Pengembangan Nanopartikel Bimetal Cu:Ag Multikonsentrasi Sebagai Bakterisida Menjanjikan untuk Bakteri Tahan Antibiotik yang Dievaluasi dengan Studi Molecular Docking
Abstrak
Penelitian ini berkaitan dengan mengevaluasi pengaruh berbagai konsentrasi Ag dalam nanopartikel bimetalik Cu:Ag yang dikembangkan untuk digunakan sebagai agen anti-bakteri yang menjanjikan terhadap bakteri yang resisten terhadap antibiotik. Di sini, disintesis nanopartikel bimetalik Cu:Ag dengan berbagai rasio konsentrasi (2,5, 5.0, 7,5, dan 10 berat) Ag dalam jumlah tetap Cu berlabel 1:0,025, 1:0,050, 1:0,075, dan 1:0,1. menggunakan metode kopresipitasi dengan pelarut amonium hidroksida dan air deionisasi, polivinil pirolidon sebagai zat penutup, dan natrium borohidrida dan asam askorbat sebagai zat pereduksi. Produk-produk yang diformulasikan ini dicirikan melalui berbagai teknik. XRD mengkonfirmasi kemurnian fase dan mendeteksi keberadaan struktur fcc yang berbeda milik fase Cu dan Ag. Spektroskopi FTIR mengkonfirmasi keberadaan mode getaran yang sesuai dengan berbagai kelompok fungsional dan merekam puncak karakteristik yang berasal dari bimetalik. Spektroskopi UV-tampak mengungkapkan pengurangan celah pita dengan meningkatnya konten Ag. Mikrograf SEM dan HR-TEM mengungkapkan morfologi bulat bimetalik Cu yang didoping Ag dengan aglomerasi skala kecil dan besar. Sampel menunjukkan berbagai dimensi dan jarak antar lapisan. Aksi bakterisida Cu:Ag NP bimetalik yang disintesis digambarkan signifikan secara statistik (P < 0.05) zona hambat yang direkam untuk berbagai konsentrasi dopan Ag terhadap Staphylococcus aureus (S. aureus ), Escherichia coli (E.coli ), dan Acinetobacter baumannii (A. baumannii ) mulai dari (0,85–2,8 mm), (0,55–1,95 mm) dan (0,65–1,85 mm), masing-masing. Secara umum, NP bimetalik Cu:Ag ditemukan lebih kuat terhadap gram positif dibandingkan dengan gram negatif. Studi docking molekul NP bimetal Ag–Cu dilakukan terhadap β -laktamase yang merupakan enzim kunci jalur biosintesis dinding sel dari keduanya S. aureus (Skor pengikatan:4.981 kkal/mol) dan A. bauminnii (Skor pengikatan:4.013 kkal/mol). Demikian pula, analisis interaksi pengikatan terhadap FabI milik jalur biosintesis asam lemak dari A. bauminnii (Skor pengikatan:3.385 kkal/mol) dan S. aureus (Skor mengikat:3.012 kkal/mol) bersama dengan FabH dari E. koli (Skor pengikatan:4.372 kkal/mol) dilakukan. Perhitungan teoretis ini menunjukkan NP bimetalik Cu-Ag sebagai kemungkinan penghambat enzim yang dipilih. Disarankan bahwa mengeksplorasi potensi penghambatan in vitro dari bahan-bahan ini dapat membuka jalan baru untuk penemuan antibiotik.
