Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах , 2020, T. 494, № 1, стр. 5-8

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время известны бактерицидные комплексы [Cu(AС)NH₃]X и Cu(Ida)NH₃, где АС^– ‒ анионы аминокислот, а Ida^2‒ – анион С-замещенных иминодиуксусных кислот (продукты из гидролизатов белоксодержащих отходов), X = = Cl^‒, 1/2(SO$_{4}^{{2 - }}$) [1]. Средства на их основе используются для обработки осадков очистных сооружений, могильников, в санитарной технике и в товарах бытовой химии взамен хлорных окислительных средств. Действие комплексов основано на реакциях

или где Y – группировка из радикалов с аминогруппами ‒>C–NH$_{3}^{ + }$ и карбоксильными группами –COO^‒ из заместителей аминокислотных остатков в полипептидных цепях белка, ДНК или РНК. Включение Cu(AC)⁺ или Cu(Ida)в нативные структуры приводит к прекращению питания, дыхания и выделения микроорганизма, нейтрализации заряда оболочки клетки и ее схлопыванию, невозможности возрождения цист и размножения вирусов, инактивации ферментов [1]. В таких биологически опасных объектах, как осадки очистных сооружений, летальная доза комплексов в пересчете на медь для бактериофагов и микробов 50–60 мг/кг, а для яиц гельминтов и личинок клеща – 80–85 мг/кг среды (сухое вещество), что ниже ПДК для таких объектов. При данных дозах сохраняется жизнедеятельность гидрофлоры и почвенной микрофлоры. По токсическому действию эти бактерицидные комплексы относятся к веществам четвертого класса опасности [1]. Вместе с тем возможности их использования для специальной обработки в условиях пандемии COVID-19 оказались ограниченными. Комплексы не являются детергентами, и они не диффундируют в антропогенные загрязнения, содержащие жиры и масла, которые являются средой для развития патогенов и депонирования бактериофагов, в том числе COVID-19. Нами разработан детергент на основе иминодиацетатных производных полимукосахаридов и иминодиацетатных производных триглицеридов жирных кислот, названных “поликомплексонами”, представляющими собой продукт из гидролизатов отходов, содержащих белки [2, 3]. Очевидно, что координационные фрагменты CuLNH₃, где L – иминодиацетатный радикал, в соединениях поликомплексонов с аминными комплексами меди будут аналогами Cu(Ida)NH₃. Мы предположили, что производные полимукосахаридов и триглицеридов с такими координационными фрагментами так же будут проявлять свойства смачивателей и бифильных молекул. В таком случае соединения поликомплексонов с аминными комплексами меди окажутся металлокомплексным бактерицидом со свойствами детергентов. Эти соединения мы обозначили как БД.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Для синтеза использовали поликомплесоны российского производства с содержанием иминодиацетатных производных полимукосахаридов (преимущественно гиалуроновых и сиаловых кислот) – 47.6%, иминодиацетатных производных триглицеридов жирных кислот – 52.4%, общее содержание иминодиацетатных групп – 2.67 ммоль/г в пересчете на сухое вещество [2].

БД были синтезированы действием на поликомплексоны раствора аммиачнохлоридного комплекса меди с концентрацией 2 моль/л, равной содержанию L в поликомплексоне. На рис. 1 приведены спектры поглощения раствора БД и раствора Cu(Ida)NH₃. На спектрах присутствует полоса поглощения около 745 нм, относящаяся к T_2g → E_g переходу в атомах меди. Волновое число этого перехода зависит от состава координационной сферы и формы координационного полиэдра. Следовательно, строение координационных сфер в БД и в Cu(Ida)NH₃ близки.

Стандартные токсиколого-гигиенические испытания БД были проведены на подопытных животных (крысы, мыши, кролики). Установлено, что БД ‒ вещество четвертого класса опасности (малоопасные вещества). Полулетальная доза ЛД₅₀ составляет 12.5 г/кг и не вызывает раздражения слизистых оболочек, дыхательных путей и кожных покровов, не оказывает общего токсического действия.

