Keywords: Síntesis verde, nanopartículas, síntesis bacteriogénica Green synthesis, nanoparticles, bacteriogenic synthesis Síntesi verda, nanopartícules, síntesi bacteriogénica

Title in different languages: Síntesi i Propietats Antibacterianes de Nanopartícules Basades en Seleni Sintetitzades per Bacteris Synthesis and Antibacterial Properties of Selenium Based Nanoparticles Made by Bacteria Síntesis y Propiedades Antibacterianas de Nanopartículas Basadas en Selenio Sintetizadas por Bacterias

Subject areas: Enginyeria química Chemical engineering Ingeniería química

Confidenciality: No

Academic year: 2017-2018

Student: Baranda Pellejero, Lorena

Department: Enginyeria Química

Work's public defense date: 2018-07-30

TFM credits: 24

Project director: Webster, Thomas J.

Abstract: Les infeccions bacterianes es consideren un dels problemes més significatius als quals s'enfronta el sistema de salut, a causa de la resistència antimicrobiana als tractaments actuals. Segons l'Organització Mundial de la Salut (OMS), aquesta resistència causa més de 150,000 morts per any. Per tant, hi ha una urgent necessitat de desenvolupar nous tractaments contra bacteris que evitin l'ús d'antibiòtics. Els recents desenvolupaments en nanotecnologia han demostrat l'alt potencial de les nanopartícules (NPs), a causa de les noves propietats que aquestes presenten. No obstant això, els mètodes fisicoquímics utilitzats per obtenir aquestes NPs normalment constitueixen una amenaça ambiental. Afortunadament, la química verda proporciona rutes sostenibles que fan ús de sistemes biològics, com la síntesi bacteriogènic, basada en el procés de desintoxicació que els bacteris manifesten en presència d'ions metàl·lics. Les NPs produïdes per aquest mètode presenten un recobriment biològic al voltant de la seva superfície capaç de millorar la seva biocompatibilitat i propietats antimicrobianes. Per tant, l'objectiu de la present investigació és l'exploració de rutes sintètiques bacteriogènic per a la generació d'NPs basades en seleni i la seva posterior aplicació en tractaments bacterians. El present treball es divideix en dos objectius principals: en el primer, es van sintetitzar NPs de seleni i seleniur de cadmi mitjançant l'ús de Staphylococcus aureus i Escherichia coli i es va estudiar la seva activitat antibacteriana enfront de bacteris Gram-positives i Gram-negatives. En el segon objectiu, es va estudiar una nova ruta per al tractament de la infecció per Helicobacter pylori mitjançant l'ús de NPs de seleni. Els bacteris van ser tractades amb les NPs que elles mateixes van crear. La mida, la forma i la càrrega de totes les NP sintetitzades es va caracteritzar per microscòpia electrònica i dispersió de llum dinàmica i la seva composició mitjançant espectroscòpia de raigs X d'energia dispersiva i espectroscòpia de fotoelectrons de raigs X. Després de la síntesi i caracterització, les propietats antibacterianes es van estudiar mitjançant l'anàlisi de la corba de creixement bacterià i assajos d'unitats formadors de colònies. Finalment, es va explorar la biocompatibilitat estudiant els seus efectes citotòxics en fibroblasts dèrmics humans sans. Bacterial infections are considered one of the most significant problems facing the healthcare system due to antimicrobial resistance (AMR) towards current treatments. According to the World Health Organization (WHO), AMR is causing over 150,000 deaths per year. Therefore, there is an urgent need for novel treatments against bacteria to avoid the use of antibiotics. Recent developments in nanotechnology proved the high potential of nanoparticles (NPs) as a long-term solution of AMR, due to the novel properties present at these low dimensions. However, physico-chemical methods to obtain these NPs often result in a potential environmental threat. Fortunately, green chemistry provides sustainable routes that take advantage of biological systems, such as bacteriogenic synthesis, which is based on the detoxification process that bacteria manifest in presence of metal ions. The produced NPs present a bio-coating surrounding their surface that might enhance their biocompatibility and antimicrobial properties. Hence, the aim of the present research is to explore bacteriogenic synthetic routes for the generation of selenium-based NPs to be applied in bacterial treatments. The present work is divided into two main objectives: in the first, selenium and cadmium selenide NPs made by Staphylococcus aureus and Escherichia coli were synthesized and their antibacterial activity against Gram-positive and Gram-negative bacteria studied. In the second objective, a novel route for the treatment of Helicobacter pylori infection by using Se-NPs was studied. Bacteria were treated with the NPs that they themselves created. The size, shape and charge of all the synthesized NPs were characterized by electron microscopy and dynamic light scattering and their composition by energy-dispersive X-ray spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. After synthesis and characterization, the antibacterial properties were tested by bacterial growth curve analysis and colony-forming unit assays. Finally, the biocompatibility was explored by studying their cytotoxic effects on healthy human dermal fibroblasts. Las infecciones bacterianas se consideran uno de los problemas más significativos a los que se enfrenta el sistema de salud, debido a la resistencia antimicrobiana a los tratamientos actuales. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), esta resistencia causa más de 150,000 muertes por año. Por lo tanto, hay una urgente necesidad de desarrollar nuevos tratamientos contra bacterias que eviten el uso de antibióticos. Los recientes desarrollos en nanotecnología han demostrado el alto potencial de las nanopartículas (NPs), debido a las nuevas propiedades que estas presentan. Sin embargo, los métodos físico-químicos utilizados para obtener estas NPs normalmente constituyen una amenaza ambiental. Afortunadamente, la química verde proporciona rutas sostenibles que hacen uso de sistemas biológicos, como la síntesis bacteriogénica, basada en el proceso de desintoxicación que las bacterias manifiestan en presencia de iones metálicos. Las NPs producidas por dicho método presentan un recubrimiento biológico alrededor de su superficie capaz de mejorar su biocompatibilidad y propiedades antimicrobianas. Por lo tanto, el objetivo de la presente investigación es la exploración de rutas sintéticas bacteriogénicas para la generación de NPs basadas en selenio y su posterior aplicación en tratamientos bacterianos. El presente trabajo se divide en dos objetivos principales: en el primero, se sintetizaron NPs de selenio y seleniuro de cadmio mediante el uso de Staphylococcus aureus y Escherichia coli y se estudió su actividad antibacteriana frente a bacterias Gram-positivas y Gram-negativas. En el segundo objetivo, se estudió una nueva ruta para el tratamiento de la infección por Helicobacter pylori mediante el uso de NPs de selenio. Las bacterias fueron tratadas con las NPs que ellas mismas crearon. El tamaño, la forma y la carga de todas las NP sintetizadas se caracterizó por microscopía electrónica y dispersión de luz dinámica y su composición mediante espectroscopía de rayos X de energía dispersiva y espectroscopía de fotoelectrones de rayos X. Después de la síntesis y caracterización, las propiedades antibacterianas se estudiaron mediante el análisis de la curva de crecimiento bacteriano y ensayos de unidades formadores de colonias. Finalmente, se exploró la biocompatibilidad estudiando sus efectos citotóxicos en fibroblastos dérmicos humanos sanos.

Subject: Enginyeria química

Entity: Universitat Rovira i Virgili (URV)

Language: Anglès

Education area(s): Nanociència, Materials i Processos - Tecnologia Química de Frontera 

Title in original language: Synthesis and Antibacterial Properties of Selenium Based Nanoparticles Made by Bacteria

Creation date in repository: 2019-07-01