Pengantar
Berbagai mikroorganisme yang terdiri dari bakteri, jamur, virus, dan parasit terdapat di dalam bumi dan lingkungannya. Spesies ini menyebabkan komplikasi dalam produksi dan penggunaan peralatan medis, produk perawatan kesehatan, makanan olahan, sistem pemurnian air, dan produk sanitasi domestik [1, 2]. Antibiotik secara rutin digunakan oleh dokter untuk membunuh bakteri yang menyebabkan penyakit pada manusia dan hewan. Kerugian dari penggunaan antibiotik yang sering adalah membuat bakteri menjadi resisten terhadap obat seiring waktu. Antibiotik juga berfungsi untuk mengurangi jumlah bakteri 'baik' yang ada dalam tubuh, yang melawan infeksi. Penyakit akibat infeksi yang disebabkan oleh bakteri resisten antibiotik telah menjadi penyebab utama keprihatinan di bidang kedokteran saat ini. Dalam hal ini, banyak kuman telah diidentifikasi resisten terhadap obat [3,4,5,6,7]. Upaya baru sedang dilakukan untuk mengatasi masalah bakteri yang resistan terhadap obat dan mengganti agen antimikroba saat ini dengan terapi yang lebih efisien dan komplementer. Dalam hal ini, nanoteknologi telah memberikan kontribusi besar untuk produksi bahan nano seperti NP logam dan oksida logam (yaitu, Ag, Cu, CuO, TiO2 , SiO2 , MgO, dan ZnO) untuk melawan semakin banyak mikroorganisme resisten antimikroba. Di antaranya, NP Cu dan Ag telah menunjukkan sifat antimikroba yang menggembirakan [8,9,10,11,12].
Dalam beberapa tahun terakhir, NP bimetalik telah dikembangkan dan digunakan untuk berbagai aplikasi di bidang kimia, ilmu material, bioteknologi, dan perlindungan lingkungan. NP bimetalik yang mengandung tembaga (Cu) dan perak (Ag) dengan fraksi atom permukaan yang tinggi dan luas permukaan spesifik yang besar telah dipelajari secara luas [13]. NP bimetalik ini sangat menarik karena peningkatan sifat kimia, optik, katalitik, biologis, plasmonik, dan terutama antimikrobanya [14,15,16,17,18,19,20]. Ion Ag dapat direduksi dengan etanol dalam kondisi atmosfer pada 800 hingga 1000 °C untuk mendapatkan NP perak [21, 22]. Silver NPs memiliki efikasi antimikroba yang baik, oleh karena itu digunakan dalam produksi krim tabir surya dan pengolahan air [23]. NP Cu dibuat dengan mereduksi tembaga sulfat dengan hidrazin dalam etilen glikol di bawah iradiasi gelombang mikro, dan juga dapat digunakan sebagai agen antibakteri [24,25,26].
Logam seperti Cu dan Ag secara individual tidak memiliki sifat optik, katalitik, dan struktural yang menjanjikan dan tidak dapat diubah menjadi bimetalik. Di sisi lain, menggabungkan kedua logam (Cu:Ag) menawarkan peluang baru untuk menyesuaikan struktur dan morfologi produk yang dihasilkan untuk aplikasi yang diinginkan. Berdasarkan struktur akhirnya, misalnya, inti-kulit, struktur dumb-bell, struktur dua antarmuka, struktur campuran acak, atau struktur bentuk bunga, NP bimetal dapat menunjukkan berbagai aktivitas antimikroba [27,28,29,30] ,31]. Berbagai metode tersedia untuk sintesis NP bimetalik termasuk metode kopresipitasi, sol-gel, hidrotermal, reduksi, mikro-emulsi, dan poliol [32,33,34,35,36,37].
Dalam penelitian ini, NP bimetalik Cu:Ag disintesis melalui metode kopresipitasi menggunakan pelarut amonium hidroksida dan air deionisasi, polivinil pirolidon sebagai zat penutup, dan natrium borohidrida dan asam askorbat sebagai zat pereduksi. Empat sampel dengan berbagai konsentrasi disiapkan. Dengan meningkatnya konsentrasi Ag dalam NP bimetalik, sampel menunjukkan peningkatan aktivitas melawan bakteri acinetobacter baumannii yang menyebabkan demam dan mual. Bahan disintesis diasumsikan penampilan merah selama pertumbuhan yang cepat menunjukkan bahwa aktivitas antimikroba ditingkatkan dengan meningkatnya konsentrasi Ag di NP bimetal. Selanjutnya dilakukan prediksi in silico menggunakan studi molecular docking untuk mengidentifikasi pola interaksi NP bimetalik Cu:Ag terhadap β -enzim laktamase dari jalur biosintesis dinding sel bersama dengan enzim FabI dan FabH dari jalur biosintesis asam lemak.
