Concentration Ranges of Antibacterial Cations for Showing the Highest Antibacterial Efficacy but the Least Cytotoxicity against Mammalian Cells: Implications for a New Antibacterial Mechanism

抗菌活性 细胞毒性 大肠杆菌 金黄色葡萄球菌 细菌 化学 金属 水溶液中的金属离子 细菌细胞结构 组合化学 活性氧 核化学 微生物学 生物化学 生物 体外 有机化学 遗传学 基因
作者
Chengyun Ning,Xiaolan Wang,Lihua Li,Ye Zhu,Mei Li,Peng Yu,Zhou Lei,Zhengnan Zhou,Junqi Chen,Guoxin Tan,Yu Zhang,Yingjun Wang,Chuanbin Mao
出处
期刊:Chemical Research in Toxicology [American Chemical Society]
卷期号:28 (9): 1815-1822 被引量:220
标识
DOI:10.1021/acs.chemrestox.5b00258
摘要

Antibacterial metal ions, such as Ag(+), Zn(2+) and Cu(2+), have been extensively used in medical implants and devices due to their strong broad spectrum of antibacterial activity. However, it is still a controversial issue as to whether they can show the desired antibacterial activity while being toxic to mammalian cells. It is very important to balance their antibacterial effectiveness with minimal damage to mammalian cells. Toward this end, this study is to identify the suitable concentrations of these three ions at which they can effectively kill two types of clinically relevant bacteria (Staphylococcus aureus (S. aureus) and Escherichia coli (E. coli)) but show no obvious cytotoxicity on fibroblasts. Such concentration ranges are found to be 2.5 × 10(-7) M-10(-6) M, 10(-5) M-10(-4) M, and 10(-5) M-10(-4) M for Ag(+), Zn(2+), and Cu(2+), respectively. Investigation of their antibacterial mechanism shows that these three metal ions all show antibacterial property through a mechanism of damaging bacterial cell membranes by the generation of reactive oxygen species but surprisingly preserving the integrity of bacterial genomic DNA. The encouraging results indicate that antibacterial metal ions with controlled concentrations can bring considerable benefits to biomedical applications.
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