliginda fosfor alimi ve metabolizmasi acisindan oldukca yetersiz oldugunu gostermistir. Pho regulon’un biyofilm sentez kapasitesini ve patojenitesini duzenledigi de belirtilmelidir.

Hucreden Hucreye IletisimTitanyum Dioksit Nanopartikullerinin Antimikrobiyal Etkisi
TiO 2 NP’ler, hucre sinyal yollarinin bilesenlerini dogrudan okside edebilir ve hatta transkripsiyon faktorlerine mudahale ederek gen ekspresyonunu degistirebilir. Lipopolisakkaridi baglayan, hucre duvarini stabilize eden ve oksidatif hasara karsi koruyan sinyal molekullerinin biyosentez yolaklarindaki TiO 2 NP’lerin etkilesimini dogrulayan kanitlar vardir. Ayrica, patogenez ve biyofilm gelisimi gibi fonksiyonlarla ilgili yetersayi algilayan sinyal molekulunun sentezinde onemli bir azalma gozlendi. Bu, TiO 2 varliginda bakteri (P. aeruginosa) uremesinin Taramali Elektron Mikroskobu (SEM) goruntuleri ile dogrulanmistir.UV isinlamasi olmayan NP’ler. Hucreler, hucrelerin esas olarak yanal temasla kumelendigi NP’ler icermeyen kontrollerle karsilastirildiginda, substratta esas olarak kumelenmemis ve dagilmis gorunmektedir. Bu, TiO 2 NP’lerin sadece mikroorganizmalari oksidatif hasarla degil, ayni zamanda patojeniteyi dogrudan etkileyen bakteri agregasyonu ve biyofilm olusumunu da etkiledigini ileri surmektedir.

Bitki ve yosun ROS H stres cevabi kontrol transkripsiyon faktorunun isleminde ara maddeler sinyal olarak hareket edebilir 2 O 2, direkt olarak peroksitler ile peroksidaz bir GSH ile aktive edilir. Ancak bu alanda hala arastirma eksIkligi vardir.

TiO 2 NP’lerin morfolojisinin ve kristal yapisinin kontrolu, antimikrobiyal aktivitelerini artirmak icin en onemli faktordur. Sekillendirilmis nanopartikuller tarafindan verilen istenen yuzey ozelliklerine dayali uygun tasarim, ayni zamanda bakteri turune de bagli olan etkinligi artirabilir. TiO 2 NP’lerin sentez yolu da onemli bir faktordur. Son calismalar, temelde bitki bazli bilesIklere ve bakteri ve mantar gibi mikroorganizmalara dayanan daha cevre dostu sentez yontemlerini ortaya cikarmistir. Antibiyotige direncli suslar dahil olmak uzere Gram pozitif ve Gram negatif bakterilere karsi farkli TiO 2 NP’lerin antimikrobiyal aktivitesi farkli calismalarda dogrulanmistir.
Antimikrobiyal mekanizmalari uzerinde spesifik calismalar fotokatalitik TiO maruz mikroorganizma kanitlamaktadir 2 NP asimile ve nakil demir ve fosfor yetenegi hucre duzenleyici agda inaktivasyonu ve sinyal seviyeleri, solunum zinciri aktivitesinde onemli bir azalma ve inhibisyon sergiledi. Genis hucre duvari ve zar degisIklikleri iceren bu islemler, TiO 2 NP’lerin biyosidal aktivitesini aciklayan ana faktorlerdir .

