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Padilla-Cruz AL, Garza-Cervantes JA, Vasto-Anzaldo XG, García-Rivas G, León-Buitimea A, Morones-Ramírez JR. Synthesis and design of Ag-Fe bimetallic nanoparticles as antimicrobial synergistic combination therapies against clinically relevant pathogens. Sci Rep 2021; 11:5351. [PMID: 33674678 PMCID: PMC7935916 DOI: 10.1038/s41598-021-84768-8] [Citation(s) in RCA: 44] [Impact Index Per Article: 14.7] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/22/2020] [Accepted: 02/16/2021] [Indexed: 12/18/2022] Open
Abstract
The inappropriate use of antibiotics and the inadequate control of infections have led to the emergence of drug-resistant strains. In recent years, metallo-pharmaceutics and metallic nanoparticles have been proposed as potential alternative antimicrobials due to their broad-spectrum antimicrobial properties. Moreover, recent findings have shown that combinations of transition metal compounds can exhibit synergistic antimicrobial properties. Therefore, the synthesis and design of bimetallic nanoparticles is a field worth exploring to harness the interactions between groups of metals and organic complex structures found in different microbial targets, towards the development of more efficient combinatorial antimicrobials composed of synergistic metals. In this study, we present a green synthesis of Ag–Fe bimetallic nanoparticles using an aqueous extract from the leaves of Gardenia jasminoides. The characterization of the nanoparticles demonstrated that the synthesis methodology produces homogenously distributed core–shell Ag–Fe structures with spherical shapes and average diameter sizes of 13 nm (± 6.3 nm). The Ag–Fe bimetallic nanoparticles showed magnetic and antimicrobial properties; the latter were evaluated against six different, clinically relevant multi-drug-resistant microbial strains. The Ag–Fe bimetallic nanoparticles exhibited an antimicrobial (bactericidal) synergistic effect between the two metals composing the bimetallic nanoparticles compared to the effects of the mono-metallic nanoparticles against yeast and both Gram-positive and Gram-negative multidrug-resistant bacteria. Our results provide insight towards the design of bimetallic nanoparticles, synthesized through green chemistry methodologies, to develop synergistic combinatorial antimicrobials with possible applications in both industrial processes and the treatment of infections caused by clinically relevant drug-resistant strains.
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Affiliation(s)
- A L Padilla-Cruz
- Universidad Autónoma de Nuevo León, UANL, Facultad de Ciencias Químicas, Av. Universidad S/N. CD. Universitaria, San Nicolás de Los Garza, NL, 66455, Mexico.,Centro de Investigación en Biotecnología y Nanotecnología, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Nuevo León, Parque de Investigación E Innovación Tecnológica, Km. 10 autopista al Aeropuerto Internacional Mariano Escobedo, Apodaca, Nuevo León, 66629, México
| | - J A Garza-Cervantes
- Universidad Autónoma de Nuevo León, UANL, Facultad de Ciencias Químicas, Av. Universidad S/N. CD. Universitaria, San Nicolás de Los Garza, NL, 66455, Mexico.,Centro de Investigación en Biotecnología y Nanotecnología, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Nuevo León, Parque de Investigación E Innovación Tecnológica, Km. 10 autopista al Aeropuerto Internacional Mariano Escobedo, Apodaca, Nuevo León, 66629, México
| | - X G Vasto-Anzaldo
- Universidad Autónoma de Nuevo León, UANL, Facultad de Ciencias Químicas, Av. Universidad S/N. CD. Universitaria, San Nicolás de Los Garza, NL, 66455, Mexico.,Centro de Investigación en Biotecnología y Nanotecnología, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Nuevo León, Parque de Investigación E Innovación Tecnológica, Km. 10 autopista al Aeropuerto Internacional Mariano Escobedo, Apodaca, Nuevo León, 66629, México
| | - Gerardo García-Rivas
- Cátedra de Cardiología Y Medicina Vascular, Escuela de Medicina. Tecnologico de Monterrey, Monterrey, Nuevo León, Mexico.,Centro de Investigación Biomédica, Hospital Zambrano-Hellion, Tecnologico de Monterrey, San Pedro Garza-García, Nuevo León, Mexico
| | - A León-Buitimea
- Universidad Autónoma de Nuevo León, UANL, Facultad de Ciencias Químicas, Av. Universidad S/N. CD. Universitaria, San Nicolás de Los Garza, NL, 66455, Mexico.,Centro de Investigación en Biotecnología y Nanotecnología, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Nuevo León, Parque de Investigación E Innovación Tecnológica, Km. 10 autopista al Aeropuerto Internacional Mariano Escobedo, Apodaca, Nuevo León, 66629, México
| | - J R Morones-Ramírez
- Universidad Autónoma de Nuevo León, UANL, Facultad de Ciencias Químicas, Av. Universidad S/N. CD. Universitaria, San Nicolás de Los Garza, NL, 66455, Mexico. .,Centro de Investigación en Biotecnología y Nanotecnología, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Nuevo León, Parque de Investigación E Innovación Tecnológica, Km. 10 autopista al Aeropuerto Internacional Mariano Escobedo, Apodaca, Nuevo León, 66629, México.
