ОКИСЛЕНИЕ ОЛИГОСАХАРИДА ХОЛОДНОЙ АТМОСФЕРНОЙ ПЛАЗМОЙ: МОДЕЛИРОВАНИЕ НА АТОМНОМ УРОВНЕ
Холодная атмосферная плазма (ХАП) эффективно используется в ряде областей медицины, в частности, при
удалении биопленок с поверхностей. Однако молекулярные механизмы эффектов ХАП до сих пор плохо изучены. В
этом исследовании механизмы ХАП-индуцированного окисления олигосахаридов изучались с использованием
моделирования реактивной молекулярной динамики (МД). В частности, изучались процессы взаимодействия
активных форм кислорода и азота, образуемых ХАП, с целлотриозой (модельная система для олигосахаридов).
Результаты моделирования показали, что при взаимодействии частиц активного кислорода с целлотриозой
происходит диссоциация структурно важных гликозидных связей молекулы. Это приводит к разрушению молекулы
олигосахарида. Эти результаты МД согласовывались с экспериментальными результатами по окислению
целлотриозы с помощью ХАП.
1. Abdallah, M., Benoliel, C., Drider, D. et al. Biofilm formation and persistence on abiotic surfaces in the context of food
and medical environments. Arch. Microbiol. 196, 453 (2014).
2. Akos V., Victoria H., K Scott P. Analytical challenges of microbial biofilms on medical devices. Anal. Chem. 84, 3858
(2012).
3. Estivill D., Arias A., Torres-Lana A. et al. Biofilm formation by five species of Candida on three clinical materials.
Microbiol. Methods 86, 238 (2011)
4. S H.‐. Joo, Otto M., Molecular basis of in vivo biofilm formation by bacterial pathogens. Chem. Biol. 19, 1503( 2012).
5. Garrett T. R., Bhakoo M., Zhang Z., Bacterial adhesion and biofilms on surfaces. Prog. Nat. Sci, 18,1049 (2008).
6. Flemming H.‐C., Neu T. R., Wozniak D. J., The EPS J., matrix: the ‘house of biofilm cells. Bacteriol. 189, 7945
(2007).
7. Mai‐Prochnow A., Bradbury M., Ostrikov K. et al. Pseudomonas aeruginosa Biofilm Response and Resistance to Cold
Atmospheric Pressure Plasma Is Linked to the Redox-Active Molecule Phenazine. PLoS One, 10, e0130373 (2015).
8. Mai‐Prochnow A., Chapter 4‐Cold Plasma to Control Biofilms on Food and in the Food‐Processing Environment,
Academic Press, 109, 143 (2020).
9. Mai‐Prochnow A., Zhou R., Zhang T.. et al. Interactions of plasma-activated water with biofilms: inactivation,
dispersal effects and mechanisms of action. NPJ BiofilmsMicrobio, 7, 1 (2021)
10. Khosravi S., Jafari S., Zamani H. and et al. Inactivation of Staphylococcus aureus and Escherichia coli Biofilms by Air-
Based Atmospheric-Pressure DBD Plasma. Appl. Biochem.Biotechnol, 193, 3641. (2021).
11. Nima G., Harth‐Chu E., Hiers R. D. and et al. Antibacterial efficacy of non-thermal atmospheric plasma against
Streptococcus mutans biofilm grown on the surfaces of restorative resin composites. Sci.Rep, 11, 23800, (2021).
12. Lahiri D., Dash S., Dutta and R. et al. Elucidating the effect of anti-biofilm activity of bioactive compounds extracted
from plants. Biosci, 44, 52 (2019).
13. Tanhay Mangoudehi H., Zamani H., Shahangian S. S. and et al. Effect of curcumin on the expression of ahyI/R quorum
sensing genes and some associated phenotypes in pathogenic Aeromonas hydrophila fish isolates. World J. Microbiol.
Biotechno, 36, 70 (2020).