ALİNTİ ~

11 Mart 2021, 15:11	#1
CeReN Guest	Titanyum Dioksit Nanopartikullerinin Antimikrobiyal Etkisi Gida, tekstil, ilac, su dezenfeksiyonu ve gida paketleme gibi farkli sektorlerde mikrobiyal saldiri insidansi, yeni antimikrobiyal madde arayisinda surekli bir egilime yol acmaktadir. Bazi bakterilerin bazi antibiyotiklere karsi artan direnci ve bazi organik antimikrobiyal maddelerin insan vucuduna olan toksisitesi, inorganik antimikrobiyal maddelerin gelistirilmesine olan ilgiyi artirmistir. Bu bilesIkler arasinda metal ve metal oksit bilesIkleri, genis spektrumlu antibakteriyel aktiviteleri nedeniyle onemli ilgi gormustur. Ote yandan nano olcekli malzemeler, yuzey alani/hacim oranlarinin yuksek olmasi nedeniyle artan ozellikleri sayesinde iyi bilinmektedir. Antimikrobiyal NP’ler, yigin ozelliklerinden mukemmel ve farkli aktiviteler gostermistir. Son yillarda, cinko oksit (ZnO), manganez oksit (MgO), titanyum dioksit (TiO 2) ve demir oksit (Fe 2 O 3) gibi metal oksit nanopartikuller, biyolojik uygulamalar. Metal oksit antimikrobiyal maddeler arasinda TiO 2,degerli bir yari iletken gecis metal oksit malzemesidir ve kolay kontrol, dusuk maliyet, toksisite ve kimyasal erozyona karsi iyi direnc gibi optiklerde, gunes pillerinde uygulanmasina izin veren ozel ozellikler gosterir.Titanyum Dioksit Nanopartikullerinin Antimikrobiyal Etkisi Genel olarak TiO 2 nanopartikuller (TiO 2NP’ler) genis yuzey alani, mukemmel yuzey morfolojisi ve dogada toksIk olmama ozelligi gosterir. Birkac yazar, TiO 2 NP’lerin, bakteriyel kontaminasyona karsi mukemmel biyo-iliskili aktivite sergileyen fotokatalitik antimikrobiyal aktiviteleri sayesinde en cok calisilan NP’lerden biri oldugunu bildirmistir. Nanopartikullerin antimikrobiyal aktivitesi morfolojileri, boyutlari, kimyalari, kaynaklari ve nanoyapilari gibi bircok ic faktorden oldukca etkilenir. Spesifik olarak, TiO 2 NP’lerin antimikrobiyal aktivitesi, buyuk olcude morfolojik, yapisal ve dokusal ozelliklerine bagli olan TiO 2’nin fotokatalitik performansina baglidir. Farkli sentez yontemleriyle birkac TiO 2 NP gelistirilmistir. Spesifik olarak, bu bolumde, dogal bitki ozleri ve TiO 2 ile sonuclanan mikroorganizmalardan metabolitler gibi biyolojik kaynaklara dayali cevre dostu sentezFarkli boyut, sekil, morfoloji ve kristal yapilara sahip NP’ler sunulacaktir. Titanyum dioksit, amorf ve kristalin formlar uretir ve esas olarak uc kristalin polimorfozda meydana gelebilir: anataz, rutil ve brookit. Sentez uzerine yapilan calismalar, TiO 2 NP’lerin kristal yapisinin ve morfolojisinin hidrotermal sicakliklar, asitlerin baslangic konsantrasyonu vb. Gibi proses parametrelerinden etkilendigini belirtmistir. TiO 2 NP’lerin kristal yapilari ve sekli, fizikokimyasal ozelliklerini ve dolayisiyla antimikrobiyal ozelliklerini etkileyen en onemli ozelliklerdir. Kristal yapilarla ilgili olarak, anataz en yuksek fotokatalitik ve antimikrobiyal aktiviteyi sunar. Bazi calismalar, anataz yapisinin bir fotokatalitik reaksiyonda OH radikalleri uretebilecegini ve asagida acikca aciklanacagi uzere bakteri duvari ve zarlarinin olumcul sekilde etkilenebilecegini gostermistir TiO 2 NP’lerin Bakterilere