THE ROLE OF PATHOGENIC MICROORGANISMS IN THE ACCUMULATION OF BIOGENIC MAGNETIC NANOPARTICLES IN LUNG TISSUES

Purpose: In this paper the role of pathogenic microorganisms in the accumulation of biogenic magnetic nanoparticles in lung tissues is examined. The main purpose of the present research is to prove that biogenic magnetic nanoparticles can be accumulated in lung tissues because of the pathogenic microorganisms during lung disease. Methods: Pairwise and multiple alignment of amino acid sequences, electron paramagnetic resonance. Results: The producers of biogenic magnetic nanoparticles were found among pathogenic microorganisms that cause lung disease. Biogenic magnetic nanoparticles can be accumulated in lung tissues because of these pathogenic microorganisms during relevant lung diseases. The presence of biogenic magnetic nanoparticles in lung tissues was proved using the electron paramagnetic resonance spectra analysis. Discussion: The results of the present research can be used to understand the possible reasons of toxic and allergic effects and even corking of vessels during uncontrolled accumulation of magnetic nanoparticles in different organs and tissues because of their magnetic dipole-dipole interaction with biogenic magnetic nanoparticles on cell membranes and to prevent it.</p

Роль патогенних мікроорганізмів у накопиченні біогенних магнітних наночастинок у тканинах легень

Purpose: In this paper the role of pathogenic microorganisms in the accumulation of biogenic magnetic nanoparticles in lung tissues is examined. The main purpose of the present research is to prove that biogenic magnetic nanoparticles can be accumulated in lung tissues because of the pathogenic microorganisms during lung disease. Methods: Pairwise and multiple alignment of amino acid sequences, electron paramagnetic resonance. Results: The producers of biogenic magnetic nanoparticles were found among pathogenic microorganisms that cause lung disease. Biogenic magnetic nanoparticles can be accumulated in lung tissues because of these pathogenic microorganisms during relevant lung diseases. The presence of biogenic magnetic nanoparticles in lung tissues was proved using the electron paramagnetic resonance spectra analysis. Discussion: The results of the present research can be used to understand the possible reasons of toxic and allergic effects and even corking of vessels during uncontrolled accumulation of magnetic nanoparticles in different organs and tissues because of their magnetic dipole-dipole interaction with biogenic magnetic nanoparticles on cell membranes and to prevent it.Цель: В данной работе исследуется роль патогенных микроорганизмов в накоплении биогенных магнитных наночастиц в тканях легких. Основная цель исследования – доказать, что биогенные магнитные наночастицы могут попадать в ткани легких вместе с патогенными микроорганизмами и накапливаться там при соответственных заболеваниях. Методы исследования: Попарное и множественное выравнивание аминокислотных последовательностей, электронный парамагнитный резонанс. Результаты: Продуценты биогенных магнитных наночастиц были обнаружены среди патогенных микроорганизмов, которые являются возбудителями заболеваний легких. Биогенные магнитные наночастицы могут попадать в ткани легких вместе с патогенными микроорганизмами и накапливаться там при соответственных заболеваниях. Наличие биогенных магнитных наночастиц в тканях легких была экспериментально подтверждена в ходе анализа спектра электронного парамагнитного резонанса. Обсуждение: Результаты данного исследования могут быть использованы для предотвращения и понимания возможных причин токсического, аллергического эффектов и закупорки сосудов во время неконтролируемого накопления магнитных наночастиц в различных органах и тканях вследствие их магнитных диполь-дипольных взаимодействий с биогенными магнитными наночастицами на клеточных мембранах.Мета: У цій роботі досліджується роль патогенних мікроорганізмів у накопиченні біогенних магнітних наночастинок у тканинах легень. Основна мета даного дослідження – довести, що біогенні магнітні наночастинки можуть потрапляти у тканини легень разом з патогенними мікроорганізмами та накопичуватись там при відповідних захворюваннях. Методи дослідження: Попарне та множинне вирівнювання амінокислотних послідовностей, електронний парамагнітний резонанс. Результати: Продуценти біогенних магнітних наночастинок були знайдені серед патогенних мікроорганізмів, що є збудниками захворювань легень. Біогенні магнітні наночастинки можуть потрапляти у тканини легень разом з патогенними мікроорганізмами та накопичуватись там при відповідних захворюваннях. Наявність біогенних магнітних наночастинок у тканинах легень була експериментально доведена в ході аналізу спектра електронного парамагнітного резонансу. Обговорення: Результати даного дослідження можуть бути використані для запобігання та розуміння можливих причин токсичного, алергічного впливу і закупорки судин під час неконтрольованого накопичення магнітних наночастинок в різних органах та тканинах через їх магнітні диполь-дипольні взаємодії з біогенними магнітними наночастинками на клітинних мембранах

