Siyanobakteri aracılı gümüş nanopartiküllerin tekli ve ikili candida albicans ve staphylococcus aureus biyofilmleri üzerine in vitro etkilerinin araştırılması
Investigation of in vitro effects of cyanobacteria mediated silver nanoparticles on single and dual candida albicans and staphylococcus aureus biofilms
Yazar: UĞUR ÇİĞDEM
Danışman: PROF. DR. İLKNUR DAĞ
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji ve Biyogüvenlik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Candida albicans = Candida albicans ; Gümüş nanopartiküller = Silver nanoparticles ; Staphylococcus aureus = Staphylococcus aureus

Özet:
Biyofilm yapısı mikroorganizmaları dirençli hale getirerek olumsuz çevre şartlarına karşı korur. Prokaryotik Staphylococcus aureus ile ökaryotik Candida albicans mikroorganizmaları halk sağlığı açısından önemli fırsatçı patojenlerdir ve enfeksiyonlardan sıklıkla bir arada izole edilir. Nanoteknolojik yöntemler yüksek derecede dirençli polimikrobiyal biyofilm enfeksiyonlarında umut verici sonuçlar sunabilir. Bu çalışma, Cyanobacterial Chroococcus sp.'den gümüş nanopartiküllerin (AgNP) biyosentezi ve karakterizasyonunu amaçlamıştır. Ayrıca AgNP'lerin planktonik ve biyofilm formundaki tekli ve ikili S. aureus ve C. albicans suşları üzerine etkilerini araştırmıştır. Elde edilen verilere göre, AgNP'lerin sentezi için en uygun koşullar ekstrakt oranı 3:1 v/v (hücre ekstraktı/AgNO3), gümüş tuzu konsantrasyonu 10 mM, pH 7, sıcaklık 60 °C ve süre 30 dakika olarak belirlenmiştir. AgNP'lerin yüzey plazmon rezonansı (SPR) zirvesi 420-430 nm'de gözlenmiş ve AgNP'ler, TEM ile ortalama 11-13 nm çapında ve küresel şekilde gözlenmiştir. EDX analizi güçlü bir gümüş elementi sinyali ortaya çıkarmıştır. FTIR analizleri ile AgNP'lerin oluşumundan sonra absorpsiyon bantlarındaki kayma doğrulanmıştır. X-ışını kırınım analizi, AgNP'lerin kübik kristal şeklinde olduğunu göstermiştir. AgNP'lerin zeta potansiyeli - 20 mV olarak bulunmuştur. MİK verileri S. aureus'un C. albicans'a kıyasla AgNP'lere çok daha duyarlı olduğunu, ikili kültürde ise amfoterisin ve ampisiline karşı artan bir direnç olduğunu göstermiştir. TEM verileri AgNP'lerin tekli ve ikili kültürlerde çok yönlü hedeflerle etki ettiğini, SEM verileri de AgNP'lerin biyofilm oluşumu öncesi uygulanmasının, biyofilm oluşumu sonrasına kıyasla çok daha etkili olduğunu desteklemiştir. XTT, hidrofobisite, SEM ve CLSM bulguları paralel bir şekilde AgNP'lerin biyofilmi inhibe edici etkilerini ortaya koymuştur. Ancak ikili biyofilmde AgNP'lerin etkisi tekli biyofilme kıyasla azdır. Ampisilin ise ikili biyofilm üzerine güçlü bir etkiye sahiptir.  Chroococcus aracılı AgNP'lerin etkili, çevre dostu ve hızlı sentezi ve güçlü antibiyofilm etkileri, biyomedikal ve çevresel uygulamalarda kullanımları için önemli bir potansiyel oluşturabilir.

Abstract:
Biofilm structure protects microorganisms against adverse environmental conditions by making them resistant. Prokaryotic Staphylococcus aureus and eukaryotic Candida albicans microorganisms are opportunistic pathogens important for public health and are frequently isolated together from infections. Nanotechnological methods may offer promising results in resistant polymicrobial biofilm infections. This study investigated the biosynthesis and characterization of silver nanoparticles (AgNPs) from Cyanobacterial Chroococcus species, as well as the effects of AgNPs on single and dual S. aureus and C. albicans isolates in planktonic and biofilm form. According to the data obtained, the most suitable conditions for the synthesis of AgNPs were determined as extract ratio 3:1 v/v (cell extract/AgNO3), silver salt concentration 10 mM, pH 7, temperature 60 °C and time 30 minutes. The surface plasmon resonance (SPR) peak of AgNPs was observed at 420-430 nm, and AgNPs were observed by TEM with an average diameter of 11-13 nm and a spherical shape. EDX analysis revealed a strong elemental silver signal. The shift in the absorption bands after the formation of AgNPs was confirmed by FTIR analyses. X-ray diffraction analysis showed that AgNPs were in cubic crystal form. Zeta potential of AgNPs was found to be - 20 mV. MIC data showed that S. aureus was much more sensitive to AgNPs than C. albicans, with increased resistance to amphotericin and ampicillin in dual culture. TEM data supported that AgNPs acted with versatile targets in single and dual cultures, and SEM data supported that the application of AgNPs before biofilm formation was much more effective than after biofilm formation. XTT, hydrophobicity, SEM and CLSM findings parallelly revealed the biofilm inhibitory effects of AgNPs. However, the effect of AgNPs in the dual biofilm is less compared to the single biofilm. Ampicillin has a strong effect on dual biofilm.  The effective, environmentally friendly and rapid synthesis of Chroococcus mediated AgNPs and their strong antibiofilm effects may create significant potential for their use in biomedical and environmental applications.