Шошин Д.Е.,Рязанцева К.В., Нечитайло К.С., Сизова Е.А., Брежнев А.М., Гулюкин А.М.

Животноводство и кормопроизводство. 2026. Т. 109. № 2. С. 59-77.

Научная статья

УДК 582.886:546.56

doi: 10.33284/2658-3135-109-2-59

 

Сравнительный анализ биологической активности ультрадисперсных частиц различного генезиса в тесте ингибирования бактериальной люминесценции

 

Даниил Евгеньевич Шошин1,6, Кристина Владимировна Рязанцева2, Ксения Сергеевна Нечитайло3,7, Елена Анатольевна Сизова4,8, Андрей Михайлович Брежнев5, Алексей Михайлович Гулюкин9

1,2,3,4,5 Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук, Оренбург, Россия

6,7,8 Оренбургский  государственный университет имени В.А. Бондаренко, Оренбург, Россия

9Федеральный научный центр–Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной ветеринарии имени К.И. Скрябина и Я.Р. Коваленко Российской академии наук, Москва, Россия

1,6 daniilshoshin@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-3086-681X

2 reger94@bk.ru, https://orcid.org/0000-0001-5134-0396

3,7 k.nechit@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-8755-414X

4,8 sizova.l78@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-5125-5981

5 brejnevandrej@yandex.ru, https://orcid.org/0009-0006-6434-1607

9admin@viev.ru, https//orcid.org/0000-0003-2160-4770

Аннотация. Проблемы спрединга множественной лекарственной устойчивости среди патогенной микробиоты сельскохозяйственных животных и человека побуждают к активному поиску и аттестации высокоэффективных альтернатив антибиотическим препаратам. Среди последних особое внимание уделяется ультрадисперсным частицам (УДЧ) различного генезиса (физического, химического или биологического происхождения). «Зеленые» УДЧ при этом, как правило, более биосовместимы и демонстрируют лучшие антибиотические свойства, что, однако, во многом зависит от используемых для их синтеза сырья и технологии. В частности, целью представленной работы стал анализ биологической активности УДЧ CuO, полученных методом распылительной сушки (коммерческий образец) и путем восстановления сульфата меди (II) в экстракте кипрея (лабораторный образец), в тесте ингибирования бактериальной люминесценции Escherichia coli K12 TG1. В результате проведенных исследований установлено, что «зеленые» УДЧ обладают более выраженными антибиотическими свойствами, чем УДЧ, полученные физическим путем. Так, минимальная ингибирующая концентрация для коммерческого образца составила 12,5 мг/мл, в то время как для опытного образца она равнялась 9,77×10-2 мг/мл, что в 128 раз меньше, хотя в обоих случаях наблюдался выраженный пролонгированный бактерицидный эффект. В то же время было показано, что «зеленые» УДЧ по своей бактерицидной активности занимают промежуточное положение между исходной солью металла и коммерческим образцом, хотя используемый при их синтезе экстракт кипрея, напротив, стимулировал свечение биосенсора в диапазоне до 578,2 % относительно контроля. Таким образом, «зеленые» УДЧ обладают явным потенциалом применения в животноводстве в качестве аналога антибиотическим препаратам за счет выраженного бактерицидного эффекта, однако перед непосредственным введением их в корма необходимо провести более детальный анализ и иных их биологических свойств, как то: гено- и цитотоксичность, нефро- и нейротоксичность на фоне варьирования физико-химических характеристик (размер, форма, активная площадь поверхности и ее электрические свойства).

Ключевые слова: ультрадисперсные частицы, медь, кипрей, бактериальная люминесценция, «зеленый» синтез

Благодарности: работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 25-76-10032.

