Effect of Different Concentrations of Silver Nanoparticles on Biofilm Formation of Pseudomonas putida KT2440

Abstract

Silver nanoparticles (AgNPs) have been commonly used due to their antimicrobial ability, which can inhibit the growth of bacteria. Their uses may lead to their contamination and adverse effects on environmental bacteria especially bacteria in biofilms. The objective of this study is to investigate the effects of different levels of AgNP concentrations on the biofilm formation, biomass quantity, and EPS composition of Pseudomonas putida KT2440, which is the representative of environmental bacteria used in this study. Biofilm formation was conducted in 96-well plates and 24-well plates under the presence of AgNPs (size distribution of 5-20 nm) at 0, 0.1, 0.5, 1, 10, 50, 100, 500 and 1000 mg/L. The biomass quantity was determined by crystal violet staining. The results showed higher biomass in the biofilms forming under 0.05, 0.1, 0.5 and 1 mg/L for 12-h and 18-h biofilms in the 96-well plates and 24-well plates, respectively, compared with the control (0 mg/L of AgNPs). EPS of biofilms was analyzed using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), and the results showed no effect of AgNPs on biofilm chemical compositions. The effect of low AgNP concentrations on the biomass of biofilms was also proved by the observation under the confocal scanning laser microscope (CLSM). The data from this research point out that the low contamination level of AgNPs to the environment might result in the increased formation of biofilms, which requires further studies to determine its effects on the growth rate of other microorganisms in the environment.

อนุภาคซิลเวอร์นาโน (AgNPs) ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายเนื่องจากมีคุณสมบัติในการยับยั้งเชื้อจุลินทรีย์ต่าง ๆ จากการใช้ผลิตภัณฑ์ที่มีส่วนผสมของ AgNPs มากขึ้นจึงมีการปล่อยลงสู่สิ่งแวดล้อม อาจส่งผลให้เกิดสภาวะที่ไม่เหมาะสมต่อการเจริญของแบคทีเรียในสิ่งแวดล้อมโดยเฉพาะแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในรูปไบโอฟิล์มได้ งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลกระทบของ AgNPs ที่ความเข้มข้นต่าง ๆ ต่อการสร้าง ปริมาณ และองค์ประกอบของไบโอฟิล์มของเชื้อ Pseudomanas putida KT2440 ซึ่งเป็นตัวแทนของแบคทีเรียในสิ่งแวดล้อม ทดสอบการสร้างไบโอฟิล์มใน 96-well plate และ 24-well plate ในสภาวะที่มีอนุภาคซิลเวอร์นาโน (ขนาดเฉลี่ย 5-20 นาโนเมตร) ที่ความเข้มข้น 0, 0.1, 0.5, 1, 10, 50, 100, 500 และ 1000 mg/L วัดปริมาณไบโอฟิล์มด้วยการย้อม crystal violet พบว่า ไบโอฟิล์มที่เจริญเติบโตที่มี AgNPs ความเข้มข้น 0.05, 0.1, 0.5 และ 1 mg/L ที่เวลา 12 ชั่วโมงใน 96-well plate และ 18 ชั่วโมงใน 24-well plate มีปริมาณไบโอฟิล์มมากกว่าชุดควบคุม (AgNPs ความเข้มข้น 0 mg/L) เมื่อนำไบโอฟิล์มที่ระยะเวลานี้ไปวิเคราะห์ด้วยเทคนิค Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) พบว่าไม่มีความแตกต่างขององค์ประกอบ EPS ของไบโอฟิล์ม แสดงให้เห็นว่า AgNPs ส่งผลต่อปริมาณการสร้างของไบโอฟิล์ม ทั้งนี้ ปริมาณโปรตีนและคาร์โบไฮเดรตของ EPS ที่สกัดได้จากไบโอฟิล์มรวมถึงภาพถ่ายไบโอฟิล์มจากกล้องจุลทรรศน์คอนโฟคอลแบบใช้เลเซอร์ในการแสกน (CLSM) ยืนยันการเพิ่มขึ้นของปริมาณไบโอฟิล์มที่เกิดจากการรับสัมผัส AgNPs ที่ความเข้มข้นดังกล่าว ข้อมูลที่ได้จากงานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่า AgNPs ที่ปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อมในระดับความเข้มข้นที่ต่ำอาจสามารถเกิดผลกระทบต่อการสร้างไบโอฟิล์มให้มีปริมาณมากขึ้นกว่าระดับปกติซึ่งจำเป็นต้องการศึกษาต่อไปว่า การเปลี่ยนแปลงนี้ส่งผลในเชิงลบต่อการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์อื่นๆในสิ่งแวดล้อมได้มากน้อยเพียงใด