Metode
Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis berbagai konsentrasi Ag dalam nanopartikel bimetalik Cu:Ag melalui jalur hidrotermal untuk mengetahui efikasi agen antibakteri terhadap bakteri resisten antibiotik.
Materi
Tembaga (II) klorida (CuCl2 0,2 H2 O, 98,9%), dan perak nitrat (AgNO3 ) sebagai prekursor, polivinil pirolidon (PVP, berat molekul rata-rata 40.000) sebagai zat penutup, natrium borohidrida (NaBH4 , 99,9%) dan asam L-askorbat (C6 H8 O6 , 99,0%) sebagai zat pereduksi dan amonium hidroksida (NH4 OH) digunakan dalam penelitian ini setelah memperolehnya dari Sigma Aldrich, AS.
Sintesis NP bimetal Cu:Ag
Bimetalik Cu:Ag NP dibuat menggunakan metode kopresipitasi seperti yang digambarkan pada Gambar 1. Dalam air deionisasi, 1,25 g PVP dan 0,5 g asam askorbat ditambahkan dan diaduk dengan kuat pada 100 °C. Dua larutan 40 mL amonium hidroksida disiapkan satu per satu; dalam satu larutan, 1,7 g tembaga klorida dan dalam larutan lain 1,7 g perak nitrat ditambahkan. Kedua larutan ini kemudian dituangkan satu demi satu ke dalam larutan yang awalnya disiapkan dengan penambahan 0,5 g NaBH4 . Setelah itu, larutan akhir diaduk pada 100 °C selama 4 jam agar homogen dan kemudian disentrifugasi pada 6000 rpm untuk ekstraksi NP lengkap. NP bimetalik yang diperoleh dikeringkan pada 100 ° C untuk menghilangkan kelembaban dan kotoran, untuk memastikan bahwa produk bimetalik yang disiapkan dalam bentuk murni [12]. Demikian pula, empat sampel dengan berbagai konsentrasi Ag (mol 2,5%, 5%, 7,5%, dan 10%) dibuat dengan rasio Cu tetap.
Ilustrasi yang menunjukkan sintesis NP bimetalik Cu:Ag
Aktivitas antimikroba
Potensi bakterisida in vitro NP bimetalik Cu:Ag dievaluasi terhadap bakteri patogen S. aureus, E.coli dan A. baumanii isolat yang diperoleh dari susu sapi mastitis dengan metode difusi sumur. Agar garam manitol, agar MacConkey dan agar Lauria Bertani diseka dengan bakteri terisolasi yang diaktifkan pertumbuhannya 1,5 × 10
8
CFU/ml. Setelah media dipadatkan, dibuat lima sumur menggunakan pipet kuning yang memiliki dimensi diameter 15 mm dan sepuluh mikroliter (5 µg/mL). NP bimetal Cu:Ag yang baru disiapkan dimasukkan ke dalam sumur dengan rasio yang berbeda dibandingkan dengan sepuluh mikroliter amoksisilin (5 µg/mL) sebagai kontrol positif dan 50 μl DIW sebagai kontrol negatif. Aktivitas bakterisida NP bimetal Cu:Ag yang disintesis ditentukan dengan mengukur zona hambat (dalam mm) yang terbentuk setelah inkubasi selama 15 jam pada 37°C.
Analisis statistik
Aktivitas bakterisida dari NP yang disintesis dengan pengukuran zona hambat (mm) dianggap signifikan secara statistik menggunakan SPSS 20.0, analisis varians satu arah (ANOVA) [57].
Studi docking molekuler
Antibiotik menurunkan pertumbuhan bakteri dan menyebabkan kematian bakteri melalui kerusakan dinding sel, mengganggu proses biokimia, kerusakan membran sel, dan penetrasi melalui biofilm [38]. Dalam beberapa dekade terakhir, banyak nanopartikel dengan aktivitas bakterisida potensial telah dilaporkan, yang membunuh bakteri baik melalui gangguan dinding sel atau dengan menghalangi sumber makanan dengan mekanisme yang mirip dengan antibiotik yang dikenal [39,40,41]. Oleh karena itu, enzim yang termasuk dalam jalur biokimia ini dianggap sebagai target penting dan menarik untuk penemuan antibiotik [12]. Di sini, enzim kunci dari jalur biosintetik dinding sel (yaitu β -laktamase) dan jalur biosintesis asam lemak (yaitu FabH dan FabI) dipilih sebagai target yang mungkin untuk mengevaluasi mekanisme interaksi NP bimetalik Cu:Ag dengan kantong aktifnya sebagai inhibitor (lihat Gambar 2).
