Effects of a hemostatic preparation based on silver polyacrylate on the morphological features and energy status of bacteria

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

This study evaluates the effect of the hemostatic surgical preparation, containing a 1% aqueous solution of partial silver salt of polyacrylic acid with silver nanoparticles, on the morphological features, viability, and energy status of Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, and Escherichia coli. Atomic force microscopy and bioluminescent determination of bacterial adenosine triphosphate were used to assess the morphological and functional reactions of bacterial cells. Exposure to the preparation was found to cause diverse reactions in different bacteria. Gram-positive cocci increased their volume, decreasing their relative surface area, thereby reducing their contact with the preparation. These changes can be considered one of the adaptive mechanisms of staphylococci to the toxic compound. Gram-negative bacteria (P. aeruginosa and E. coli) also changed their sizes in response to hemostatic preparation, but both exhibited an increase in relative surface area and cell surface roughness, which may indicate depletion of their adaptive potential.

Bacterial survival and intracellular adenosine triphosphate levels in cells exposed to hemostatic preparation showed that most staphylococci became non-viable, while the effect of the preparation was concentration-dependent. Exposure of Pseudomonas to the undiluted preparation resulted in their death, while a similar effect was observed for E. coli at a 10% concentration. The assessment of the viability and energy status of the studied strains confirmed the hypothesis of greater tolerance of staphylococci to hemostatic preparation, as they remained viable even after exposure to the undiluted preparation. The addition of the hemostatic preparation to a Pseudomonas suspension led to their death, whereas a similar effect was observed for E. coli even with the diluted preparation. Overall, the morphological changes in the bacterial cell wall and a decrease in their adenosine triphosphate content after exposure to the preparation demonstrate its antibacterial effect against certain types of clinically significant microorganisms.

About the authors

Marina V. Kuznetsova

Institute of Ecology and Genetics of Microorganisms; Vagner Perm State Medical University

Email: mar@iegm.ru
ORCID iD: 0000-0003-2448-4823
SPIN-code: 1463-1781

MD, Dr. Sci. (Medicine), associate professor

Russian Federation, Perm; Perm

Larisa Yu. Nesterova

Institute of Ecology and Genetics of Microorganisms

Email: larisa.nesterova@bk.ru
ORCID iD: 0000-0003-2885-2777
SPIN-code: 5288-7200

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Perm

Alexey S. Vasilchenko

Institute of Ecological and Agricultural Biology

Email: a.s.vasilchenko@utmn.ru
ORCID iD: 0000-0001-9970-4881
SPIN-code: 7966-2619

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Tyumen

Marina P. Kuznetsova

Vagner Perm State Medical University

Author for correspondence.
Email: marinapk92@gmai.com
ORCID iD: 0000-0001-8403-4926
SPIN-code: 4089-8008

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Perm

Vladimir A. Samartsev

Vagner Perm State Medical University

Email: savarcev-v@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6171-9885
SPIN-code: 5655-5223

