Применение наночастиц серебра в ветеринарной практике

Бактерицидные, вирулицидные, фунгицидные свойства наночастиц серебра представляют большой интерес в контексте развития у патогенов резистентности к антибиотикам (Maillard et al. 2016). Задолго до изучения механизмов и спектра действия этого элемента соединения серебра использовалось в медицине. Открытие антибиотиков привело к отказу от широкого их применения в лечении ран. Однако современные разработки выявили огромный потенциал использования серебра в форме наночастиц. В последние годы активные формы серебра (AgNP) широко внедряются в различные сферы жизни, использование их стало настолько частым, что ученые-экологи даже отмечают определенное отрицательное влияние серебра на окружающую среду (Auffan et al. 2009). Отчасти и по этой причине подобные достижения нанотехнологий сейчас преимущественно применяются в медицине и ветеринарии.

Нанотехнологии позволяют контролируемо создавать и использовать различные структуры и материалы нанометрических размеров, т.е. близких к размерам отдельных атомов и молекул. Стоит напомнить, что нано- — это приставка, обозначающая 10^(-9), или миллиардную долю. Процесс создания наночастиц может осуществляться двумя способами. Метод «сверху вниз» предполагает фрагментацию материала до тех пор, пока отдельные частицы не станут наноразмерными, а метод «снизу вверх» – создание наноструктур, начиная с отдельных атомов.

Особенно важна способность наночастиц проникать через большинство барьеров, в том числе биологических, поскольку именно они лежат в основе высокой активности таких форм серебра в отношении микроорганизмов. Вторым важным практическим свойством наночастиц является формирование т.н. наноспецифической площади поверхности. Для наноматериалов этот параметр очень высок, например, удельная поверхность наночастиц кремния, содержащихся в объеме капли воды, сравнима с площадью большого футбольного поля. Это особенно важно в контексте противомикробной активности наночастиц, где важен контактный механизм (Pullit et al. 2010). AgNP представляют наибольший интерес для практиков. Наночастицы приходят на замену серебру в ионной форме по причинам, упомянутым выше. Важно отметить, что AgNP значительно безопаснее ионного серебра, а их антибактериальный потенциал можно дополнительно усилить различными способами, в том числе при сочетании со специфическими антибиотиками (Chojniak et al. 2018). 

Существуют различные концепции действия наночастиц серебра на микроорганизмы. Во-первых, эти формы обладают способностью прикрепляться к стенке бактериальных клеткок и проникать в них, что приводит к нарушению проницаемости клеточной мембраны, и, как следствие, к гибели клеток. Вторая концепция касается способности наночастиц выделять ионы серебра. Эти ионы могут взаимодействовать с тиоловыми группами многих важных ферментов и инактивировать их. Бактериальные клетки, контактирующие с серебром, «подхватывают» его ионы. Когда свободные ионы серебра абсорбируются клетками, могут инактивироваться дыхательные ферменты, генерируются активные формы кислорода, которые, помимо прочего, «атакуют» клетки. Примечательно, что серебро имеет высокое сродство к сере и фосфору. Взаимодействие ионов серебра с серой и фосфором ДНК может вызвать нарушения ее репликации, пролиферации клеток и привести к гибели микроорганизмов. Ионы серебра также могут ингибировать синтез белка, денатурируя рибосомы. 

Доказано, что AgNP обладают бактерицидным и бактериостатическим действием, подавляют рост грибков и простейших (Speruda et al. 2019), а также имеют противовирусные свойства. Поэтому наночастицы могут оказывать дезинфицирующее действие. В ветеринарной практике, например, в свиноводстве, наночастицы успешно применяются при лечении кожных ран, связанных, среди прочего, с каннибализмом (см. фото ниже). 

Препараты, содержащие наночастицы серебра, все чаще используются в свиноводстве для дезинфекции, т.ч. обеззараживания воды. Применение наночастиц серебра постепенно становится элементом систем биобезопасности, включая дезинфекцию животноводческих помещений, осуществляемую, например, методом туманообразования. В исследовании (Tarasiuk & Wojciechowski 2022) оценивалась эффективность дезинфекции, проводимой с помощью средства на основе AgNP; сравнение проводили со средством на основе йода. Показано, что использование препарата с AgNP при периодической дезинфекции помещений оказало существенное влияние на снижение количества микроорганизмов, загрязняющих среду, и дало лучшие результаты, чем дезинфекция с йодосодержащим средством. Снижение загрязненности отразилось на производственных показателях. Смертность свиней в помещениях, где дезинфекция проводилась препаратом AgNP, была значительно ниже, чем в контрольной группе, где применяли йодное средство. Показано, что и затраты на единицу продукции снижаются, хотя в настоящее время средства с наночастицами серебра немного дороже прочих. Предполагают, что их цена может снизиться по мере расширения применения. 

Стоит дополнительно отметить, что краски, содержащие наночастицы серебра (в концентрации 30 ppm = пропромилле, частей на миллион), доступны уже несколько лет. Такая концентрация предотвращает рост микроорганизмов на окрашенных поверхностях. Подобные краски используются для покрытия стен на предприятиях пищевой промышленности. Представляется целесообразным их использование и в животноводстве, причем с точки зрения борьбы не только с микроорганизмами, но и с членистоногими, особенно с мухами.