Struktur 3D target protein β -laktamase, FabI (dari A. bauminnii &S. aureus ) dan FabH dari E. koli
Parameter struktural 3D dari enzim yang dipilih diambil dari bank data protein dengan kode PDB:4U0X (2.03 Å Resolution) untuk β -laktamase [42] dan 6AH9; Resolusi 1.74 Å [43] untuk Enoyl-[acyl-carrier-protein] reductase (FabI) dari A. bauminnii . β -laktamase (struktur 3D) dengan ID PDB:1MWU; Resolusi 2.6 Å [44] dan FabI dengan kode PDB:4CV1; Resolusi 1,95 [45] dari S. aureus sedangkan untuk FabH dari E. koli memiliki kode PDB:4Z8D; Resolusi 2.0 Å [46].
Studi docking molekuler dari Cu:Ag bimetalik NP dilakukan menggunakan perangkat lunak ICM Molsoft v3.8–4a atau di atasnya (Molsoft L.L.C., La Jolla, CA) untuk mengidentifikasi interaksi pengikatan dengan residu kunci dari situs aktif [47]. Alat preparasi protein/reseptor ICM digunakan untuk optimasi dan preparasi struktur target enzim yang dipilih. Langkah-langkah yang terlibat adalah penambahan atom H polar, penghapusan molekul air, dan minimisasi energi menggunakan parameter default. Molekul ligan yang terkristalisasi bersama telah dihapus untuk menyediakan ruang untuk docking NP. Saku pengikat didefinisikan menggunakan kotak grid yang menentukan posisi ligan yang mengkristal. Konformasi dengan energi ikat terendah dari 10 konformasi docked teratas dipilih dalam setiap kasus untuk menganalisis pola interaksi dan kecenderungan pengikatan NP bimetal Ag-Cu di dalam kantong aktif. Pymol dan perangkat lunak visualisator studio penemuan digunakan untuk analisis dan penggambaran tampilan 3D dari interaksi pengikatan [48]. Struktur NP bimetalik Cu:Ag diambil dari format PubChem in.sdf.
Karakterisasi
Analisis struktural dan kemurnian fasa diamati dengan menggunakan XRD (PAN analitis X'pert pro XRD) dengan radiasi Cu-Kα (λ = 0,154 nm, 20° hingga 80°). Kehadiran mode vibrasi yang sesuai dengan berbagai gugus fungsi dievaluasi menggunakan spektroskopi inframerah transformasi Fourier-FTIR dengan spektrometer Perkin Elmer. Spektrum serapan diperoleh dengan menggunakan spektrofotometer UV-visible-Genesys 10S. FESEM digabungkan dengan spektrometer EDS (JSM-6610LV) dan HR-TEM (JEOL JEM 2100F) digunakan untuk memvisualisasikan morfologi permukaan. Perangkat lunak ICM v3.8-4a atau lebih tinggi (Molsoft L.L.C., La Jolla, CA) digunakan untuk analisis docking molekuler.