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Vazquez-Rodriguez A, Vasto-Anzaldo XG, Barboza Perez D, Vázquez-Garza E, Chapoy-Villanueva H, García-Rivas G, Garza-Cervantes JA, Gómez-Lugo JJ, Gomez-Loredo AE, Garza Gonzalez MT, Zarate X, Morones-Ramirez JR. Microbial Competition of Rhodotorula mucilaginosa UANL-001L and E. coli increase biosynthesis of Non-Toxic Exopolysaccharide with Applications as a Wide-Spectrum Antimicrobial. Sci Rep 2018; 8:798. [PMID: 29335484 PMCID: PMC5768876 DOI: 10.1038/s41598-017-17908-8] [Citation(s) in RCA: 32] [Impact Index Per Article: 5.3] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/01/2017] [Accepted: 12/04/2017] [Indexed: 01/09/2023] Open
Abstract
Bacterial species are able to colonize and establish communities in biotic and abiotic surfaces. Moreover, within the past five decades, incidence of bacterial strains resistant to currently used antibiotics has increased dramatically. This has led to diverse health issues and economical losses for different industries. Therefore, there is a latent need to develop new and more efficient antimicrobials. This work reports an increased production of an exopolysaccharide in a native yeast strain isolated from the Mexican Northeast, Rhodotorula mucilaginosa UANL-001L, when co-cultured with E. coli. The exopolysaccharide produced is chemically and physically characterized and its applications as an antimicrobial and antibiofilm are explored. The exopolysaccharide is capable of inhibiting planktonic growth and biofilm formation in Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus. Additionally, the exopolysaccharide studied here does not exhibit cytotoxic effects when assessed both, in vitro against an H9c2 mammalian cell line, and in vivo in a murine toxicity model. Taken together, the properties of this exopolysaccharide indicate that it has potential applications to inhibit bacterial colonization in medical and industrial settlings.