Зараженные среды готовили на основе смеси осадка иловых карт городских очистных сооружений и очистных сооружений свинокомплексов. Смесь имела резкий фекальный запах. Бактериальный состав был установлен по стандартным методикам санитарно-бактериологических исследований объектов окружающей среды методами посевов на кровяную среду и на среду Эндо [3], а также методом фазово-контрастной микроскопии с использованием камеры Горяева (Россия). В смеси идентифицированы: бактериофаги (вирусы с оболочкой и без нее), кишечная палочка, стрептококк, микрококки, диплококки, стафилококк, энтерококк, кишечная амеба, сальмонелла, трихомонада, споры, клостридиум. Общая обсемененность около 1 × 10¹⁴ ед./мкл. Смесь вместе с кулинарным жиром (ГОСТ 28414-89) диспергировали в мясопептонный бульон с заваренным крахмалом [4]. Среды имели резкий гнилостно-фекальный запах. Общее содержание липидов в средах, определенное экстракционным методом, приведено в табл. 1. Среды слоем около 3 мм наносили на пластинки (1 × 1 см) из стекла, пластика, никеля стали, керамической плитки и бетона, инкубировали при 35°С в течение часа и выдерживали на воздухе до формирования плотного покрытия. Загрязнения имели резкий запах, не смывались горячей водой. Их поверхность была гидрофобной. На загрязнения с помощью дозатора порциями наносили раствор БД, содержащий 0.5 моль/л групп Cu(Ida)NH₃. При нанесении раствор БД впитывался в загрязнение. В ходе процесса обработки снижалась интенсивность выделения летучих веществ с резким запахом. Обработку проводили до исчезновения фекального запаха, что являлось признаком прекращения дыхания микроорганизмов. Обработанное загрязнение смывали водой и измеряли микробную обсемененность. Установлено, что в смыве не было живых микроорганизмов. Следовательно, дозы, при которых прекращалось дыхание микроорганизмов, соответствовали летальным, а исчезновение запаха можно использовать как надежный экспресс-тест эффективности обработки. Значения летальных доз меди в БД в зависимости от содержания липидов приведены в табл. 1.

Из таблицы видно, что значения дозы коррелируют с содержанием липидов. Для непористых поверхностей ‒ стекла, металла и пластика ‒ дозы меньше, чем для пористых – керамической плитки и бетона.

Эффективность обезжиривания поверхности при бактерицидной обработке была оценена методом ИК-спектроскопии на примере никелевой пластины, как наиболее трудно отмываемой от жиров. На рис. 2 приведен ИК спектр среды поверхности никелевой пластины, орошенной раствором, и спектр этой пластины после смыва.

В спектре поверхности пластины с загрязнением присутствуют полосы в области 3400–3200 см^–1, соответствующие колебаниям молекулярных групп в целлюлозе и крахмале, полосы в области 1760 и 1184 см^‒1, соответствующие колебаниям в липидах, и полоса 1463 см^‒1, соответствующая колебаниям в белках, присутствующих в загрязнениях. После смыва на ИК спектре эти полосы отсутствуют, то есть пластина отмыта от загрязнения.

Исследования показали, что БД является одновременно бактерицидом и детергентом. Как отмечалось выше, раствор БД при обработке загрязненной поверхности впитывается в загрязнение. На рис. 3 приведена микрофотография поверхности обеззараженного загрязнения с содержанием липидов 35% на никелевой пластине до его смывания. Видно, что поверхность неоднородна и на ней просматриваются частицы. По-видимому, при действии раствора БД производные триглицеридов как бифильные молекулы внедряются в частички из жиров. Это обеспечивает диффузию производных полимукосахаридов в загрязнения, приводящую к их деструкции и распаду на частицы. Вероятно, что из цепей полимукосахаридов, в частности производных гиалуроновой кислоты с молекулярной массой 5‒15 млн Да, вокруг частиц формируются гидрофильные оболочки. Это обеспечивает отторжение загрязнения от поверхности. При диффузии комплексы CuLNH₃ контактируют с колониями бактерий, связывая белковые структуры вирусов, токсинов и протеаз. В этом случае расход БД будет возрастать пропорционально содержанию липидов.

В настоящее время в условиях пандемии существенно увеличилось использование хлорсодержащих дезинфицирующих средств [4, 5]. Главным образом используются хлорная известь, гипохлорит натрия, дихлоргексидин и подобные [6, 7]. Для повышения эффективности их сочетают с жесткими поверхностно-активными веществами [8]. Использование таких средств в больших масштабах, очевидно, приведет к существенным превышениям содержания токсических веществ, в том числе диоксинов [9], как в объектах прямого контакта с населением, так и в стоках коммунальных отходов. В этом плане БД может быть перспективным в качестве доступной основы безопасных для человека средств специальной промышленной санированной обработки объектов, в которых могут быть депонированы вирусы и патогены, а также для разработки ассортимента бытовых средств с бактерицидным эффектом для уборки помещений, чистки санитарной и кухонной техники и мытья посуды. В настоящее время авторы совместно с потенциальными производителями разработали документацию на производство БД и рецептуры средств на его основе.

Все применимые международные, национальные и/или институциональные принципы ухода и использования животных были соблюдены.