Bioavailable Nanocomposition of Chitosan-copper Nanoparticles as an Alternative to Antibiotics in BroilerFeed

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Pathogens pose a serious threat to agriculture as they reduce the growth rate and efficiency of farm birds, animals and cause economic losses. Therefore, there is a need for their use despite all the negative effects of antibiotics and bacterial resistance to them, and therefore, there is a need for effective alternatives that exclude the use of vaccines and drugs. An aggregatively stable nanocomposition of chitosan-nanoparticles of copper with an average size of the latter 25–30 nm was developed. The bactericidal effect of the nanocomposition was shown in vitro on pathogenic bacteria Enterococcus faecalis and investigated in vivo in the composition of broiler chickens’ drink and feed in comparison with antibiotic “Maxus”, used in their diet, on a wide range of pathogenic microorganisms. It was shown that the number of bacteria in broilers was 1.88% when the nanocomposition was administered, which is more than two times less compared to the group where the antibiotic was used.

Full Text

Restricted Access

About the authors

K. V. Apryatina

National Research Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod

Author for correspondence.
Email: apryatina_kv@mail.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod, 603022

I. A. Egorov

Federal State Budget Scientific Institution Federal Scientific Center “All-Russian Research and Technological Poultry Institute”

Email: apryatina_kv@mail.ru
Russian Federation, Sergiev Posad, 141311

S. D. Zaitsev

National Research Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod

Email: apryatina_kv@mail.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod, 603022

G. Y. Laptev

BIOTROF LLC

Email: apryatina_kv@mail.ru
Russian Federation, Pushkin, St. Petersburg, 196602

E. V. Salomatina

National Research Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod

Email: apryatina_kv@mail.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod, 603022

L. A. Smirnova

National Research Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod

Email: apryatina_kv@mail.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod, 603022

A. G. Samodelkin

Scientific and educational center “Nizhny Novgorod REC”

Email: apryatina_kv@mail.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod, 603000

V. G. Frolov

AGROСHITIN LLC

Email: apryatina_kv@mail.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod, 603155