14. Pei X., Lu X., Liu J., Liu et al D., A battery-operated atmospheric-pressure plasma wand for biomedical applications.
Appl. Phys., 45, 165205 (2012).
15. Bourke P., Ziuzina D., Han L. et al. Microbiological interactions with cold plasma. J. Appl. Microbiol., 123, 308
(2017).
16. Christoph O., Margarete N. and Jin Ch. W. Microbial mutagenesis by atmospheric and room-temperature plasma
(ARTP): the latest development. Bioresour. Bioprocess, 5,12 (2018)
17. . Soignet D, Hinojosa O., Ward T. et al. The effects of plasma irradiation on saccharides. J. Macromol.Sci. Chem., 17,
403 (1982)
18. Li Y., Friedman G., Fridman A. et al. Decomposition of sugars under non-thermal dielectric barrier discharge plasma.
Clin. Plas. Med., 2, 56 (2014).
19. Ahmadi M., Nasri Z., T. von Woedtke et al. d-Glucose Oxidation by Cold Atmospheric Plasma-Induced Reactive
Species. ACS Omega, 7, 28361 (2022).
20. Benedikt J., Mokhtar M. Hefny, Shaw A. et al. The fate of plasma-generated oxygen atoms in aqueous solutions: non-
equilibrium atmospheric pressure plasmas as an efficient source of atomic O(aq). Phys. Chem. Chem.Phys., 20, 12037
(2018).
21. Almeida F. D. L., Cavalcante R. S., Cullen P. J. et al. Effects of atmospheric cold plasma and ozone on prebiotic
orange juice. Innovative Food Sci.Emerg. Technol., 32, 127 (2015).
22. Delaux J., Ortiz C. Mellet, Canaff C., et al. Theoretical exploration of the reactivity of cellulose models under non-
thermal plasma conditions—mechanistic and NBO studies. Chem. A Eur. J., 22, 16522 (2016).
23. Elstner M., Porezag D., Jungnickel G., Elsner J. et al. Self-consistent-charge density-functional tight-binding method
for simulations of complex materials properties. Phys. Rev. B: Condens.Matter Mater. Phys., 58, 7260 (1998).
24. Elstner M., Frauenheim T., Suhai S., An approximate DFT method for QM/MM simulations of biological structures
and processes. J. Mol. Struct. Theochem. 632, 29 (2003).
25. Gaus M., Goez A., Elstner M., Parametrization and Benchmark of DFTB3 for Organic Molecules. J. Chem. Theory
Comput.,9, 338 (2013).
26. Qian H.‐J., van A. C. Duin, K. Morokuma, S. Irle. Reactive molecular dynamics simulation of fullerene combustion
synthesis: ReaxFF vs DFTB potentials. J. Chem. Theory Comput., 7, 2040 (2011).
27. Gaus M., X. Lu, M. Elstner, Q. Cui. Parameterization of DFTB3/3OB for sulfur and phosphorus for chemical and
biological applications. J. Chem. Theory Comput., 10, 1518 (2014).
28. M. Kubillus, T. Kubar, M. Gaus et al. Parameterization of the DFTB3 method for Br, Ca, Cl, F, I, K, and Na in organic
and biological systems. J. Chem. Theory Comput., 11, 332 (2015)
29. H. J. Berendsen, J.v Postma, W. F. Van Gunsteren et al. Field-Induced Hydration Shell Reorganization Enables
Electro-osmotic Flow in Nanochannels. J. Chem. Phys., 81, 3684 (1984)
30. M. Yusupov, D. Dewaele,P. Attri, U. Khalilov et al. Molecular understanding of the possible mechanisms of
oligosaccharide oxidation by cold plasma. Plasma. Process. Polym., e2200137 (2022).
Copyright (c) 2026 «ВЕСТНИК НУУз»
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-ShareAlike» («Атрибуция — Некоммерческое использование — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.
.jpg)
2.png)
