Antimikrobiální aktivita uhlíkatého plniva - Stuchlíková, Olga (Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická, 2014)
Diplomová práce se zabývá vlivem uhlíkatého plniva na životaschopnost a produkci extracelulárních látek vybrané bakterie Bacillus subtilis (CCM 1999) a kvasinky Yarrowia lipolytica (CCY 29-26-52). Antimikrobiální aktivita těchto částic, přítomných v kultivačním mediu, byla sledována pomocí následujících parametrů: růst daného mikroorganismu, produkce extracelulárních proteinů a v poslední řadě byla monitorována produkce extracelulárních polymerních substancí, které mají úzkou souvislost s tvorbou biofilmu. Suspenze materiálů (0,135 mg/mL) byly připraveny ve dvou rozdílných kultivačních mediích; tzn. živné medium s obsahem glukózy pro Bacillus subtilis a bazální medium s přídavkem Tweenu 80 pro Yarrowia lipolytica, a media byla inokulována příslušným typem mikroorganismu. Experimenty probíhaly po dobu 6 dnů při rychlosti třepání 160 rpm a teplotě 30 °C pro Bacillus subtilis a 28 °C pro Yarrowia lipolytica. Testovány byly celkem tři typy uhlíkatého nanomateriálu, získané z Katedry anorganické chemie, Vysoké školy chemicko-technologické v Praze. Tyto materiály specifikované jako materiál “A”, “B” a “C” se navzájem lišily velikostí částic a stupněm oxidace. Na základě skríningových studií byla vybrána koncentrace testovaného materiálu 0,135 mg/mL a rychlost třepání 160 rpm. Metodou měření optické hustoty vzorku při 600 nm byly sestaveny a porovnány růstové křivky obou mikroorganismů v přítomnosti testovaných nanočástic po dobu 5 dní. Tímto způsobem bylo zjištěno, že přítomnost nanočástic v mediu nemá velký vliv na růst zkoumaného mikroorganismu. Tato metoda, je však pouze orientační, protože se nevyhneme chybě díky přítomnosti mrtvých buněk. Dále byla testována produkce celkových a extracelulárních proteinů daným mikroorganismem v přítomnosti testovaných nanočástic. Nebyla však pozorována výrazná odchylka hodnot od hodnot kontrolního vzorku, který neobsahoval testovaný materiál. Na základě metod počítání kolonií (Bacillus subtilis) a buněk (Yarrowia lipolytica) byly určeny ztráty životaschopnosti mikroorganismu ve 3 časech (6, 48 a 144 hodin); v kratším časovém intervalu byl růst spíše podporován. Dále byla monitorována produkce extracelulárních polymerních substancí (EPS), tedy proteinů, redukujících substancí a polysacharidů. Tyto látky byly vylučovány daným mikroorganismem do prostředí v průběhu 24 hodin. Bacillus subtilis produkoval EPS ve větší míře než Yarrowia lipolytica. Předpokládáme, že produkce EPS by mohla souviset s tvorbou biofilmu, který chrání buňky před toxicitou nanočástic.

The aim of this diploma thesis is focused on the impact of carbon-based fillers on viability and extracellular substances production by bacterium Bacillus subtilis (CCM 1999) and yeast Yarrowia lipolytica (CCY 29-26-52). Antimicrobial activity of these particles, present in cultivation nutrient medium was examined using following parameters: growth of mentioned microorganisms, production of extracellular proteins and finally extracellular polymeric substances production, which is strongly connected with biofilm formation. Nanomaterials suspension (0.135 mg/mL) was prepared in two different cultivation media i.e. nutrient medium supplemented with glucose for Bacillus subtilis and basal medium with the addition of 2% (vol.) Tween 80 for Yarrowia lipolytica and media were inoculated by appropriate type of microorganism. Experiments were performed for 6 days under shaking rate at 160 rpm and at temperature of 30 °C for Bacillus subtilis and 28 °C for Yarrowia lipolytica. Three types of carbon nanomaterials obtained from Department of Inorganic Chemistry, Institute of Chemical Technology, Prague were examined. These materials specified as material “A”, “B” and “C” are mutually different by the size of its particles and the degree of oxidation. Based on the screening studies the tested material concentration of 0.135 mg/mL and shaking rate of 160 rpm were chosen. According to the optical density measurement at 600 nm, the growth curves of both microorganisms in the presence of tested nanoparticles during 5 days period were compared. It was find out, that the presence of nanoparticles don’t have a significant influence on tested microorganisms growth, by this technique. However, this method is just wider point of view, due to mistakes caused by presence of dead cells. Further, production of total cells proteins and extracellular proteins by microorganisms in presence of tested nanoparticles was examined. There was not observed any significant deviation from control samples values, where the tested materials were absent. Based on colony counting method (used for Bacillus subtilis) and cells counting in Bürker counting chamber (used for Yarrowia lipolytica), loss of microorganism viability was determined in 3 cultivation periods (6, 48 and 144 hours); there was observed a support of growth of microorganisms rather in shorter incubation period. Thereafter the extracellular polymeric substances (EPS) production that means proteins, reducing substances and polysaccharides was monitored. These substances were secreted into the medium by mentioned microorganisms during 24 hours of incubation. Bacillus subtilis cells produce much more EPS than Yarrowia lipolytica cells. We suppose that the EPS production could be closely associated with production of biofilm, which protects cells against nanoparticles toxicity.
Antimicrobial activity of carbon-based fillers
Keywords: Nanomateriály na bázi uhlíku; antimikrobiální aktivita; extracelulární polymerní substance; Bacillus subtilis; Yarrowia lipolytica; Carbon-based nanomaterials; antimicrobial activity; extracellular polymeric substances; Bacillus subtilis; Yarrowia lipolytica