Для цитирования: Сравнительный анализ биологической активности ультрадисперсных частиц различного генезиса в тесте ингибирования бактериальной люминесценции / Д.Е. Шошин, К.В. Рязанцева, К.С. Нечитайло, Е.А. Сизова, А.М. Брежнев, А.М. Гулюкин // Животноводство и кормопроизводство.  2026.  Т.  109.  № 2.  С. 59-77. [Shoshin DE,  Ryazanseva  KV,  Nechitailo KS, Sizova EA, Brezhnev AM, Gulukin AМ. Comparative analysis of the biological activity of ultrafine particles of various genesis in the bacterial luminescence inhibition test. Animal Husbandry and Fodder Production. 2026;109(2):59-77. (In Russ.)]. https://doi.org/10.33284/2658-3135-109-2-59

Список источников

  1. Влияние фитохимических веществ на сигнальные молекулы системы «Quorum Sensing» у бактерий / Л.В. Власенко, К.Н. Атландерова, Г.К. Дускаев, Д.Е. Шошин // Международный вестник ветеринарии. № 2. С. 25-31. [Vlasenko LV, Atlanderova KN, Duskaev GK, Shoshin DE. The effect of phytochemicals on the signaling molecules of the "Quorum Sensing" system in bacteria. International Journal of Veterinary Medicine. 2023;2:25-31. (In Russ.)]. doi: 10.52419/issn2072-2419.2023.2.25
  2. Шошин Д.Е., Атландерова К.Н. Использование фитохимических веществ в кормлении крупного рогатого скота (обзор) // Сельскохозяйственная биология. Т. 60. № 2. С. 220-244. [Shoshin DE, Atlanderova KN. Use of phytochemicals in cattle feeding (review). Sel'skokhozyaistvennaya Biologiya[Agricultural Biology]. 2025;60(2):220-244. (In Russ.)]. doi: 10.15389/agrobiology.2025.2.220rus doi: 10.15389/agrobiology.2025.2.220eng
  3. Шошин Д.Е., Сизова Е.А., Камирова А.М. Взаимодействие ультрадисперсных частиц оксида кобальта Co3O4 с экстрактом травы душицы Origanum vulgare // Животноводство и кормопроизводство. Т. 105. № 4. С. 35-48. [Shoshin D, Sizova E, Kamirova A. Interaction of Co3O4 cobalt oxide ultrafine particles with oregano herb extract Origanum vulgare. Animal Husbandry and Fodder Production. 2022;105(4):35-48. (In Russ.)]. doi: 10.33284/2658-3135-105-4-35
  4. Abdal Dayem A, Hossain MK, Lee SB, Kim K, Saha SK, Yang GM, Choi HY, Cho SG. The role of reactive oxygen species (ROS) in the biological activities of metallic nanoparticles. International Journal of Molecular Sciences. 2017;18(1):120. doi: 10.3390/ijms18010120
  5. Adam N, Vakurov A, Knapen D, Blust R. The chronic toxicity of CuO nanoparticles and copper salt to Daphnia magna. Journal of Hazardous Materials. 2015;283:416-422. doi: 10.1016/j.jhazmat.2014.09.037
  6. Ahmed KBA, Raman T, Veerappan A. Future prospects of antibacterial metal nanoparticles as enzyme inhibitor. Materials Science and Engineering: C. 2016;68:939-947. doi: 10.1016/j.msec.2016.06.034
  7. Al-Kadmy IM, Aziz SN, Rheima AM, Abid SA, Suhail A, Hamzah IH, Naji EN, Besinis A, Hetta HF. Anti-capsular activity of CuO nanoparticles against Acinetobacter baumannii produce efflux pump. Microbial Pathogenesis. 2023;181:106184. doi: 10.1016/j.micpath.2023.106184
  8. Awashra M, Młynarz P. The toxicity of nanoparticles and their interaction with cells: an in vitro metabolomic perspective. Nanoscale Advances. 2023;5(10):2674-2723. doi: 10.1039/D2NA00534D
  9. Chen Z, Gao SH, Jin M, Sun S, Lu J, Yang P, Bond PL, Yuan Z, Guo J. Physiological and transcriptomic analyses reveal CuO nanoparticle inhibition of anabolic and catabolic activities of sulfate-reducing bacterium. Environment International. 2019;125:65-74. doi: 10.1016/j.envint.2019.01.058
  10. Ding D, Wang B, Zhang X, Zhang J, Zhang H, Liu X, Gao Z, Yu Z. The spread of antibiotic resistance to humans and potential protection strategies. Ecotoxicology and environmental safety. 2023;254:114734. doi: 10.1016/j.ecoenv.2023.114734
