Антимикробный потенциал йодсодержащих веществ и материалов

Несмотря на поиск и разработку новых антимикробных препаратов с антибиотическими или  антисептическими свойствами, распространение полирезистентных штаммов микроорганизмов по-прежнему остаётся серьёзной проблемой в лечении и профилактике инфекционных заболеваний (раневые, послеоперационные и ожоговые инфекции, предоперационная обработка операционного и инъекционного поля пациента, гигиеническая обработка рук хирургов, медицинского персонала и т. д.). Настоящий обзор современных отечественных и зарубежных литературных источников посвящён анализу данных о перспективах применения веществ и материалов с йодом и йодидами в качестве антимикробных агентов. В современных условиях возрастающее количество научных работ посвящены изучению и разработке различных препаратов, обладающих характеристиками, специфичными для их применения. Антимикробные соединения с йодом могут быть применены к широкому спектру материалов, таких как текстиль, пластик, металлы, керамика, что позволяет этим материалам быть устойчивыми к микробному росту и росту биоплёнок. Обобщены литературные данные по высокой антимикробной активности йода как в нейтральных носителях, так и в синергии с уже обладающими подобными свойствами веществами. Такие комплексные препараты в значительной мере теряют токсичность, действуя пролонгировано с сохранением своих свойств. Основные механизмы противомикробного воздействия йода и соединений с йодом предопределяет их сильная окислительная способность. Обращено внимание на спектр активности препаратов йода. Наряду с антимикробным эффектом, они могут способствовать процессам регенерации. В  целом инновационные препараты с йодом с антибактериальными и фунгицидными свойствами перспективны для медицинских и других целей.

1. Breijyeh Z, Jubeh B, Karaman R. Resistance of Gram-negative bacteria to current antibacterial agents and approaches to resolve it. Molecules. 2020; 25(6): 1340. doi: 10.3390/molecules25061340

2. Ardila CM, Bedoya-García JA. Bacterial resistance to antiseptics used in dentistry: A systematic scoping review of randomized clinical trials. Int J Dent Hyg. 2023; 21(1): 141-148. doi: 10.1111/idh.12629

3. Rozman U, Pušnik M, Kmetec S, Duh D, Šostar Turk S. Reduced susceptibility and increased resistance of bacteria against disinfectants: A systematic review. Microorganisms. 2021; 9(12): 2550. doi: 10.3390/microorganisms9122550

4. Sum S, Park HM, Oh JY. High-level mupirocin resistance in Gram-positive bacteria isolated from diseased companion animals. J Vet Sci. 2020; 21(3): 40. doi: 10.4142/jvs.2020.21.e40

5. World Health Organization. Antimicrobial resistance. 2021. URL: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/antimicrobial-resistance [date of access: 15.05.2023].

6. Imran M, Jha SK, Hasan N, Insaf A, Shrestha J, Shrestha J, et al. Overcoming multidrug resistance of antibiotics via nanodelivery systems. Pharmaceutics. 2022; 14(3): 586. doi: 10.3390/pharmaceutics14030586

7. Sharma D, Misba L, Khan AU. Antibiotics versus biofilm: an emerging battleground in microbial communities. Antimicrob Resist Infect Control. 2019; 8: 76. doi: 10.1186/s13756-019-0533-3

8. Barakat NA, Rasmy SA, Hosny AEDMS, Mona T. Kashef MT. Effect of povidone-iodine and propanol-based mecetronium ethyl sulphate on antimicrobial resistance and virulence in Staphylococcus aureus. Antimicrob Resist Infect Control. 2022; 11: 139. doi: 10.1186/s13756-022-01178-9

9. Odlaug TE. Antimicrobial activity of halogens. J Food Protect. 1981; 44(8): 608-613. doi: 10.4315/0362-028X-44.8.608

10. Amachi S. Microbial contribution to global iodine cycling: Volatilization, accumulation, reduction, oxidation, and sorption of iodine. Microbes Environ. 2008; 23(4): 269-276. doi: 10.1264/jsme2.me08548