Hasil dan Diskusi
Analisis XRD dilakukan untuk menilai konstitusi fase dan struktur kristal produk yang diformulasikan. Gambar 3a menunjukkan pola XRD yang diplot antara 20° dan 80°. Dalam bimetal Cu:Ag, pantulan yang diamati di sekitar ~ 38.2°, 46°, 64,4°, dan 77,1° dikaitkan dengan (111), (200), (220), dan (311) faset fase fcc Ag menurut JCPDS No 04-0783 [32, 49,50,51,52]. Sedangkan untuk Cu, difraksi yang muncul pada 32,6°, 44,2°, dan 51° dilambangkan (110), (111), dan (200) bidang kisi yang mengkonfirmasi keberadaan CuO berstruktur fcc dan logam Cu, dan cocok dengan JCPDS No. 04-0836 [32, 53,54,55,56]. Dalam pola yang diekstraksi, baik puncak Ag dan Cu diamati yang menandakan adanya NP yang merupakan fase Ag dan Cu. Selain itu, keberadaan CuO dalam sampel dengan kandungan Ag yang lebih rendah (misalnya, 1:0,025, 1:0,050, dan 1:0,075) mengungkapkan bahwa NP Cu teroksidasi dan menunjukkan perilaku non-protektif pada suhu tinggi karena konsentrasi Ag yang lebih rendah. 52]. Sebaliknya, pada sampel dengan kandungan Ag tertinggi (1:0.1), puncak CuO menunjukkan intensitas rendah yang mengindikasikan terbentuknya produk bebas oksida sebagian [57]. Hal ini menunjukkan bahwa peningkatan ketahanan oksidasi NP bimetal akan terjadi karena penambahan Ag [52]. Tidak ada puncak pengotor tambahan yang terdeteksi dalam batas deteksi instrumen sementara setiap bidang kristalografi terdiri dari situs yang berbeda secara energetik berdasarkan kerapatan atom. Baik NP Cu dan Ag memiliki aspek kerapatan atom yang tinggi pada (111) yang berfungsi untuk mengekspos orientasi maksimum bidang [51, 58]. Menggunakan hukum Bragg, d-spasi Ag dan Cu ditemukan 0,24 dan 0,21 nm, masing-masing yang sesuai dengan bidang yang berbeda (111) dari kedua elemen dan sejalan dengan temuan HR-TEM (Gbr. 6) [51, 59 ,60,61,62]. Cincin SAED yang sesuai (Gbr. 3b–d) yang diperoleh dari produk bimetalik yang disiapkan menampilkan pola cincin berbeda yang menunjukkan produk yang terkristalisasi dengan baik dan sesuai dengan pola XRD.
a Profil XRD diperoleh dari NP bimetalik Cu:Ag, b –d Cincin SAED diperoleh menggunakan HR-TEM untuk sampel b 1:0,025, c 1:0,050, dan d 1:0.10, e Spektrum FTIR sampel yang disiapkan
Spektrum FTIR direkam antara 500 dan 4000 cm
−1
seperti yang disajikan pada Gambar. 3e; pita yang ditransmisikan diposisikan antara 600 dan 900 cm
−1
disebabkan oleh pembentukan ikatan Cu:Ag [63]. Pita yang diamati sekitar ~ 1200 dan 1400 cm
−1
dikaitkan dengan C–O dan C–H, masing-masing; puncak muncul pada ~ 1800 dan 2100 cm
−1
sesuai dengan ikatan C=O dan N–H karena PVP dan NH4 OH [64]. Transmisi yang diamati sekitar ~ 2800 cm
−1
dan 3400 cm
−1
dianggap berasal dari keberadaan C≡N dan gugus hidroksil (O–H) [64].
Gambar 4a menunjukkan spektrum serapan NP bimetal Ag-Cu dengan pita serapan yang jelas terletak pada 340, 410, dan 500 nm, yang dianggap berasal dari penyerapan resonansi plasmonik permukaan logam Ag dan Cu [52]. Pita yang muncul pada 410 nm biasanya muncul karena adanya NP Ag, dan puncak terakhir yang diposisikan pada 510 nm dikaitkan dengan keberadaan NP Cu [52, 57,58,59, 65,66,67]. Mungkin disarankan bahwa NP bimetalik dikembangkan dengan fase Ag dan Cu yang berbeda, alih-alih pengembangan bimetalik yang juga ditegaskan oleh hasil XRD seperti yang dibahas sebelumnya [52]. Sedikit pergeseran merah pada pita serapan pada 410 nm dan peningkatan penyerapan maksimum dengan meningkatnya kandungan Ag diamati [58]. Menggunakan persamaan Tauc,
dimana α dianggap sebagai koefisien penyerapan [2,303 log(T /d ), T ditransmisikan cahaya dan d menunjukkan ketebalan sel sampel], h melambangkan konstanta Planck (6.6267015 × 10
−34
Js), \(\nu\) adalah frekuensi cahaya, K menunjukkan indeks penyerapan, dan Eg sama dengan energi celah pita dalam eV. Nilai dari “n ” terkait dengan jenis celah pita transisi elektronik [13, 26, 68, 69]. Celah pita produk bimetalik yang disiapkan dihitung dan ditemukan menjadi 3,2, 2,9, 2,7, dan 2,6 eV, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4b–e.