  11. Djuragic O, Čabarkapa I, Šeremešić MM, Rakita S, Tomičić Z. Feed additives, their role, and technological properties. In: Arsenos G, Giannenas I, editors. Sustainable Use of Feed Additives in Livestock. Cham: Springer; 2023:17-45. doi: 10.1007/978-3-031-42855-5_2
  12. Dreger M, Adamczak A, Foksowicz-Flaczyk J. Antibacterial and antimycotic activity of Epilobium angustifolium L. extracts: A review. Pharmaceuticals. 2023;16(10):1419. doi: 10.3390/ph16101419
  13. Gevrenova R, Zengin G, Ozturk G, Zheleva-Dimitrova D. Exploring the phytochemical profile and biological insights of Epilobium angustifolium L. herb. Plants. 2025;14(3):415. doi: 10.3390/plants14030415
  14. Gudkov SV, Burmistrov DE, Fomina PA, Validov SZ, Kozlov VA. Antibacterial properties of copper oxide nanoparticles. International Journal of Molecular Sciences. 2024;25(21):11563. doi: 10.3390/ijms252111563
  15. Harish V, Ansari MM, Tewari D, Gaur M, Yadav AB, García-Betancourt ML, Abdel-Haleem FM, Bechelany M, Barhoum A. Nanoparticle and nanostructure synthesis and controlled growth methods. Nanomaterials. 2022;12(18):3226. doi: 10.3390/nano12183226
  16. He X, Pan Y, Zhang J, Li Y, Ma Y, Zhang P, Wu Z, Zhao Y, Chai Z, Zhang Z. Quantifying the total ionic release from nanoparticles after particle-cell contact. Environmental pollution. 2015;196:194-200. doi: 10.1016/j.envpol.2014.09.021
  17. Hosseini-Koupaei M, Shareghi B, Saboury AA, Davar F, Sirotkin VA, Hosseini-Koupaei MH, Enteshari Z. Catalytic activity, structure and stability of proteinase K in the presence of biosynthesized CuO nanoparticles. International Journal of Biological Macromolecules. 2019;122:732-744. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.11.001
  18. Huq MA, Apu  MAI,  Ashrafudoulla  M, Rahman MM, Parvez MAK, Balusamy SR, Rahman MS. Bioactive ZnO nanoparticles: biosynthesis, characterization and potential antimicrobial applications. Pharmaceutics. 2023;15(11):2634. doi: 10.3390/pharmaceutics15112634
  19. Kariuki R, Mirihana KA, Penman R, Hung A, Meftahi N, Bryant G, Ramsland PA, Voïtchovsky K, Conn CE, Contini C, Bryant SJ, Christofferson AJ, Elbourne A. Interactions of nanoparticles with living and synthetic bio-membrane. Chemical Society Reviews. 2025;54:10531-10615. doi: 10.1039/D5CS00841G
  20. Khashan KS, Sulaiman GM, Abdulameer FA. Synthesis and antibacterial activity of CuO nanoparticles suspension induced by laser ablation in liquid. Arabian Journal for Science and Engineering. 2016;41(1):301-310. doi: 10.1007/s13369-015-1733-7
  21. Kirubakaran D, Wahid JBA, Karmegam N, Jeevika R, Sellapillai L, Rajkumar M, SenthilKumar KJ. A comprehensive review on the green synthesis of nanoparticles: advancements in biomedical and environmental applications. Biomedical Materials & Devices. 2026;4(1):388-413. doi: 10.1007/s44174-025-00295-4
  22. Kowalik K, Polak-Berecka M, Prendecka-Wróbel M, Pigoń-Zając D, Niedźwiedź I, Szwajgier D, Baranowska-Wójcik E, Waśko A. Biological activity of an Epilobium angustifolium L. (Fireweed) infusion after in vitro digestion. Molecules. 2022;27(3):1006. doi: 10.3390/molecules27031006
  23. Kumar PV, Shameem U, Kollu P, Kalyani RL, Pammi SVN. Green synthesis of copper oxide nanoparticles using Aloe vera leaf extract and its antibacterial activity against fish bacterial pathogens. BioNanoScience. 2015;5(3):135-139. doi: 10.1007/s12668-015-0171-z
  24. Lai Y, Gao FF, Ge RT, Liu R, Ma S, Liu X. Metal ions overloading and cell death. Cell biology and toxicology. 2024;40(1):72. doi: 10.1007/s10565-024-09910-4
  25. Meghana S, Kabra P, Chakraborty S, Padmavathy N. Understanding the pathway of antibacterial activity of copper oxide nanoparticles. RSC advances. 2015;5(16):12293-12299. doi: 10.1039/C4RA12163E
  26. Michalak I, Dziergowska K, Alagawany M, Farag MR, El-Shall NA, Tuli HS, Emran TB, Dhama K. The effect of metal-containing nanoparticles on the health, performance and production of livestock animals and poultry. Veterinary Quarterly. 2022;42(1):68-94. doi: 10.1080/01652176.2022.2073399