11. Espino-Vázquez AN, Rojas-Castro FC, Fajardo-Yamamoto LM. Implications and practical applications of the chemical speciation of iodine in the biological context. Future Pharmacol. 2022; 2(4): 377-414. doi: 10.3390/futurepharmacol2040026

12. Greenwood NN, Earnshaw A. The halogens: Fluorine, chlorine, bromine, iodine and astatine. Chemistry of the elements. Butterworth-Heinemann; 1997: 789-887. doi: 10.1016/b978-0-7506-3365-9.50023-7

13. Molchanova N, Nielsen JE, Sørensen KB, Prabhala BK, Hansen PR, Lund R, et al. Halogenation as a tool to tune antimicrobial activity of peptoids. Sci Rep. 2020; 10(1): 14805. doi: 10.1038/s41598-020-71771-8

14. Edis Z, Haj Bloukh S, Abu Sara H, Bhakhoa H, Rhyman L, Ramasami P. “Smart” triiodide compounds: Does halogen bonding influence antimicrobial activities? Pathogens. 2019; 8(4): 182. doi: 10.3390/pathogens8040182

15. Dattilo S, Spitaleri F, Aleo D, Saita MG, Patti A. Solid-state preparation and characterization of 2-hydroxypropylcyclodextrinsiodine complexes as stable iodophors. Biomolecules. 2023; 13(3): 474. doi: 10.3390/biom13030474

16. Han X, Boix G, Balcerzak M, Moriones OH, Cano-Sarabia M, Cortés P, et al. Antibacterial films based on MOF composites that release iodine passively or upon triggering by near-infrared light. Adv Funct Mater. 2022; 32(19): 2112902. doi: 10.1002/adfm.202112902

17. Li R, Wang Z, Lian X, Hu X, Wang Y. Antimicrobial rubber nanocapsule-based iodophor promotes wound healing. Chin Chem Soc. 2020; 2(2): 245-256. doi: 10.31635/ccschem.020.201900101

18. Artasensi A, Mazzotta S, Fumagalli L. Back to basics: Choosing the appropriate surface disinfectant. Antibiotics. 2021; 10: 613. doi: 10.3390/antibiotics10060613

19. Cooper RA. Iodine revisited. Int Wound J. 2007; 4(2): 124-137. doi: 10.1111/j.1742-481X.2007.00314.x

20. Kaiho T (ed.). Physical properties of iodine. Iodine chemistry and applications. John Wiley & Sons, Inc; 2015. doi: 10.1002/9781118909911

21. Makhayeva DN, Irmukhametova GS, Khutoryanskiy VV. Polymeric iodophors: Preparation, properties, and biomedical applications. Rev J Chem. 2020; 10(1): 40-57. doi: 10.1134/S2079978020010033

22. Еноктаева О.В., Николенко М.В., Трушников Д.Ю., Барышникова Н.В., Соловьева С.В. Механизм формирования биопленок грибов рода Сandida при кандидозной инфекции (обзор литературы). Проблемы медицинской микологии. 2021; 23(4): 3-8. doi: 10.24412/1999-6780-2021-4-3-8

23. Cuellar-Rufino S, Arroyo-Xochihua O, Salazar-Luna A, Arroyo-Helguera O. Iodine induces toxicity against Candida albicans and Candida glabrata through oxidative stress. Iranian Journal of Microbiology. 2022; 14(2): 260-267. doi: 10.18502/ijm.v14i2.9195

24. Sidahmed MS, Nimir AHH. Effect of peptone on the antifungal activity of povidone iodine. IntJ Curr Microbiol Appl Sci. 2020; 9(12): 1798-1802. doi: 10.20546/ijcmas.2020.912.213

25. Karaman R, Jubeh B, Breijyeh Z. Resistance of Gram-positive bacteria to current antibacterial agents and overcoming approaches. Molecules. 2020; 25(12): 2888. doi: 10.3390/molecules25122888

26. Szymanski CM. Bacterial glycosylation, it’s complicated. Front Mol Biosci. 2022; 9: 1015771. doi: 10.3389/fmolb.2022.1015771

