Effect of multi-walled carbon nanotubes on Escherichia coli biofilm formation

Main Article Content

Yuliya Maksimova
Yana Bykova

Abstract

The effect of purified and unpurified multi-walled carbon nanotubes on the biofilm formation of Escherichia coli strains isolated from different sources has been studied. It has been shown that carbon nanomaterials in the culture medium do not inhibit biofilm formation, but on days 1–3 of growth lead to the formation of more massive biofilms of some strains. Significantly more intense destruction of mature biofilms of E. coli K12, E. coli K12 TG1 (pXen7) and one natural strain in the presence of carbon nanotubes in the medium was noted. No clear dependence of biofilm formation and destruction of formed biofilms on the degree of purification of nanotubes was found.

Article Details

How to Cite
Maksimova Ю. Г., & Bykova Я. Е. (2021). Effect of multi-walled carbon nanotubes on Escherichia coli biofilm formation. Bulletin of Perm University. Biology, (2), 87–92. https://doi.org/10.17072/1994-9952-2021-2-87-92
Section
Микробиология
Author Biographies

Yuliya Maksimova , Institute of Ecology and Genetics of Microorganisms UB RAS

Doctor of biology, Leading Researcher of the Laboratory of Molecular Microbiology and Biotechnology

Yana Bykova, Perm State University

Master's student of the Faculty of Biology

References

Гизатуллина Ю.С. и др. Биологическая характеристика штаммов Escherichia coli, изолированных от сельскохозяйственных животных // Симбиоз-Россия 2020: сб. статей XII Всерос. конгресса молодых ученых-биологов с международным участием. Пермь, 2020. С. 78–82.

Дерябин Д.Г., Алешина Е.С., Ефремова Л.В. Применение теста бактериальной биолюминесценции для оценки биотоксичности углеродных наноматериалов // Микробиология. 2012. Т. 81, № 4. С. 532–538.

Евтюгин В.Г. и др. Сорбция микроорганизмов крупнопористыми агарозными криогелями, содержащими привитые алифатические цепи раз-личной длины // Микробиология. 2009. Т. 78, № 5. С. 667–673.

Ефременко Е.Н. и др. Определение биолюминес-центным методом минимальных ингибирующих концентраций веществ по отношению к бактериям, участвующим в биокоррозии // Прикладная биохимия и микробиология. 2005. Т. 41, № 4. С. 429–434.

Зарубина А.П. и др. Биотестирование биологических эффектов одностенных углеродных нанотрубок с использованием тест-системы лю-минесцентных бактерий // Российские нанотехнологии. 2009. Т. 4, № 11–12. С. 152–155.

Максимова Ю.Г. и др. Гетерогенный биокатализатор на основе клеток нитрилгидролизующих бактерий и многослойных углеродных нанот-рубок для трансформации нитрилов и амидов // Прикладная биохимия и микробиология. 2017. Т. 53, № 5. С. 462–469.

Никулин С.М., Руденко Д.А. Синтез многослойных углеродных нанотрубок и их применение в производстве композиционных материалов // Перспективные материалы. 2011. № 11. С. 54–62.

Anju V.T. et al. Antimicrobial photodynamic activity of rose bengal conjugated multi walled carbon nanotubes against planktonic cells and biofilm of Escherichia coli // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 2018. Vol. 24. P. 300–310.

Aqel A. et al. Carbon nanotubes, science and technology part (I) structure, synthesis and characterisation // Arabian J. Chem. 2012. Vol. 5 (1). P. 1–23.

Chi M.-F. et al. Inactivation of Escherichia coli planktonic cells by multiwalled carbon nanotubes in suspensions: Effect of surface functionalization coupled with medium nutrition level // J. Hazard. Mater. 2016. Vol. 318. P. 507–514.

Jackson P. et al. Bioaccumulation and ecotoxicity of carbon nanotubes // Chem. Cent. J. 2013. 7 : 154. 21 p. DOI: 10.1186/1752-153X-7-154.

Hirschfeld J. et al. Long-term release of antibiotics by carbon nanotubecoated titanium alloy surfaces diminish biofilm formation by Staphylococcus epidermidis // Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. 2017. Vol. 13 (4). P. 1587–1593.

Kang S. et al. Single-walled carbon nanotubes exhibit strong antimicrobial activity // Langmuir. 2007. Vol. 23. P. 8670–8673.

Kang S. et al. Antibacterial effects of carbon nano-tubes: size does matter! // Langmuir. 2008. Vol. 24, № 13. P. 6409–6413.

Liu S. et al. Antibacterial action of dispersed single-walled carbon nanotubes on Escherichia coli and Bacillus subtilis investigated by atomic force microscopy // Nanoscale. 2010. Vol. 2. P. 2744–2750.

Maas M. Carbon nanomaterials as antibacterial colloids // Materials. 2016. Vol. 9(8) : 617.

Rodrigues D.F., Elimelech M. Toxic effects of single-walled carbon nanotubes in the development of E. coli biofilm // Environ. Sci. Technol. 2010. Vol. 44. P. 4583–4589.

Sun Y., Zhang Z. New antibiofouling carbon nanotubes-filled polydimethylsiloxane composites against colonization by pioneer eukaryotic micro-bes // Int. Biodeterior. Biodegrad. 2016. Vol. 110. P. 147–154.

Teixeira-Santos R. et al. Antimicrobial and antiadhesive properties of carbon nanotube-based sur-faces for medical applications: a systematic review // iScience. 2021. Vol. 24. 102001.

Upadhyayula V.K.K., Gadhamshetty V. Appreciating the role of carbon nanotube composites in preventing biofouling and promoting biofilms on material surfaces in environmental engineering: A review // Biotechnol. Adv. 2010. Vol. 28. P. 802–816.

Yang C. et al. Antimicrobial activity of single-walled carbon nanotubes: length effect // Langmuir. 2010. Vol. 26, № 20. P. 16013–16019.