Karsi Antimikrobiyal Mekanizmasini Anlama Titanyum dioksit nanopartikuller (TiO 2 NP’ler), bakteri oldurucu fotokatalitik aktivite, guvenlik ve kendi kendini temizleme ozellikleri gibi ozel yetenekleri nedeniyle antimikrobiyal uygulamalar alaninda en cok calisilan malzemelerden biridir. TiO 2’nin antimikrobiyal etkisine atifta bulunulan mekanizma , genellikle bant araligi isinlama foto-indukleri altinda uretilen yuksek oksidatif potansiyele sahip reaktif oksijen turleri (ROS) ile O 2 varliginda yuku indukler. ROS, bakteri hucrelerini olumlerine yol acan farkli mekanizmalarla etkiler. Mikroorganizmalara (Gram-negatif ve Gram-pozitif bakteri ve mantarlar) karsi genis spektrum aktivitesine sahip antimikrobiyal maddeler, geleneksel antibiyotik sahasina ozgu tarafindan uretilen MDR’nin (coklu ilac direnci) ustesinden gelmek icin ozellikle onemlidir. TiO 2’nin ana fotokatalitik ozelligi, 385 nm veya daha dusuk dalga boyuna sahip UV-A isigi altinda yuksek enerjili elektron-delik cifti olusumunu tetikleyebilen 3,2 eV’lik genis bir bant araligidir. Yukarida dokme toz icin bahsedildigi gibi TiO 2 NP’ler, nano olcekte olma avantaji ile ROS uretimine dayanan ayni mekanizmaya sahiptir. Bu nano olcekli doga, ortam suyu ve oksijenle maksimum temas saglayan yuzey alani-hacim oraninda onemli bir artisa ve hucre duvarina ve hucre zarina kolayca nufuz ederek hucre ici oksidatifin artmasini saglayan minimum bir boyuta isaret eder. Bakteriler lipid peroksidasyonu ya da O-tekli ve OH ROS radikallerin etkilerini inhibe askorbik asit, karoten ve tokoferol gibi dogal antioksidanlar, ek olarak katalazlar ve superoksit dismutaz gibi enzimatik antioksidan savunma sistemleri vardir. Bu sistemler asildiginda, bir dizi redoks reaksiyonu, farkli temel yapilarin (hucre duvari, hucre zari, DNA, vb.) Ve metabolizma yollarinin degismesiyle olum hucresine yol acabilir. Asagidaki bolumlerde, TiO 2 NP’lerin varliginda hucresel yapilarin etkilendigi cesitli yollar aciklanacaktir.Titanyum Dioksit Nanopartikullerinin Antimikrobiyal Etkisi Bakterilerin TiO’ya genom tepkilerini anlamak icin 2’ye-fotokataliz, mikroorganizmanin savunma ve onarim mekanizmasini kodlayan genlerin ekspresyonu ile ilgili bazi biyolojik yaklasimlar asagida aciklanacaktir. Farkli mekanizmalar ve TiO antimikrobiyal aktivite islemleri 2 NP kuresel Sema olarak temsil edilir. Hucre Duvari ROS, bircok organik mikroorganizma yapisinin oksidasyonundan kaynaklanan hasardan sorumludur. Bunlardan biri, cevreden gelecek herhangi bir yaralanmaya karsi ilk savunma bariyeri olan ve dolayisiyla oksidatif hasardan ilk etkilenen hucre duvaridir. Mikroorganizmanin turune bagli olarak, hucre duvari farkli bir bilesime sahip olacaktir; yani mantar ve mayada hucre duvarlari esas olarak kitin ve polisakkaritlerden olusur. Gram-pozitif bakteriler bircok peptidoglikan ve teikoik asit tabakasi icerir ve Gram-negatif bakteriler ikincil bir lipidle cevrili ince bir peptidoglikan tabakasi sunar. membran transmembran lipopolisakkaritler ve lipoproteinler ile guclendirilmis membran Boylece TiO 2’nin etkisi NP’ler, mikroorganizma turune bagli olarak biraz farkli olacaktir. Pichia pastoris’teki (maya) hucre