Магнітна гіпертермія мікроорганізмів з природними феримагнітними властивостями

Aim and Objectives: Biogenic magnetic nanoparticles of microorganisms are not taken into account when neutralized by their magnetic hyperthermia.  The aim is to identify microorganisms, which take into account the characteristics of their own biogenic magnetic nanoparticles can lead to a noticeable increase in the effectiveness of magnetic hyperthermia. Methods: Research the study used methods of comparative genomics, in particular, pair alignment using the Genbank database. The alignment of proteomes of magnetotactic bacteria Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1 with the proteomes of pathogenic microorganisms, which were classified according to the site of localization and the type of internal structure of their biogenic magnetic nanoparticles, was carried out. Results: The genomes of 24 strains of pathogenic microorganisms were analyzed belonging to such genus: Staphylococcus, Pseudomonas, Bacillus, Shigella, Clostridioides, Streptococcus, Peptostreptococcus. It was shown that three of them have crystalline intracellular biogenic magnetic nanoparticles, 11 strains have extracellular crystalline, 8 – intracellular amorphous, 3 – extracellular amorphous. The paper also presents calculations of the dipole-dipole strengths of interactions between the amorphous biogenic nanoparticles of Staphylococcus aureus and artificial magnetic nanoparticles. Discussion: We recommend using methods of comparative genomics for the separation of microorganisms with magnetic properties for the selection of a more effective method of neutralization by magnetic hyperthermia. Thus, 3 strains with crystalline intracellular biogenic magnetic nanoparticles can be neutralized by the magnetic hyperthermia, using their own particles as a magnetic material. Other 21 strains with extracellular crystalline, intracellular amorphous and extracellular amorphous magnetic nanoparticles can be neutralized by magnetic hyperthermia using methods of artificial magnetically labeled. It is shown that the forces of dipole-dipole interactions between amorphous magnetic nanoparticles and artificial magnetic nanoparticles are enough to magnetically labeled of Staphylococcus aureus and further neutralize them using magnetic hyperthermia. Conclusions: The use of the natural ferromagnetic properties of microorganisms will increase the effectiveness of the neutralization of magnetic hyperthermia.Цель: Обычно в практике обезвреживания микроорганизмов магнитной гипертермией не учитывают наличие в последних собственных биогенных магнитных наночастиц. Цель исследования выявить микроорганизмы, для которых учет характеристик их собственных биогенных магнитных наночастиц может привести к заметному росту эффективности магнитной гипертермии. Методы: В исследовании использованы методы сравнительной геномики, в частности, попарное выравнивание с использованием базы данных Genbank. Проведено выравнивание протеомовмагнитотаксисной бактерии Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1 с протеомами патогенных микроорганизмов, которые были классифицированы по месту локализации и типу внутреннего строения их биогенных магнитных наночастиц. Результаты: Проанализированы геномы24 штаммов патогенных микроорганизмов, принадлежащих к таким родам: Staphylococcus, Pseudomonas, Bacillus, Shigella, Clostridioides, Streptococcus, Peptostreptococcus. Показано, что 3 из них имеют кристаллические внутриклеточные биогенные магнитные наночастицы, внеклеточные кристаллические – 11 