27. Nikaido H. Molecular basis of bacterial outer membrane permeability revisited. Microbiol Mol Biol Rev. 2003; 67(4): 93-656. doi: 10.1128/MMBR.67.4.593-656.2003

28. Edis Z, Raheja R, Bloukh SH, Bhandare RR, Sara HA, Reiss GJ. Antimicrobial hexaaquacopper (II) complexes with novel polyiodide chains. Polymers. 2021; 13(7): 1005. doi: 10.3390/polym13071005

29. Liu J, Mao C, Dong L, Kang P, Ding C, Zheng T, et al. Excessive iodine promotes pyroptosis of thyroid follicular epithelial cells in Hashimoto’s thyroiditis through the ROS-NF-κB-NLRP3 pathway. Front Endocrinol. 2019; 10: 778. doi: 10.3389/fendo.2019.00778

30. Valduga G, Bertoloni G, Reddi E, Jori G. Effect of extracellularly generated singlet oxygen on gram-positive and gramnegative bacteria. J Photochem Photobiol B Biol. 1993; 21(1): 81-86. doi: 10.1016/1011-1344(93)80168-9

31. Попов И.В., Сафроненко А.В., Мазанко М.С., Тягливый А.С., Головин С.Н., Попов И.В., и др. История применения йодсодержащих веществ в асептике и антисептике. Ветеринарная патология. 2021; 4: 76-83. doi: 10.25690/VETPAT.2021.10.92.001

32. Barreto R, Barrois B, Lambert J, Malhotra-Kumar S, Santos-Fernandes V, Monstrey S. Addressing the challenges in antisepsis: focus on povidone iodine. Int J Antimicrob Agents. 2020; 56(3): 106064. doi: 10.1016/j.ijantimicag.2020.106064

33. Ferguson AW, Scott JA, McGavigan J, Elton RA, McLean J, Schmidt U, et al. Comparison of 5% povidone-iodine solution against 1% povidone-iodine solution in preoperative cataract surgery antisepsis: A prospective randomised double blind study. Br J Ophthalmol. 2003; 87(2): 163-167. doi: 10.1136/bjo.87.2.163

34. Thakur SS, Bai A, Chan D, Lu J, Lu M, Su A, et al. Ex vivo evaluation of the influence of pH on the ophthalmic safety, antibacterial efficacy and storage stability of povidone-iodine. Clin Experim Optometry. 2021; 104(2): 162-166. doi: 10.1111/cxo.13100

35. Борисов И.В. Повидон-йод – новые возможности знакомого препарата (обзор литературы). Раны и раневые инфекции. Журнал имени профессора Б.М. Костючёнка. 2021; 8(3): 14-20.

36. Морозов А.М., Сергеев А.Н., Морозова А.Д., Рачек А.М., Куркова В.В., Семенова С.М., и др. О возможности применения самоклеящихся хирургических пленок. Вестник современной клинической медицины. 2022; 15(4): 86-93. doi: 10.20969/VSKM.2022.15(4).86-93

37. García-Álvarez R, Vallet-Regí M. Hard and soft protein corona of nanomaterials: Analysis and relevance. Nanomaterials. 2021; 11(4): 888. doi: 10.3390/nano11040888

38. Li X, Wang B, Liang T, Wang R, Song P, He Y. Synthesis of cationic acrylate copolyvidone-iodine nanoparticles with double active centers and their antibacterial application. Nanoscale. 2020; 12(42): 21940-21950. doi: 10.1039/d0nr05462c

39. Tonoyan L, Fleming GTA, McCay PH, Friel R, O’Flaherty V. Antibacterial potential of an antimicrobial agent inspired by peroxidase-catalyzed systems. Front Microbiol. 2017; 8: 680. doi: 10.3389/fmicb.2017.00680

40. Lundin JG, McGann CL, Weise NK, Estrella LA, Balow RB, Streifel BC, et al. Iodine binding and release from antimicrobial hemostatic polymer foams. React Funct Polym. 2019; 135: 44-51. doi: 10.1016/j.reactfunctpolym.2018.12.009

41. Nechaeva OV, Tikhomirova EI, Zayarsky DA, Bespalova NV, Glinskaya EV, Shurshalova NF, et al. Anti-biofilm activity of polyazolidinammonium modified with iodine hydrate ions against microbial biofilms of uropathogenic coliform bacteria. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2017; 162(6): 781-783. doi: 10.1007/s10517-017-3712-3

42. Нечаева О.В., Тихомирова Е.И., Заярский Д.А., Вакараева М.М. Антимикробная активность полиазолидинаммония, модифицированного гидрат-ионами йода. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2015; 92(3): 88-92.