duvarinin bilesiminin TiO 2 varliginda degistigi ve ROS etkilerine yanit olarak kitin icerigini artirdigi calisilmistir. Escherichia coli’nin (Gram-negatif) lipo-polisakkarit, fosfatidil-etanolamin ve peptidoglikandan olusan hucre duvarinin TiO 2’nin neden oldugu peroksidasyona duyarli oldugu bildirilmistir. Hasar, lipid peroksidasyonunun bir biyobelirteci olan malondialdehit (MDA) uretimini degerlendirerek veya hucre kulturunun supernatantinin ATR-FTIR’i araciligiyla olculebilir; bu, dis zardaki porin ve proteinlerin etkilendigini kanitlar. Bu muhtemelen TiO 2 yuzeyine daha fazla maruz kalmanin bir sonucu olarak ortaya cikmaktadir. Mantarlarda OH˙ salinimi, hucre duvarini olusturan polisakkaritlerin seker alt birimlerinden hidrojen atomlarini yakaladi ve polisakkarit zincirinin bolunmesine ve hucre membraninin aciga cikmasina yol acti. Genetik sorunlar acisindan bakteri, lipopolisakkarit ve peptidoglikan metabolizmasinda yer alan proteinleri kodlayan belirli genlerin duzey ifadesini degistirdigine, pilus biyosentezine ve TiO’ya maruz kaldiktan sonra daha dusuk ifade edilen hucre duvariyla ilgili protein yerlestirilmesine dair kanitlar vardir. Hucre Zari Antibiyotiklerin cogunun ikinci olagan hucresel hedefi, hucreye sert olmayan bir ortu, gecirgenlik ve koruma saglayan esas olarak fosfolipidlerden olusan hucre zaridir. TiO 2 NP’ler ile yapilan calismalarin cogu, ROS gibi hidroksil radikalleri ve hidrojen peroksit nedeniyle fosfolipidlerin oksidasyonundan kaynaklanan membran butunlugu kaybina odaklanmistir , bu da membran akiskanliginda bir artisa, hucresel sizintiya icerik ve nihayetinde hucre lizizdir. Gram-pozitif bakteriler, bircok peptidoglikan tabakasi tarafindan korunan tek bir zar icerirken, Gram-negatif bakteriler, ic ve dis olmak uzere iki zardan ve aralarinda ince bir peptidoglikan tabakasindan olusur. Dis zar aciga cikar, bu nedenle, Gram-pozitif bakterilerde oldugu gibi peptidoglikan koruyucu kilifin olmamasi nedeniyle mekanik kirilmaya daha yatkindir. Bazi calismalar TiO 2 NP’lerin Gram pozitif bakterilere karsi daha iyi bir antimikrobiyal performans sergiledigini gosterirken, digerleri Gram negatif bakterilerin daha direncli oldugunu bildirmistir. Bakteriyel inaktivasyon etkinliginin esas olarak hucre duvari yapilarinin direnc kapasitesine ve ROS uretiminin hasar duzeyine bagli oldugu sonucuna varilabilir. Daha once gorulen hucre duvari ile ilgili genlerin daha dusuk ekspresyonunun tersine, hucre zari yapisi icin gerekli olan lipit metabolizmasinda yer alan enzimleri kodlayan genlerin ekspresyon seviyesi asiri eksprese edilir. Hucrelerin, ROS tarafindan uretilen oksidasyona karsi destek saglayacak sekilde ikinci savunma bariyeri olan hucre zarini guclendirerek ilk hucre duvari hasarini telafi ettigi sonucuna varilir. Mantarlarda biyosidal etki pek farkli degildir. TiO 2 NP’lerin ve UV isiginin varliginda, hidroksil radikalleri, hidrojen peroksit ve superoksit anyonlari baslangicta membranin oksidasyonunu tesvik ederek hucre gecirgenliginde dengesizlige, hatta hucre duvarlarinin ayrismasina yol acar. Bu oksidasyon, mitokondride hucre ici zarlari etkileyerek hucre solunumunu