  27. Miu BA, Dinischiotu A. New green approaches in nanoparticles synthesis: An overview. Molecules. 2022;27(19):6472. doi: 10.3390/molecules27196472
  28. Murugan B, Rahman MZ, Fatimah I, Lett JA, Annaraj J, Kaus NHM, Al-Anber MA, Sagadevan S. Green synthesis of CuO nanoparticles for biological applications. Inorganic Chemistry Communications. 2023;155:111088. doi: 10.1016/j.inoche.2023.111088
  29. Nagore P, Ghotekar S, Mane K, Ghoti A, Bilal M, Roy A. Structural properties and antimicrobial activities of Polyalthia longifolia leaf extract-mediated CuO nanoparticles. BioNanoScience. 2021;11(2):579-589. doi: 10.1007/s12668-021-00851-4
  30. Nair GM, Sajini T, Mathew B. Advanced green approaches for metal and metal oxide nanoparticles synthesis and their environmental applications. Talanta Open. 2022;5:100080. doi: 10.1016/j.talo.2021.100080
  31. Naz S, Gul A, Zia M, Javed R. Synthesis, biomedical applications, and toxicity of CuO nanoparticles. Applied Microbiology and Biotechnology. 2023;107(4):1039-1061. doi: 10.1007/s00253-023-12364-z
  32. Naz S, Gul A, Zia M. Toxicity of copper oxide nanoparticles: a review study. IET nanobiotechnology. 2020;14(1):1-13. doi: 1049/iet-nbt.2019.0176
  33. Nechitailo KS, Sizova EA, Lebedev SV, Miroshnikov SA, Ryazantseva KV, Yausheva EV, Shoshin DE, Fisinin    Modern  approaches  to  the  use  of  ultrafine  and  nanoparticles  as  components  of  feed  additives  in  poultry  farming.  World's  Poultry  Science Journal. 2025;81(2):481-520. doi: 10.1080/00439339.2025.2457070
  34. Nguyen TLA, Bhattacharya D. Antimicrobial activity of quercetin: an approach to its mechanistic principle. Molecules. 2022;27(8):2494. doi: 10.3390/molecules27082494
  35. Ochoa-Herrera V, León G, Banihani Q, Field JA, Sierra-Alvarez R. Toxicity of copper (II) ions to microorganisms in biological wastewater treatment systems. Science of the Total Environment. 2011;412:380-385. doi: 10.1016/j.scitotenv.2011.09.072
  36. Periferakis A, Periferakis K, Badarau IA, Petran EM, Popa DC, Caruntu A, Costache RS, Scheau C, Caruntu C, Costache DO. Kaempferol: antimicrobial properties, sources, clinical, and traditional applications. International Journal of Molecular Sciences. 2022;23(23):15054. doi: 10.3390/ijms232315054
  37. Rabbani G, Khan MJ, Ahmad A, Maskat MY, Khan RH. Effect of copper oxide nanoparticles on the conformation and activity of β-galactosidase. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2014;123:96-105. doi: 10.1016/j.colsurfb.2014.08.035
  38. Radulescu DM, Surdu VA, Ficai A, Ficai D, Grumezescu AM, Andronescu E. Green synthesis of metal and metal oxide nanoparticles: a review of the principles and biomedical applications. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(20):15397. doi: 10.3390/ijms242015397
  39. Ramos-Zúñiga J, Bruna N, Pérez-Donoso JM. Toxicity mechanisms of copper nanoparticles and copper surfaces on bacterial cells and viruses. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(13):10503. doi: 10.3390/ijms241310503
  40. Samoilova Z, Smirnova G, Muzyka N, Oktyabrsky O. Medicinal plant extracts variously modulate susceptibility of Escherichia coli to different antibiotics. Microbiological research. 2014;169(4):307-313. doi: 10.1016/j.micres.2013.06.013
  41. Shoshin DE, Sizova EA, Yausheva EV, Ryazantseva KV, Nechitajlo KS, Kamirova AM. Ultrafine metallic particles as inducers of digestive processes in rumen: dry matter digestibility of feed and enzymatic activity. Scientifica. 2025;2025(1):9556646. doi: 10.1155/sci5/9556646
  42. Sizova E, Miroshnikov S, Yausheva E, Kosyan D. Comparative characteristic of toxicity of nanoparticles using the test of bacterial bioluminescence. Biosciences Biotechnology Research Asia. 2015;12:361-368. doi: 13005/bbra/2211