MD, Dr. Sci. (Medicine), professor

Russian Federation, Perm

References

  1. Annabi N, Tamayol A, Shina SR, et al. Surgical materials: Current challenges and nano-enabled solutions. Nano Today. 2014;9(5):574–589. doi: 10.1016/j.nantod.2014.09.006
  2. Trufakina LM. Properties of polymer composites on the basis polyvinyl alcohol. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Chemistry and Сhemical Еechnologies. 2014;325(3):92–97. (In Russ.) EDN: SZGHFN
  3. Fahmy A, Eisa WH, Yosef M, Hassan A. Ultra-thin films of polyacrylic acid/silver nanocomposite coatings for antimicrobial applications. Journal of Spectroscopy. 2016;(5):1–11. doi: 10.1155/2016/7489536
  4. Rejepov DT, Vodyashkin AA, Sergorodceva AV, Stanishevskiy YM. Biomedical applications of silver nanoparticles (review). Drug development & registration. 2021;10(3):176–187. EDN: AFLZNU doi: 10.33380/2305-2066-2021-10-3-176-187
  5. Plotkin AV, Pokrovskoj EZh, Voronova GV, Menglet KA. The evaluation of the effectivity of hemostatic activity of haemoblock for local topical use haemoblock in different surgical situations. Multicenter clinical trials. Bulletin of Modern Clinical Medicine. 2015;8(1):56–61. EDN: THWGPP
  6. Erokhin PS, Utkin DV, Kuznetsov OS, et al. Application of atomic force microscopy for detection of influence of antibiotic upon the microbial cell (on the model of e. Coli and I generation cephalosporins). Izvestiya of Saratov University. New Series. Series: Physics. 2013;13(2):28–33. (In Russ.) EDN: TFMJYZ
  7. Vasilchenko AS, Dymova VV, Kartashova OL, Sycheva MV. Morphofunctional reaction of bacteria treated with antimicrobial peptides derived from farm animal platelets. Probiotics and Antimicrobal Proteins. 2015;7(1):60–65. doi: 10.1007/s12602-014-9172-4
  8. Efremenko EN, Stepanov NA, Senko OV, et al. Biocatalysts based on immobilized cells of microorganisms in the production of bioethanol and biobutanol. Catalysis in Industry. 2011;3(1):41–46. EDN: OHVTWV doi: 10.1134/S207005041101003X
  9. Sánchez MC, Llama-Palacios A, Marín MJ. Validation of ATP bioluminescence as a tool to assess antimicrobial effects of mouthrinses in an in vitro subgingival-biofilm model. Med Oral, Patol Oral, Cir Bucal. 2013;18(1):86–92. doi: 10.4317/medoral.18376
  10. Furr JR, Russell AD, Turner TD, Andrews A. Antibacterial activity of actisorb plus, actisorb and silver nitrate. J Hosp Infect. 1994;27(3):201–208. doi: 10.1016/0195-6701(94)90128-7
  11. Brown T, Smith D. The effects of silver nitrate on the growth and ultrastructure of the yeast Cryptococcus albidus. Microbios Letters. 1976;(3):155–162.
  12. Sondi I, Salopek-Sondi B. Silver nanoparticles as antimicrobial agent: a case study on E. coli as a model for Gram-negative bacteria. J Colloid Interface Sci. 2004;275(1):177–182. doi: 10.1016/j.jcis.2004.02.012
  13. Yamanaka M, Hara K, Kudo J. Bactericidal actions of a silver ion solution on Escherichia coli, studied by energy-filtering transmission electron microscopy and proteomic analysis. Appl Environ Microbiol. 2005;71(11):7589–7593. doi: 10.1128/AEM.71.11.7589-7593.2005
  14. Abbas WS, Atwan ZW, Abdulhussein ZR, Mahdi MA. Preparation of silver nanoparticles as antibacterial agents through DNA damage. Materials Technology. 2019;34(14):867–879. doi: 10.1080/10667857.2019.1639005
  15. Qamer S, Romli MH, Che-Hamzah F, et al. Systematic review on biosynthesis of silver nanoparticles and antibacterial activities: Application and theoretical perspectives. Molecules. 2021;26(16):5057. doi: 10.3390/molecules26165057
  16. Morones JR, Elechiguerra JL, Camacho A, et al. The bactericidal effect of silver nanoparticles. Nanotechnology. 2005;16(10):23–46. doi: 10.1088/0957-4484/16/10/059
  17. Wang G, Jin W, Qasim AM, et al. Antibacterial effects of titanium embedded with silver nanoparticles based on electron-transfer-induced reactive oxygen species. Biomaterials. 2017;124:25–34. doi: 10.1016/j.biomaterials.2017.01.028
  18. Hetrick EM, Schoenfisch MH. Reducing implant-related infections: active release strategies. Chem Soc Rev. 2006;35(9):780–789. doi: 10.1039/b515219b
  19. The effect of the surgical hemostatic product “Hemoblock” tm on in vitro bacterial colonization. Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy. 2020;22(1):67–70. EDN: LIZUJJ doi: 10.36488/cmac.2020.1.67-70
  20. Ojkic N,Serbanescu D, Banerjee S. Surface-to-volume scaling and aspect ratio preservation in rod-shaped bacteria. Elife. 2019;8:e47033. doi: 10.7554/eLife.47033
  21. Neumann G, Veeranagouda Y, Karegoudar TB, et al. Cells of Pseudomonas putida and Enterobacter sp. adapt to toxic organic compounds by increasing their size. Extremophiles. 2005;9(2): 163–168. doi: 10.1007/s00792-005-0431-x
  22. Gavrilova IA, Zhavnerko GK, Titov LP. Morphological changes in pseudomonas aeruginosa acted upon by biocide based on alkylmethylbenzylammonium chloride and polyhexamethylenguanidine. Reports of the National Academy of Sciences of Belarus. 2013;5:81–87. EDN: WHHLYN
  23. Turner R, Vollmer W, Foster S. Different walls for rods and balls: the diversity of peptidoglycan. Mol Microbiol. 2014;91(5):862–874. doi: 10.1111/mmi.12513
  24. Matias VR, Al-Amoudi A, Dubochet J, Beveridge TJ. Cryo-transmission electron microscopy of frozen-hydrated sections of Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa. J Bacteriol. 2003;185(20):6112–6118. doi: 10.1128/jb.185.20.6112-6118.2003
  25. Torrens G, Escobar-Salom M, Pol-Pol E, et al. Comparative analysis of peptidoglycans from Pseudomonas aeruginosa isolates recovered from chronic and acute infections. Front Microbiol. 2019;10:1868. doi: 10.3389/fmicb.2019.0186
  26. Jung WK, Koo HC, Kim KW, et al. Antibacterial activity and mechanism of action of the silver ion in Staphylococcus aureus and Escherichia coli. Appl Environ Microbiol. 2008;74(7):2171–2178. doi: 10.1128/AEM.02001-07
  27. Feng QL, Wu J, Chen GQ, et al. A mechanistic study of the antibacterial effect of silver ions on Escherichia coli and Staphylococcus aureus. J Biomed Mater Res. 2000;52(4):662–668. doi: 10.1002/1097-4636(20001215)52:4<662::aid-jbm10>3.0.co;2-3
  28. Yang Y, Zhang Z, Wan M, et al. A facile method for the fabrication of silver nanoparticles surface decorated polyvinyl alcohol electrospun nanofibers and controllable antibacterial activities. Polymers (Basel). 2020;12(11):2486. doi: 10.3390/polym12112486

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. Atomic force microscopy images of bacterial cells before (a) and after (b) one-hour exposure to hemostatic preparation

Download (564KB)

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

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».