engelleyebilir. Calismalar, Penicillium expansum uzerinde biyosidal etkiler oldugunu gostermistir , ancak diger suslar uzerinde hala arastirmalar vardir. TiO nispeten iyi calisilmis ilk lipoperoksidasyon saldiri otesinde 2 mikroorganizmanin dis ve ic hucre membraninda NP, belirli mekanizmalar hala cozulmus halde amaclanmistir. Solunum Zincirinin Engellenmesi Oksidatif hasar, lipid yapilari nedeniyle hucre zarlarinin lipoperoksidasyonunu olusturdugundan, cift membranli mitokondride yer alan solunum zinciri de etkilenir. Bu organel, aerobik metabolizmada dogal bir ROS kaynagidir cunku elektron transfer solunum zinciri surecinde superoksit anyonlari uretilir. Mitokondri, superoksit dismutaz (SOD) ile H 2 O 2’ye ve son olarak da glutatyon peroksidaz ve katalaz ile suya donusturerek bu gercegi kontrol edebilir. TiO 2 varligiNP’ler, bu enzimatik savunma mekanizmasinin hasari azaltamayacagi seviyelerde ROS uretimini arttirir, mitokondriyal solunum zinciri yoluyla elektron transferindeki bir duzensizlik bile ROS olusumunda bir artis anlamina gelir. Genetik yaklasimlar, mitokondride enerji uretimi ile ilgili genlerdeki seviye ifadesindeki degisIkliklerin, ubikuinol koenzim yoluyla oksijeni almak icin en verimli yola oncelik verdigini gostermistir. Bu koenzim, elektron alisverisi icin daha yuksek bir kapasite sunarken, koenzimden bagimsiz oksijen alim yollari daha dusuk seviyede ifade edildi. DNA DNA’daki molekuler duzeydeki hasar, tum duzenleyici mikroorganizma metabolizmasini, replikasyonunu, transkripsiyonunu ve hucre bolunmesini etkiler. DNA oksidatif hasara ozellikle duyarlidir cunku Fenton reaksiyonu tarafindan uretilen oksijen radikalleri, ozellikle OHases , seker-fosfata veya nukleobazlara saldirabilir ve iplik kopmasini hedefleyen sakkarit parcalanmasina neden olabilir. DNA zinciri modifikasyonlari, baz modifikasyonlarindan (dakik mutasyon) daha oldurucudur. Mitokondriyal DNA, oksidatif hasara karsi nukleer DNA’dan daha savunmasizdir cunku major bir hucresel ROS kaynagina daha yakindir. Enzimatik detoksifikasyon sisteminin (SOD, glutatyon ve katalaz) yani sira, DNA yaralanmalari, post-translasyonel modifikasyon, protein donusu, saperonlar (katlanmayla ilgili), DNA replikasyonu ve onarimi ile ilgili bir dizi yapi tarafindan kapsanmaktadir. Demir ve Inorganik Fsfatin (Pi) Asimilasyonu ve Tasinmasi Demir, hucre buyumesi ve hayatta kalmasi icin gerekli bir iyondur, ancak homeostatik duzenlemede bazi arizalar meydana gelirse (yani, ROS ureten Fenton reaksiyonu) potansiyel olarak toksIk hale gelebilir. Bakteriler, fizyolojik bir aralikta tutmak icin demir konsantrasyonunu duzenleyebilir. Bu duzenleme, siderofor sentezi ve demir tasima proteini ile ilgili kodlama genleri TiO 2 NP’lerin varliginda onemli olcude daha dusuk eksprese edilen hucrede demirin aktif tasinmasina dogrudan sideroforlari icerir. Bu da onu asimile etme ve tasima yetenegini azaltir ve hucre olumune neden olur. Homeostaz regulasyonunun kaybi, TiO 2’nin varligini ortaya cikaran ICP-MS analizi ile dogrulandi. NP’ler , hucre canliligi ile dogru orantili olarak, Pseudomonas brassicacearum’da hucresel demir seviyesini onemli olcude azaltmistir. Pi grubu (PO 4) alimi