штаммов, внутриклеточные аморфные – 8 штаммов, внеклеточные аморфные – 3 штамма. Также в работе представлены расчеты сил диполь-дипольных взаимодействий между аморфными биогенными наночастицами Staphylococcus aureus и искусственными магнитными наночастицами. Обсуждение: Мы рекомендуем использовать методы сравнительной геномики для разделения микроорганизмов с магнитными свойствами для подбора более эфективного способа обезвреживания магнитной гипертермией. Так, 3 штамма с кристаллическими внутриклеточными биогенными магнитными наночастицами можно обезвредить методом магнитной гипертермии, используя в качестве магнитного материала их собственные частицы. 21 штамм с внеклеточными кристаллическими, внутриклеточными аморфными и внеклеточными аморфными магнитными наночастицами, можно обезвредить магнитной гипертермией, используя методы искусственного магнитомичения. Показано, что сил диполь-дипольных взаимодействий между аморфными магнитными наночастицами и искусственными магнитными наночастицами достаточно для того, чтобы магнитометитьS. aureus и в дальнейшем обезвреживать их с помощью магнитной гипертермии. Выводы: Использование природных ферромагнитных свойств микроорганизмов повысит эффективность обезвреживания магнитной гипертермии.Мета: Зазвичай у практиці знешкодження мікроорганізмів магнітною гіпертермією не враховують наявність у останніх власних біогенних магнітних наночастинок. Мета дослідження виявити мікроорганізми, для яких врахування характеристик їх власних біогенних магнітних наночастинок може привести до помітного зростання ефективності магнітної гіпертермії.Методи: У дослідженні використано методи порівняльної геноміки, зокрема, попарне вирівнювання з використанням бази даних Genbank. Проведено вирівнювання протеомівмагнітотаксисної бактерії Magnetospirillumgryphiswaldense MSR-1 з протеомами патогенних мікроорганізмів, які були класифіковані за місцем локалізації і типом внутрішньої будови  їх біогенних магнітних наночастинок.Результати: Проаналізовано геноми 24 штамів  патогенних мікроорганізмів, які належать до таких родів: Staphylococcus, Pseudomonas, Bacillus, Shigella, Clostridioides, Streptococcus, Peptostreptococcus. Показано, що 2 із них мають кристалічні внутрішньоклітинні біогенні магнітні наночастинки, зовнішньоклітинні кристалічні – 11 штамів, внутрішньоклітинні аморфні – 8 штамів, зовнішньоклітинні аморфні – 3 штами. Також в роботі представлені розрахунки сил диполь-дипольних взаємодій між аморфними біогенними наночастинками Staphylococcusaureus та штучними магнітними наночастинками. Обговорення: Ми рекомендуємо використовувати методи порівняльної геноміки для поділу мікроорганізмів за магнітними властивостями для підбору більш ефективного способу знешкодження магнітною гіпертермією. Так 3 штами, що продукують кристалічні внутрішньоклітинні біогенні магнітні наночастинки, можна знешкодити методом магнітної гіпертермії, використовуючи у якості магнітного матеріалу їх власні наночастинки. 21 штам із зовнішньоклітинними кристалічними, внутрішньоклітинними аморфними та зовнішньоклітинними аморфними біогенними магнітними наночастинками, можна знешкодити магнітною гіпертермією, використовуючи методи штучного магнітомічення. Показано, що сил диполь-дипольних взаємодій між аморфними магнітними наночастинками та штучними магнітними наночастинками достатньо для того, щоб магнітомітити S. aureus і в подальшому знешкоджувати їх за допомогою магнітної гіпертермії. Висновки: Отже, врахування природних феримагнітних властивостей мікроорганізмів підвищить ефективність знешкодження магнітною гіпертермією