  43. Sizova EA, Shoshin DE, Yausheva EV, Ivanishcheva AP, Nechitailo KS, Ryazantseva KV. Influence of lactulose as a composition of organic-mineral feed additive on broiler chicken productivity, feed digestibility, and microbiome. Veterinary World. 2025;18(7):2095-2105. doi: 10.14202/vetworld.2025.2095-2105
  44. Tang H, Xu M, Luo J, Zhao L, Ye G, Shi F, Lv C, Chen H, Wang Y, Li Y. Liver toxicity assessments in rats following sub-chronic oral exposure to copper nanoparticles. Environmental Sciences Europe. 2019;31(1): doi: 10.1186/s12302-019-0214-0
  45. Thakur S, Shandilya M, Thakur S, Sharma DK. Growth mechanism and characterization of CuO nanostructure as a potent antimicrobial agent. Surfaces and Interfaces. 2020;20:100551. doi: 10.1016/j.surfin.2020.100551
  46. Tian Q, Wei S, Su H, Zheng S, Xu S, Liu M, Bo R, Li J. Bactericidal activity of gallic acid against multi-drug resistance Escherichia coli. Microbial Pathogenesis. 2022;173:105824. doi: 10.1016/j.micpath.2022.105824
  47. Tsang T, Davis CI, Brady DC. Copper biology. Current Biology. 2021;31(9):R421-R427. doi: 10.1016/j.cub.2021.03.054
  48. Tsikourkitoudi V, Henriques-Normark B, Sotiriou GA. Inorganic nanoparticle engineering against bacterial    Current  Opinion  in Chemical Engineering. 2022;38:100872. doi: 10.1016/j.coche.2022.100872
  49. Villagrán Z, Anaya-Esparza LM, Velázquez-Carriles CA, Silva-Jara JM, Ruvalcaba-Gómez JM, Aurora-Vigo EF, Rodríguez-Lafitte E, Rodríguez-Barajas N, Balderas-León I, Martínez-Esquivias F. Plant-based extracts as reducing, capping, and stabilizing agents for the green synthesis of inorganic nanoparticles. Resources. 2024;13(6):70. doi: 10.3390/resources13060070
  50. Vitalone A, Allkanjari O. Epilobium spp: pharmacology and phytochemistry. Phytotherapy Research. 2018;32(7):1229-1240. doi: 10.1002/ptr.6072
  51. Vlase AM, Toiu A, Tomuță I, Vlase L, Muntean D, Casian T, Fizeșan I, Nadăș GC, Novac CȘ, Tămaș M, Crișan G. Epilobium species: from optimization of the extraction process to evaluation of biological properties. Antioxidants. 2023;12(1):91. doi: 10.3390/antiox12010091
  52. Wang D, Lin Z, Wang T, Yao Z, Qin M, Zheng S, Lu W. Where does the toxicity of metal oxide nanoparticles come from: the nanoparticles, the ions, or a combination of both? Journal of Hazardous Materials. 2016;308:328-334. doi: 10.1016/j.jhazmat.2016.01.066
  53. Wang H, Long W, Chadwick D, Zhang X, Zhang S, Piao X, Hou Y. Dietary acidifiers as an alternative to antibiotics for promoting pig growth performance: A systematic review and meta-analysis. Animal Feed Science and Technology. 2022;289:115320. doi: 10.1016/j.anifeedsci.2022.115320
  54. Yugandhar P, Vasavi T, Jayavardhana Rao Y, Uma Maheswari Devi P, Narasimha G, Savithramma N. Cost effective, green synthesis of copper oxide nanoparticles using fruit extract of Syzygium alternifolium (Wt.) Walp., characterization and evaluation of antiviral activity. Journal of Cluster Science. 2018;29(4):743-755. doi: 10.1007/s10876-018-1395-1
  55. Zhao S, Su X, Wang Y, Yang X, Bi M, He Q, Chen Y. Copper oxide nanoparticles inhibited denitrifying enzymes and electron transport system activities to influence soil denitrification and N2O emission. Chemosphere. 2020;245:125394. doi: 10.1016/j.chemosphere.2019.125394
  56. Zheng S, Li Y, Chen C, Wang N, Yang F. Solutions to the dilemma of antibiotics use in livestock and poultry farming: regulation policy and alternatives. Toxics. 2025;13(5):348. doi: 10.3390/toxics13050348
  57. Zhou JL, Chen HH, Xu J, Huang MY, Wang JF, Shen HJ, Shen SX, Gao CX, Qian CD. Myricetin acts as an inhibitor of type II NADH Dehydrogenase from Staphylococcus aureus. Molecules. 2024;29(10):2354. doi: 10.3390/molecules29102354