References

  1. Rahman M.M., Alam Tumpa M.A., Zehravi M., Sarker M.T., Yamin M.D., Islam M.R. et al. // Antibiotics. 2022. V. 11. №. 5. P. 667. https://doi.org/10.3390/antibiotics11050667
  2. Burow E., Grobbel M., Tenhagen B.A., Simoneit C., Szabó I., Wendt D. et al. // Microb. Drug. Resist. 2020. V. 26. №. 9. P. 1098–1107. https://doi.org/10.1089/mdr.2019.0442
  3. Hedman H.D., Vasco K.A., Zhang L. // Animals. 2020. V. 10. №. 8. 1264. https://doi.org/10.3390/ani10081264
  4. Shang K., Wei B., Cha S.Y., Zhang J.F., Park J.Y., Lee Y.J. et al. //Animals. 2021. V. 11. №. 1. P. 154. https://doi.org/10.3390/ani11010154
  5. Massé D.I., Cata Saady N.M., Gilbert Y. // Animals. 2014. V. 4. №. 2. P. 146–163. https://doi.org/10.3390/ani4020146
  6. Chatellier V. Chatellier V. // Animal. 2021. V. 15. 100289. https://doi.org/10.1016/j.animal.2021.100289
  7. Jomova K., Makova M., Alomar S. Y., Alwasel S. H., Nepovimova E., Kuca K. et al. // Chem. Biol. Interact. 2022. V. 367. 110173. https://doi.org/10.1016/j.cbi.2022.110173
  8. Ruiz L.M., Libedinsky A., Elorza A.A. // Front. Mol. Biosci. 2021. V. 8. 711227. https://doi.org/10.3389/fmolb.2021.711227
  9. Ognik K., Sembratowicz I., Cholewińska E., Jankows-ki J., Kozłowski K., Juśkiewicz J. et al. // Anim. Sci. J. 2018. Т. 89. №. 3. P. 579–588. https://doi.org/10.1111/asj.12956
  10. Sharma M.C., Joshi C., Pathak N.N., Kaur H. // Res. Vet. Sci. 2005. Т. 79. №. 2. P. 113–123. https://doi.org/10.1016/j.rvsc.2004.11.015
  11. Парахонский А.П. // Естественно-гуманитарные исследования. 2015. № 4 (10). С. 73–84.
  12. Borkow G. // Curr. Chem. Biol. 2014. V. 8. №. 2. P. 89–102. https://doi.org/10.2174/2212796809666150227223857
  13. Scott A., Vadalasetty K.P., Łukasiewicz M., Jaworski S., Wierzbicki M., Chwalibog A. et al. // J. Anim. Physiol. Anim. Nutr. (Berl.) 2018. Т. 102. №. 1. P. e364–e373. https://doi.org/10.1111/jpn.12754
  14. Sharif M., Rahman M.A.U., Ahmed B., Abbas R.Z., Hassan F.U. // Biol. Trace Elem. Res. 2021. V. 199. №. 10. P. 3825–3836. https://doi.org/10.1007/s12011-020-02485-1
  15. Leeson S. // J. World’s Poult. Sci. 2009. V. 65. №. 3. P. 353–366. https://doi.org/10.1017/S0043933909000269
  16. Boyles M. S. P., Ranninger C., Reischl R., Rurik M., Tessadri R., Kohlbacher O. et al. // Part. Fibre. Toxicol. 2015. V. 13. P. 1–20. https://doi.org/10.1186/s12989-016-0160-6
  17. Ремпель А. А. // Успехи химии. 2007. Т. 76. №. 5. С. 474–500.
  18. Mitchell M.J., Billingsley M.M., Haley R.M., Wechsler M.E., Peppas N.A., Langer R. // Nat. Rev. Drug Discov. 2021. V. 20. №. 2. P. 101–124. https://doi.org/10.1038/s41573-020-0090-8
  19. Bezbaruah R., Chavda V.P., Nongrang L., Alom S., Deka K., Kalita T. et al. // Vaccines. 2022. V. 10. №. 11. 1946. https://doi.org/10.3390/vaccines10111946
  20. Yusuf A., Almotairy A.R.Z., Henidi H., Alshehri O.Y., Aldughaim M.S. // Polymers. 2023. V. 15. № 7. 1596. https://doi.org/10.3390/polym15071596
  21. Zafar A., Arshad R., Ur. Rehman A., Ahmed N., Akhtar H. // Vaccines. 2023. V. 11. №. 2. 490. https://doi.org/10.3390/vaccines11020490
  22. El-Kassas S., El-Naggar K., Abdo S.E., Abdo W., Kirrella A.A., El-Mehaseeb I. et al. // Anim. Prod. Sci. 2019. V. 60. №. 2. P. 254–268. https://doi.org/10.1071/AN18270
  23. Sizova E., Miroshnikov S., Lebedev S., Usha B., Shabunin S. // Anim. Nutr. 2020. V. 6. №. 2. P. 185–191. https://doi.org/10.1016/j.aninu.2019.11.007
  24. El-Kazaz S.E., Hafez M.H. // J. Adv. Vet. Anim. Res. 2020. V. 7. №. 1. 16. https://doi.org/10.5455/javar.2020.g388
  25. Anwar M.I., Awais M.M., AkhtarM., Navid M.T., Muhammad F. // Worlds Poult. Sci. J. 2019. V. 75. №. 2. P. 261–272. https://doi.org/10.1017/S0043933919000199
  26. Kalińska A., Jaworski S., Wierzbicki M., Gołębiews-ki M. // Int. J. Mol. Sci. 2019. V. 20. №. 7. 1672. https://doi.org/10.3390/ijms20071672
  27. Scott A., Vadalasetty K.P., Chwalibog A., Sawosz E. // Nanotechnol. Rev. 2018. V. 7. №. 1. P. 69–93. https://doi.org/10.1515/ntrev-2017-0159
  28. Chen R.R., Li Y.J., Chen J.J., Lu C.L. // Carbohydr. Polym. 2020. V. 247. 116740. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116740