ile ilgili islevlerle ilgili olarak , Pho regulon’da bulunan gen setinin ekspresyonunda, kontrole kiyasla onemli olcude daha dusuk olan onemli farkliliklar bulunmustur. Pho regulon bakteri, maya, bitkiler ve hayvanlarda inorganik fosfatin asimilasyonuyla ilgili, yalnizca dogada bulunan ve beslenmeyle ilgili capraz konusma, ikincil metabolit uretimi ve patogenez icin gerekli olan bir duzenleyici agdir. Bu, mikroorganizmalarin TiO 2 NP’lerin varliginda fosfor alimi ve metabolizmasi acisindan oldukca yetersiz oldugunu gostermistir. Pho regulon’un biyofilm sentez kapasitesini ve patojenitesini duzenledigi de belirtilmelidir. Hucreden Hucreye IletisimTitanyum Dioksit Nanopartikullerinin Antimikrobiyal Etkisi TiO 2 NP’ler, hucre sinyal yollarinin bilesenlerini dogrudan okside edebilir ve hatta transkripsiyon faktorlerine mudahale ederek gen ekspresyonunu degistirebilir. Lipopolisakkaridi baglayan, hucre duvarini stabilize eden ve oksidatif hasara karsi koruyan sinyal molekullerinin biyosentez yolaklarindaki TiO 2 NP’lerin etkilesimini dogrulayan kanitlar vardir. Ayrica, patogenez ve biyofilm gelisimi gibi fonksiyonlarla ilgili yetersayi algilayan sinyal molekulunun sentezinde onemli bir azalma gozlendi. Bu, TiO 2 varliginda bakteri (P. aeruginosa) uremesinin Taramali Elektron Mikroskobu (SEM) goruntuleri ile dogrulanmistir.UV isinlamasi olmayan NP’ler. Hucreler, hucrelerin esas olarak yanal temasla kumelendigi NP’ler icermeyen kontrollerle karsilastirildiginda, substratta esas olarak kumelenmemis ve dagilmis gorunmektedir. Bu, TiO 2 NP’lerin sadece mikroorganizmalari oksidatif hasarla degil, ayni zamanda patojeniteyi dogrudan etkileyen bakteri agregasyonu ve biyofilm olusumunu da etkiledigini ileri surmektedir. Bitki ve yosun ROS H stres cevabi kontrol transkripsiyon faktorunun isleminde ara maddeler sinyal olarak hareket edebilir 2 O 2, direkt olarak peroksitler ile peroksidaz bir GSH ile aktive edilir. Ancak bu alanda hala arastirma eksIkligi vardir. TiO 2 NP’lerin morfolojisinin ve kristal yapisinin kontrolu, antimikrobiyal aktivitelerini artirmak icin en onemli faktordur. Sekillendirilmis nanopartikuller tarafindan verilen istenen yuzey ozelliklerine dayali uygun tasarim, ayni zamanda bakteri turune de bagli olan etkinligi artirabilir. TiO 2 NP’lerin sentez yolu da onemli bir faktordur. Son calismalar, temelde bitki bazli bilesIklere ve bakteri ve mantar gibi mikroorganizmalara dayanan daha cevre dostu sentez yontemlerini ortaya cikarmistir. Antibiyotige direncli suslar dahil olmak uzere Gram pozitif ve Gram negatif bakterilere karsi farkli TiO 2 NP’lerin antimikrobiyal aktivitesi farkli calismalarda dogrulanmistir. Antimikrobiyal mekanizmalari uzerinde spesifik calismalar fotokatalitik TiO maruz mikroorganizma kanitlamaktadir 2 NP asimile ve nakil demir ve fosfor yetenegi hucre duzenleyici agda inaktivasyonu ve sinyal seviyeleri, solunum zinciri aktivitesinde onemli bir azalma ve inhibisyon sergiledi. Genis hucre duvari ve zar degisIklikleri iceren bu islemler, TiO 2 NP’lerin biyosidal aktivitesini aciklayan ana faktorlerdir . ALİNTİ ~
	Alıntı Yap

Konuyu Toplam 1 Üye okuyor. (0 Kayıtlı üye ve 1 Misafir)