Spektrum UV–Vis diperoleh dari bimetal b –e Analisis plot tauc
Dari gambar SEM (Gbr. 5a-d) nanokomposit bimetalik Cu:Ag yang disintesis, diamati bahwa partikel berukuran kecil diendapkan pada permukaan partikel besar. Peningkatan kandungan Ag dari 2,5 menjadi 7,5% menyebabkan pembentukan berbagai partikel dengan morfologi yang bervariasi yang akhirnya memuncak menjadi NP Cu:Ag yang chunky. Selanjutnya, akumulasi partikel Ag yang tidak rata dan kecil ditambah dengan peningkatan konsentrasi dopan yang menunjukkan munculnya blok yang lebih tersebar di permukaannya. Ini menandakan pengaruh besar doping Ag ke dalam Cu terhadap morfologi, yang selanjutnya dikonfirmasi dengan mikrograf HR-TEM (lihat Gambar 5e–h).
a–d Gambar SEM diperoleh dari produk yang disiapkan, e–h Mikrograf HR-TEM
Untuk menguraikan lebih lanjut tentang morfologi dan jarak-d dari bimetalik yang disiapkan, HR-TEM dengan resolusi 10 nm dilibatkan. Pada Gbr. 6a, jarak d (0,21 nm) dari NP Cu sesuai dengan (111) segi Cu, seperti juga terlihat pada hasil XRD (Gbr. 3a). Gambar 6b menggambarkan sedikit peningkatan jarak lapisan (0,21 hingga 0,22 nm) dan menunjukkan NP Ag dengan jarak antar planar 0,24 nm yang sesuai dengan bidang (111). Demikian pula, Gambar 6c, d menunjukkan jarak lapisan yang dihitung dan fase terpisah dari bimetalik sementara Gambar 6e menunjukkan bentuk partikel NP Ag dan Cu. Partikel dalam gambar HR-TEM terlihat memiliki struktur inti-kulit. Pada Gambar. 6d dalam satu partikel, pinggiran kisi yang berasal dari Cu dan Ag direkam. Ini sangat menyarankan pembentukan NP bimetalik inti-kulit dengan rasio Cu:Ag yang berbeda menghasilkan NP kuasi-bola yang tidak teratur. Selanjutnya, citra TEM menunjukkan partikel tampak seperti daerah gelap dan terang. Variasi kontras dalam satu partikel ini dapat menunjukkan adanya dua bahan penyusun yang berbeda yang menunjukkan terciptanya partikel bimetal Cu:Ag [70, 71].
a–d Gambar HR-TEM (10 nm) untuk pengukuran spasi-d untuk semua sampel yang disiapkan, e gambar perbesaran rendah menunjukkan partikel bimetal
Kehadiran puncak yang berbeda dalam spektrum EDS dan komposisi unsur yang berasal dari bimetal menegaskan keberhasilan pembentukan NP Cu:Ag. Gambar 7a merupakan spektrum EDS yang diperoleh dari sampel 1:0,050 yang menunjukkan puncak Cu dan Ag yang jelas. Gambar 7b diambil dari sampel 1:010 di mana puncak untuk C dan O terdeteksi dalam sampel yang didoping. Ini muncul karena tab karbon digunakan untuk menampung sampel selama pemeriksaan SEM dan/atau karena penghitungan latar belakang dalam sensor SEM–EDS.
