Медь или серебро — какой антимикробный препарат лучше?

Медь, как и ее ближайшие соседи по таблице элементов - серебро и золото, может убивать множество патогенов и даже мелкие организмы, поэтому именно эти элементы зачастую содержат в своем составе носки для диабетиков

Чтобы понять, как именно работает медь, полезно вспомнить школьную химию.

Как вы помните, углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера являются строительными блоками всех живых существ, включая клетки и вирусы.

Медь в некоторых формах выделяет электрон, который может быть крайне разрушительным для вирусов, грибков и бактерий.

• Клеточные стенки/мембраны состоят из фосфолипидов (P)

• Ферменты и белки состоят из тиолов (S) и аминов (N)

• РНК и ДНК состоят из фосфатов (P), тиолов (S), аминов (N) и карбоксильных групп (C и O)

• Разрывать клеточную мембрану

• Создавать активные формы кислорода, которые разъедают клеточную мембрану

• Попав внутрь клетки, ионы меди связываются с ДНК и предотвращают ее репликацию

• Расщеплять РНК (что особенно важно для вирусов)

• Нарушать выработку энергии и клеточное дыхание

Чистая медь и соединения меди демонстрируют эти механизмы уничтожения по-разному в зависимости от таких факторов, как температура, влажность и площадь поверхности воздействия

Вот почему некоторые бактерии и вирусы могут выживать несколько часов на медном сплаве, но погибать в течение нескольких минут на нетканом текстиле, содержащем медное соединение.

Соединения меди, которые могут обладать противомикробными свойствами, включают оксид меди, иодид меди, сульфат меди, карбонат меди и тиоцианат меди

Некоторые из них используются для обработки древесины, другие — для покрытия кораблей с целью предотвращения роста моллюсков, а некоторые применяются в кремах для лица и перевязочных материалах для ран

Безопасность воздействия на человека зависит от конкретного соединения.

Хотя медь является отличным антимикробным средством, существует множество аспектов, которые следует учитывать при выборе формы меди и способа ее использования

Важно хорошо понимать конечное применение и возможные условия использования (например, температура и влажность)

Простое добавление меди в продукт не делает его антимикробным, поэтому тестирование играет важную роль в процессе разработки продукта.

Хотя антимикробные свойства серебра широко признаны, часто упускается из виду, что медь и золото обладают аналогичными способностями.

Эти три металла демонстрируют так называемый «олигодинамический эффект» – явление, выявленное более 150 лет назад.

Этот эффект подчеркивает биоцидную природу некоторых ионов металлов, способных подавлять рост микроорганизмов даже при очень низких концентрациях.

По сути, эти металлы высвобождают ионы, которые ковалентно связываются с белками, нарушая функционирование и размножение микроорганизмов.

Кроме олигодинамического эффекта, медь использует другие механизмы для борьбы с микробами

В некоторых составах, таких как активные добавки Cupron, медь выделяет электроны, создавая реактивные формы кислорода, которые разрушают вирусы, грибы и бактерии

Этот многоцелевой удар по микроорганизмам включает нарушение проницаемости плазматической мембраны, перекисное окисление липидов мембран, повреждение нуклеиновых кислот и ингибирование сборки и активности внутриклеточных белков (Borkow G.; Gabbay J. Медь как биоцидный инструмент. Curr Med Chem 2005, 12(18), 2163-2175).

Сочетание этих многосторонних, неспецифических повреждающих механизмов делает чрезвычайно сложным для микроорганизмов развитие устойчивости к меди.

В результате распространенность микроорганизмов, устойчивых к меди, остается крайне низкой (Borkow G.; Gabbay J. Медь как биоцидный инструмент. Curr Med Chem 2005, 12(18), 2163-2175; Giachino A.; Waldron K.J.

Для устойчивости бактерий к меди требуется активация множества дополнительных путей. Mol Microbiol 2020, 114(3), 377-390.). Подробнее о том, как медь уничтожает микроорганизмы, можно прочитать здесь.

Микроорганизмы используют различные стратегии для регулирования внутриклеточного уровня меди, главным образом через медные шапероны и специфические насосы для выведения меди (Rademacher C.; Masepohl B.

Генетическая регуляция, отвечающая на медь, у бактерий. Microbiology 2012, 158, 2451-2464; Dennison C.; David S.; Lee J. Белки для хранения меди у бактерий. J Biol Chem 2018, 293, 4616-4627).

Однако при избыточной концентрации меди, различной для разных микроорганизмов, они не могут справиться с ее избытком и погибают (Borkow G. Использование меди для борьбы с микроорганизмами. Curr Chem Biol 2012, 6(2), 93-103; Reyes-Jara A и др. Антибактериальный эффект меди на микроорганизмы, выделенные из мастита крупного рогатого скота. Front Microbiol 2016, 7, 626).

Кроме того, медь выделяется среди металлов тем, что обладает антимикробными свойствами и одновременно является важным микроэлементом для человека (и всех живых организмов) (Uauy R, Olivares M, Gonzalez M. Важность меди для человека. Am J Clin Nutr. 1998;67(5 Suppl):952S-959S)

Ее незаменимость распространяется на такие важные функции, как клеточное дыхание, синтез нейротрансмиттеров и образование коллагена и эластина в коже

Хотя высокие концентрации меди могут быть токсичны, она в целом вызывает меньше экологических опасений по сравнению с другими металлами.

По данным EPA, токсичность серебра превышает токсичность меди в 65 раз.

Наконец, и самое важное, медь демонстрирует лучшую эффективность в более широком диапазоне условий, превосходя серебро в тех средах, где его эффективность снижается (Michels, H.T., и др. (2009) Влияние температуры и влажности на эффективность антимикробных материалов, содержащих серебро и медь, против устойчивого к метициллину Staphylococcus aureus. Lett Appl Microbiol 49(2):191-5; Minoshimaa M., и др.

Сравнение противовирусного эффекта твердых соединений меди и серебра. Journal of Hazardous Materials 312 (2016) 1–7; Borkow, G., Roth, T., Kalinkovich, A. (2022) Широкий спектр мощной антимикробной активности повязок для ран, пропитанных микрочастицами оксида меди. Microbiol. Res. 13(3), 366-376).

В то время как эффективность серебра может снижаться в жарких и влажных условиях, медь сохраняет свою эффективность при различных температурах и уровнях влажности (Michels, H.T., и др. (2009) Влияние температуры и влажности на эффективность антимикробных материалов, содержащих серебро и медь. Lett Appl Microbiol 49(2):191-5)

Медь и серебро обладают антимикробными свойствами, однако медь, наряду с серебром и золотом, демонстрирует более широкую эффективность благодаря «олигодинамическому эффекту» — способности металлов подавлять рост микроорганизмов на низких концентрациях

Медь также используется в широком спектре продуктов, включая медицинские и антимикробные материалы, в частности для производства дибетических носков

Медь дополнительно воздействует через выделение электронов, создавая реактивные формы кислорода, что приводит к разрушению клеточных мембран и ДНК микроорганизмов

Важно, что медь труднее переносится микроорганизмами, что делает их устойчивость к этому металлу маловероятной.

Кроме того, медь является жизненно важным микроэлементом для человека и вызывает меньше экологических проблем по сравнению с серебром

Она сохраняет свою эффективность в различных условиях, включая повышенную температуру и влажность, в отличие от серебра, которое теряет свои свойства в таких средах