43. Верховский Р.А., Нечаева О.В., Тихомирова Е.И. Оценка действия полимерного соединения на процесс формирования микробных биопленок штаммами Pseudomonas aeruginosa. Бактериология. 2018; 3(1): 63-66.

44. Kristinsson KG, Jansen B, Treitz U, Schumacher-Perdreau F, Peters G, Pulverer G. Antimicrobial activity of polymers coated with iodine-complexed polyvinylpyrrolidone. J Biomater Appl. 1991; 5(3): 173-184. doi: 10.1177/088532829100500303

45. Khoerunnisa F, Rahmah W, Seng Ooi B, Dwihermiati E, Nashrah N, Fatimah S, et al. Chitosan/PEG/MWCNT/Iodine composite membrane with enhanced antibacterial properties for dye wastewater treatment. J Environ Chem Eng. 2020; 8(2): 103686. doi: 10.1016/j.jece.2020.103686

46. Tang Y, Xie L, Sai M, Xu N, Ding D. Preparation and antibacterial activity of quaternized chitosan with iodine. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2015; 48: 1-4. doi: 10.1016/j.msec.2014.11.019

47. Мирзахидова М.М., Гафурова Д.А. Композиционные материалы на основе йодсодержащих полимеров. Universum: Технические науки. 2022; 7(100): 17-20.

48. Sharma R, Pahwa R, Ahuja M. Iodine‐loaded poly(silicic acid) gellan nanocomposite mucoadhesive film for antibacterial application. J Appl Polymer Sci. 2020; 38(2): 49679. doi: 10.1002/app.49679

49. Шарипова С.Г., Понамарев Е.Е., Ершова Н.Р., Мударисова Р.Х., Кулиш Е.И. Иммобилизация йода на хитозановой матрице. Вестник Башкирского университета. 2010; 15(4): 1122-1123.

50. Dideikin AT, Vul’ AY. Graphene oxide and derivatives: The place in graphene family. Front. Phys. 2019; 6: 149. doi: 10.3389/fphy.2018.00149

51. Narayanan KB, Park GT, Han SS. Antibacterial properties of starch-reduced graphene oxide-polyiodide nanocomposite. Food Chem. 2021; 342: 128385. doi: 10.1016/j.foodchem.2020.128385

52. Belova VV, Zakharova OV, Stolyarov RA, Gusev AA, Vasyukova IA, Baranchikov PA, et al. Antibacterial and cytotoxic effects of Multi-walled carbon nanotubes functionalized with iodine. Nanobiotechnology Reports. 2022; 17: 184-192. doi: 10.1134/S2635167622020033

53. Зубенко А.А., Фетисов Л.Н., Кононенко К.Н., Святогорова А.Е., Андрос Н.О. Антимикробная активность йода адсорбированного на активированном угле. Ветеринария Северного Кавказа. 2022; 3: 27-33.

54. Mohan A, Al-Sayah MH, Ahmed A, El-Kadri МO. Triazinebased porous organic polymers for reversible capture of iodine and utilization in antibacterial application. Sci Rep. 2022; 12(1): 2638. doi: 10.1038/s41598-022-06671-0

55. Танцырев А.П., Фадеева Т.В., Невежина А.В., Шурыгина И.А., Титова Ю.Ю., Иванов А.В., и др. Способ получения йод-содержащих композитов арабиногалактана с антимикробными и противогрибковыми свойствами: Патент 2795219 Рос. Федерация; МПК A61K 33/18 (2006.01), A61K 47/36 (2006.01), A61P 31/00 (2006.01). № 2022120048; заявл. 21.07.2022; опубл. 02.05.2023. Бюл. № 13.