Profil EDS diperoleh dari NP bimetal
Kemanjuran bakterisida in vitro NP bimetalik Cu:Ag menggunakan uji difusi sumur agar disajikan pada Tabel 1. Hasilnya menunjukkan hubungan proporsional langsung antara konsentrasi NP yang disintesis dan zona penghambatan (mm). Signifikan secara statistik (P < 0,05) zona hambat dicatat untuk (2,5, 5, 7,5 dan 10 wt%) Ag dopan terhadap S. aureus, E.coli dan A. baumanii berkisar antara 0,85-2,8 mm, 0,55-1,95 mm dan 0,65-1,85 mm, masing-masing, lihat Tabel 1. Semua hasil dibandingkan dengan DIW (0 mm) dan amoksisilin (4 mm) masing-masing sebagai kontrol negatif dan positif. Demikian pula, kemanjuran% usia dari NP yang didoping meningkat (21,2-70%), (13,7-48,7%) dan (16,2-46,2%) terhadap S. aureus, E.coli dan A. baumanii , masing-masing. Secara keseluruhan NP bimetalik Cu:Ag ditemukan lebih kuat terhadap S. aureus (yaitu gram + ive) dibandingkan dengan E. koli dan A. baumanii (yaitu gram ive).
Ukuran, konsentrasi, dan bentuk NP secara langsung mempengaruhi stres oksidatif yang dihasilkan oleh struktur nano. Kemanjuran bakterisida dalam bentuk zona hambat (mm) meningkat karena doping% berat yang lebih besar dari NP bimetalik Cu yang didoping Ag karena peningkatan ketersediaan kation (++). Tindakan bakterisida dalam hal ukuran dan konsentrasi menggambarkan hubungan terbalik dengan ukuran [58, 59]. Struktur berukuran nano menghasilkan spesies oksigen reaktif (ROS) secara efisien yang berada di membran sel bakteri yang menyebabkan ekstrusi organel sel dan akhirnya kematian bakteri [60]. Selain produksi ROS, interaksi kationik Ag
+
dan Cu
++
dengan bagian membran sel bakteri yang bermuatan negatif menghasilkan peningkatan kemanjuran bakterisida pada peningkatan konsentrasi melalui lisis sel dan keruntuhan bakteri [58, 61].
Aplikasi biologis dari berbagai kelas nanopartikel telah dipelajari secara ekstensif sejak beberapa dekade terakhir. Karena karakteristik unik dari NP, mereka telah banyak dimanfaatkan untuk potensi mereka sebagai agen bakterisida dengan kemampuan untuk menggantikan antibiotik tradisional. NP berinteraksi dengan sel bakteri, mengganggu permeasi membran sel dan menghancurkan jalur metabolisme kunci [72]. Mekanisme spesifik toksisitas nanopartikel terhadap bakteri perlu dieksplorasi. Dipercaya bahwa NP berinteraksi dengan sel bakteri yang melibatkan gaya elektrostatik, gaya van der Waals atau interaksi hidrofobik yang pada akhirnya mengakibatkan kematian bakteri. Enzim telah dilaporkan sebagai faktor virulensi utama yang terlibat dalam infeksi bakteri dan menargetkan mereka untuk menghambat aktivitas mereka membantu dalam mengatasi infeksi yang disebabkan [73]. Di sini, studi docking molekul NP Cu:Ag terhadap target enzim dinding sel di samping jalur biosintetik asam lemak mengidentifikasi pola interaksi pengikatan NP ini di dalam kantong aktif. Mengingat potensi antibakteri in vitro dari NP ini terhadap A. bauminnii , S. aureus dan E. koli , target enzim dipilih dari mikroorganisme ini untuk mendapatkan wawasan tentang kemungkinan mekanisme di balik aktivitas bakterisida mereka.
Konformasi docking terbaik diamati dalam kasus Cu:Ag Bimetalik NP dengan β -laktamase dari A. bauminnii mengungkapkan interaksi ikatan hidrogen dengan Glu272 (2,8 Å) dan Ser286 (3,2 Å) bersama dengan interaksi kontak logam dengan Val292 sementara skor docking adalah 4,013 kkal/mol (Gbr. 8a). Demikian pula, skor pengikatan NP bimetalik Ag–Cu diamati terhadap β -laktamase dari S. aureus adalah 4.981 kkal/mol yang memiliki interaksi ikatan-H dengan Ser403 (3.2 ), Tyr519 (3.6 Å), Gln521 (3.0 Å) dan Asn464 (3.1 Å) seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 8b.