  29. Wang W., Xue C., Mao X. // Int. J. Biol. Macromol. 2020. V. 164. P. 4532–4546. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.09.042
  30. Xu Y., Shi B., Yan S., Li J., Li T., Guo Y. et al. // Czech J. Anim. Sci. 2014. V. 59. P. 156–163. https://doi.org/10.17221/7339-CJAS
  31. Sangnim T., Dheer D., Jangra N., Huanbutta K., Puri V., Sharma A. // Pharmaceutics. 2023. V. 15. № 9. 2361. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15092361
  32. Apryatina K.V., Glazova I.A., Koryagin A.S., Zaitsev S.D., Smirnova L.A. // J. Polym. Res. 2022. V. 29. №. 9. 378. https://doi.org/10.1007/s10965-022-03225-w
  33. Apryatina K.V., Murach E.I., Amarantov S.V., Erlykina E.I., Veselov V.S., Smirnova L.A. // Appl. Biochem. Microbiol. 2022. V. 58. №. 2. P. 126–131. https://doi.org/10.1134/S0003683822020028
  34. Lang X., Wang T., Sun M., Chen X., Liu Y. // Int. J. Biol. Macromol. 2020. V. 154. P. 433–445. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.03.148
  35. Hassan F.A., Abd El-Maged M., El-Halim H., Ramadan G. // J. Anim. Health Prod. 2021. V. 9. № 2. P. 119–131. https://doi.org/10.17582/journal.jahp/2021/9.2.119.131
  36. Tufan T., Arslan C. // S. Afr. J. Anim. Sci. 2020. V. 50. №. 5. https://doi.org/10.4314/sajas.v50i5.3
  37. Yue X., Hu L., Fu X., Lv M., Han X. // Czech J. Anim. Sci. 2017. V. 62. №. 1. P. 15–21. https://doi.org/10.17221/86/2015-CJAS
  38. Menconi A., Pumford N.R., Morgan M.J., Bielke L.R., Kallapura G., Latorre J.D. et al. // Food. Pathog. Dis. 2014. V. 11. №. 2. P. 165–169. https://doi.org/10.1089/fpd.2013.1628
  39. Nuengjamnong C., Angkanaporn K. // Ital. J. Anim. Sci. 2018. V. 17. №. 2. P. 428–435. https://doi.org/10.1080/1828051X.2017.1373609
  40. Shagdarova B., Konovalova M., Varlamov V., Svirshchevskaya E. // Polymers. 2023. V. 15. №. 19. 3967. https://doi.org/10.3390/polym15193967
  41. Akintelu S.A., Oyebamiji A.K., Olugbeko S.C., Latona D.F. // CRGSC. 2021. V. 4. 100176. https://doi.org/10.1016/j.crgsc.2021.100176
  42. Liu P., Wang H., Li X., Rui M., Zeng H. // RSC Adv. 2015. V. 5. №. 97. P. 79738–79745. https://doi.org/10.1039/C5RA14933A
  43. Ismail M. I. M. // Mater. Chem. Phys. 2020. V. 240. 122283. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.122283
  44. Лисичкин Г.В., Оленин А.Ю., Кулакова И.И. Химия поверхности неорганических наночастиц. М.: Техносфера, 2020. 380 с.
  45. Хабриев Р.У. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ. М.: Медицина, 2005. 827 с.
  46. Апрятина К.В., Зайцев С.Д., Смирнова Л.А., Фролов В.Г. Патент RU 2776050C1. 2022.
  47. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М.: “Химия”, 1975. 512 с.
  48. Литманович О.Е. // Высокомолекулярные соединения. Серия C. 2008. Т. 50. № 7. С. 1370–1396.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Plasmon absorption band of chitosan-stabilized copper NPS with MM2 × 105, [Cu] = 1 wt%.

Download (53KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Scheme of stabilization of copper NPS by chitosan functional groups.

Download (298KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Diffractogram of the chitosan-NP copper composition obtained in microwave radiation.

Download (128KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Absorption spectra of copper nanodispersions stabilized with chitosan with different MM: 1 — 0.2 × 105, 2 — 1×105, 3 — 2×105, [ Cu] = 1% by weight.

Download (103KB)
Indexing metadata
6. 5. Diffractogram of the chitosan-NP copper composition, MM chitosan 1 × 105 (a), MM chitosan 2 × 105 (b).

Download (234KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. The content of cellulolytics, %.

Download (260KB)
Indexing metadata
8. 7. The content of bacilli (a), %; lactobacilli (b), %; bifidobacteria (c), %; PLA-synthesizing bacteria (d), %.м

Download (299KB)
Indexing metadata
9. 8. Relative abundance of pathogens in the studied samples, %.

Download (199KB)
Indexing metadata

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».