56. Стрекаловская Е.И., Звягинцева Н.Д., Танцырев А.П., Буковская Н.Е., Балханова Т.И. Сравнительная характеристика антибактериального действия наночастиц йода и теллура на грамотрицательные микроорганизмы (на примере Escherichia coli) в качестве перспективной альтернативы антимикробным препаратам. Материалы VII Пущинской конференции «Биохимия, физиология и биосферная роль микроорганизмов»,школы-конференции для молодых ученых, аспирантов и студентов «Генетические технологии в микробиологии и микробное разнообразие». М.: ГЕОС; 2021: 91-93. doi: 10.34756/GEOS.2021.17.37922

57. Мударисова Р.Х., Сагитова А.Ф., Куковинец О.С., Колесов С.В. Межмолекулярные взаимодействия йода с низкометоксилированным яблочным пектином, модифицированным фармакофорами. Высокомолекулярные соединения. 2023; 65(1): 28-36.

58. Костин В.И., Михеева Л.А., Черноокая Е.В. Использование пектина из амаранта для получения комплексных соединений меди и йода. Нетрадиционные природные ресурсы, инновационные технологии и продукты: Сборник научных трудов. 2012; 20: 173-176.

59. Sabitov AN, Turganbay S, Jumagaziyeva AB. Structure and properties of the di-((2s)-2-amino-3-(1h-indol-3-yl)propionate) dihydrotetraiodide. Chemical Journal of Kazakhstan. 2021; 2(74): 87-103. doi: 10.51580/2021-1/2710-1185.31

60. Au-Duong AN, Lee CK. Iodine-loaded metal organic framework as growth-triggered antimicrobial agent. Mat Sci Engineer CMat Biol Appl. 2017; 76: 477-482. doi: 10.1016/j.msec.2017.03.114

61. Yamaguchi S, Le PTM, Shintani SA, Takadama H, Ito M, Ferraris S, Spriano S. Iodine-loaded calcium titanate for bone repair with sustainable antibacterial activity prepared by solution and heat treatment. Nanomaterials. 2021; 11(9): 2199. doi: 10.3390/nano11092199

62. Ong K, Yun M, White J. New biomaterials for orthopedic implants. Orthop Res Rev. 2015; 7: 107-130. doi: 10.2147/ORR.S63437

63. Kannan M, Rajarathinam K, Venkatesan S, Dheeba B, Maniraj A. Nanostructures for antimicrobial therapy. Silver Iodide Nanoparticles as an Antibiofilm Agent – ACase Study onGram-Negative Biofilm-Forming Bacteria. Elsevier; 2017: 435-456. doi: 10.1016/B978-0-323-46152-8.00019-6

64. Pramanik A, Laha D, Bhattacharya D, Pramanik P, Karmakar P. A novel study of antibacterial activity of copper iodide nanoparticle mediated by DNA and membrane damage. Colloids Surf B Biointerfaces. 2012; 96: 50-55. doi: 10.1016/j.colsurfb.2012.03.021

65. Montazerozohori M, Khadem Z, Masoudiasl A, Naghiha R, Ghanbari S, Doert Th. A zinc iodide complex with two-dimensional supra-molecular network: new antimicrobial four coordinated zinc complexes. Journal of the Iranian Chemical Society. 2016; 13: 779-791. doi: 10.1007/s13738-015-0791-9

66. Красочко П.А., Шиёнок М.А., Понаськов М.А. Антибактериальная активность комплексного соединения на основе серебра и йода. Ученые записки УО ВГАВМ. 2020; 56(1): 61-64.

67. Aoki S, Yamakawa K, Kubo K, Takeshita J, Takeuchi M, Nobuoka Y, et al. Antibacterial properties of silicone membranes after a simple two-step immersion process in iodine and silver nitrate solutions. Biocontrol Sci. 2018; 23(3): 97-105. doi: 10.4265/bio.23.97