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Affiliation(s)
- Augusto Vazquez-Rodriguez
- Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Pedro de Alba, S/N, San Nicolas de los Garza, Nuevo León, Mexico.,Centro de Investigacion en Biotecnologia y Nanotoxicologia, Facultad de Ciencias Quimicas, Universidad Autonoma de Nuevo Leon. Parque de Investigacion e Innovacion Tecnologica, Km. 10 autopista al Aeropuerto Internacional Mariano Escobedo, Apodaca, Nuevo Leon, 66629, Mexico
| | - Ximena G Vasto-Anzaldo
- Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Biológicas, Pedro de Alba, S/N, San Nicolas de los Garza, Nuevo León, Mexico
| | - Daniel Barboza Perez
- Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Pedro de Alba, S/N, San Nicolas de los Garza, Nuevo León, Mexico.,Centro de Investigacion en Biotecnologia y Nanotoxicologia, Facultad de Ciencias Quimicas, Universidad Autonoma de Nuevo Leon. Parque de Investigacion e Innovacion Tecnologica, Km. 10 autopista al Aeropuerto Internacional Mariano Escobedo, Apodaca, Nuevo Leon, 66629, Mexico
| | - Eduardo Vázquez-Garza
- Cátedra de Cardiología y Medicina Vascular. Escuela de Medicina. Tecnologico de Monterrey, Monterrey, Nuevo León, Mexico.,Centro de Investigación Biomédica. Hospital Zambrano-Hellion. Tecnologico de Monterrey, San Pedro Garza-Garcia, Nuevo León, Mexico
| | - Héctor Chapoy-Villanueva
- Cátedra de Cardiología y Medicina Vascular. Escuela de Medicina. Tecnologico de Monterrey, Monterrey, Nuevo León, Mexico.,Centro de Investigación Biomédica. Hospital Zambrano-Hellion. Tecnologico de Monterrey, San Pedro Garza-Garcia, Nuevo León, Mexico
| | - Gerardo García-Rivas
- Cátedra de Cardiología y Medicina Vascular. Escuela de Medicina. Tecnologico de Monterrey, Monterrey, Nuevo León, Mexico.,Centro de Investigación Biomédica. Hospital Zambrano-Hellion. Tecnologico de Monterrey, San Pedro Garza-Garcia, Nuevo León, Mexico
| | - Javier A Garza-Cervantes
- Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Pedro de Alba, S/N, San Nicolas de los Garza, Nuevo León, Mexico
| | - Jéssica J Gómez-Lugo
- Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Pedro de Alba, S/N, San Nicolas de los Garza, Nuevo León, Mexico.,Centro de Investigacion en Biotecnologia y Nanotoxicologia, Facultad de Ciencias Quimicas, Universidad Autonoma de Nuevo Leon. Parque de Investigacion e Innovacion Tecnologica, Km. 10 autopista al Aeropuerto Internacional Mariano Escobedo, Apodaca, Nuevo Leon, 66629, Mexico
| | - Alma Elizabeth Gomez-Loredo
- Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Pedro de Alba, S/N, San Nicolas de los Garza, Nuevo León, Mexico.,Centro de Investigacion en Biotecnologia y Nanotoxicologia, Facultad de Ciencias Quimicas, Universidad Autonoma de Nuevo Leon. Parque de Investigacion e Innovacion Tecnologica, Km. 10 autopista al Aeropuerto Internacional Mariano Escobedo, Apodaca, Nuevo Leon, 66629, Mexico
| | - Maria Teresa Garza Gonzalez
- Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Pedro de Alba, S/N, San Nicolas de los Garza, Nuevo León, Mexico.,Centro de Investigacion en Biotecnologia y Nanotoxicologia, Facultad de Ciencias Quimicas, Universidad Autonoma de Nuevo Leon. Parque de Investigacion e Innovacion Tecnologica, Km. 10 autopista al Aeropuerto Internacional Mariano Escobedo, Apodaca, Nuevo Leon, 66629, Mexico
| | - Xristo Zarate
- Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Pedro de Alba, S/N, San Nicolas de los Garza, Nuevo León, Mexico.,Centro de Investigacion en Biotecnologia y Nanotoxicologia, Facultad de Ciencias Quimicas, Universidad Autonoma de Nuevo Leon. Parque de Investigacion e Innovacion Tecnologica, Km. 10 autopista al Aeropuerto Internacional Mariano Escobedo, Apodaca, Nuevo Leon, 66629, Mexico
| | - Jose Ruben Morones-Ramirez
- Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Pedro de Alba, S/N, San Nicolas de los Garza, Nuevo León, Mexico. .,Centro de Investigacion en Biotecnologia y Nanotoxicologia, Facultad de Ciencias Quimicas, Universidad Autonoma de Nuevo Leon. Parque de Investigacion e Innovacion Tecnologica, Km. 10 autopista al Aeropuerto Internacional Mariano Escobedo, Apodaca, Nuevo Leon, 66629, Mexico.
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