Информация об авторах:

            Даниил Евгеньевич Шошин, аспирант, младший научный сотрудник отдела физиологии, биохимии и морфологии животных, Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук, 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, д. 29; ассистент научно-образовательного центра «Биологические системы и нанотехнологии», Оренбургский государственный университет имени В.А. Бондаренко, 460018, г. Оренбург, пр. Победы, 13, тел.: 8-965-932-53-67.

            Кристина Владимировна Рязанцева, кандидат биологических наук, научный сотрудник отдела физиологии, биохимии и морфологии животных, Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук, 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, д. 29, тел.: 8-986-775-95-45.

            Ксения Сергеевна Нечитайло, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник отдела физиологии, биохимии и морфологии животных, Федеральный научный центр биологических  систем и агротехнологий Российской академии наук, 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, д. 29; старший преподаватель научно-образовательного центра «Биологические системы и нанотехнологии», Оренбургский государственный университет имени В.А. Бондаренко, 460018, г. Оренбург, пр. Победы, 13, тел.: 8-905-893-55-99.

            Елена Анатольевна Сизова, доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории молекулярно-генетических исследований и металломики в животноводстве, Федеральный  научный  центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук, 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, д. 29; профессор научно-образовательного центра «Биологические   системы   и  нанотехнологии»,  Оренбургский  государственный  университет имени В.А. Бондаренко, 460018, г. Оренбург, пр. Победы, 13, тел.: 8-912-344-99-07.

            Андрей Михайлович Брежнев, аспирант, лаборант-исследователь отдела физиологии, биохимии и морфологии животных, Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук, 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, д. 29, тел.: 8-912-844-34-59.

          Алексей Михайлович Гулюкин, доктор ветеринарных наук, член-корреспондент РАН,  ведущий  научный  сотрудник  лаборатории эпизоотологии, Федеральный исследовательский центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной ветеринарии им. К.И. Скрябина и Ю.Р. Коваленко Российской академии наук, 109428, Москва, Рязанский проспект, д. 24, стр. 1.

Статья поступила в редакцию 18.02.2026; одобрена после рецензирования 27.05.2026; принята к публикации 15.06.2026.

Загрузить