Pola interaksi pengikatan NP Bimetal Ag–Cu di dalam kantong aktif. aβ -laktamase dari A. bauminnii , bβ -laktamase dari S. aureus . c , d Pola interaksi pengikatan NP Bimetal Ag–Cu di dalam kantong aktif c enoyl-[acyl-carrier-protein] reduktase (FabI) dari A. bauminnii , d enoyl-[acyl-carrier-protein] reduktase (FabI) dari S. aureus , e pola interaksi pengikatan NP Bimetal Ag–Cu di dalam kantong aktif FabH dari E. koli
Target enzim kedua yang dipilih dalam penelitian ini, FabI, termasuk dalam jalur biosintetik asam lemak dan prediksi docking molekuler menyarankan Cu:Ag NP bimetalik sebagai penghambat potensial terhadap target ini. NP Bimetalik Cu:Ag menunjukkan skor pengikatan yang baik (-3.385 kkal/mol) terhadap FabI dari A. bauminnii memiliki ikatan-H dengan Ser201 (2,7 Å), Ala199 (3,5 Å), dan Leu198 (3,3 Å) seperti yang digambarkan pada Gambar 8c. Demikian pula, konformasi terbaik dari NP Ag–Cu dengan situs aktif FabI dari S. aureus menunjukkan ikatan-H dengan Gly202 (2,5 Å) dan Gln155 (2,5 Å) yang memiliki skor ikatan 3,012 kkal/mol (Gbr. 8d).
Selain itu, kapasitas pengikatan NP bimetalik Cu:Ag terhadap FabH dari E.coli juga dievaluasi dan skor pengikatan yang diamati adalah − 4.372 kkal/mol yang memiliki interaksi ikatan-H dengan Thr254 (3,5 Å), HIE244 (2,6 Å) dan Glu302 (3,0 Å) yang ditunjukkan pada Gambar. 8e.
Kesimpulan
Nanopartikel bimetalik Cu:Ag disiapkan melalui metode kopresipitasi untuk digunakan dalam aplikasi untuk memerangi penyakit terkait bakteri. Profil XRD mengkonfirmasi keberadaan CuO terstruktur fcc dan partikel logam Cu dan Ag. Kedua puncak Ag dan Cu diamati yang menandakan NP bimetalik yang melibatkan fase Ag dan Cu. Pesawat yang diamati dalam analisis XRD sesuai dengan cincin SAED. Terlampir kelompok kimia dengan produk yang diformulasikan dan pita transmisi karakteristik antara 600 dan 900 cm
−1
disebabkan oleh pembentukan ikatan Cu:Ag. Spektrum UV-vis yang diplot menunjukkan penyerapan pada 410 nm yang biasanya muncul karena adanya NP Ag, dan puncak terakhir yang diposisikan pada 510 nm dikaitkan dengan keberadaan NP Cu. Partikel dalam gambar HR-TEM terlihat memiliki struktur inti-kulit. NP Cu:Ag dengan jelas menunjukkan pembentukan NP bimetal dengan rasio Cu:Ag yang berbeda menghasilkan NP kuasi-spherical yang tidak teratur. Selanjutnya, jarak d dari NP Cu yaitu, 0,21 nm sesuai dengan (111) segi Cu yang terdeteksi dalam hasil XRD. Sedikit peningkatan dalam jarak lapisan (dari 0,21 menjadi 0,22 nm) juga menunjukkan bahwa NP Ag dengan jarak lapisan 0,24 nm cocok dengan bidang (111). Studi docking molekuler menunjukkan kesepakatan yang baik dengan aktivitas bakterisida in vitro. Kecenderungan pengikatan NP bimetalik Cu:Ag melawan β enzim -laktamase jalur biosintesis dinding sel bersama enzim FabI dan FabH dari jalur biosintesis asam lemak menunjukkan potensi penghambatannya yang perlu dieksplorasi lebih lanjut melalui studi penghambatan enzim.
