desinДезинфектологияDisinfectology3033-64653033-7739Федеральный научный центр гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана10.47470/dez002DNQKPJdesin-7Research ArticleБИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИBIOLOGICAL SCIENCESОценка прямого и опосредованного бактерицидного эффекта газоразрядной низкотемпературной плазмы на бактерии in vitroEvaluation of the Direct and Indirect Bactericidal Effect of Low-Temperature Gas-Discharge Plasma on Bacteria In Vitrohttps://orcid.org/0009-0006-8246-8222АбрашитовГлеб НиколаевичAbrashitovGleb N.

Студент-магистр каф. физиологии человека и животных биологического факультета ФГБОУ ВО МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва. Россия

e-mail: gleb58a@mail.ru

Master's student, Department of human and animal physiology, Faculty of biology, Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia

e-mail: gleb58a@mail.ru

gleb58a@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7886-1885МанченкоДарья МихайловнаManchenkoDaria M.

Канд. биол. наук, доцент каф. физиологии человека и животных биологического факультета ФГБОУ ВО МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия

e-mail: dashishka@mail.ru

Cand. Sci. (Biol.), Associate Professor, Department of human and animal physiology, Faculty of biology, Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia

e-mail: dashishka@mail.ru

dashishka@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7150-9010ЛеонтьеваМария РомановнаLeontievaMaria R.

Канд. биол. наук, доцент каф. микробиологии биологического факультета ФГБОУ ВО МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия

e-mail: x_blade@inbox.ru

Cand. Sci. (Biol.), Associate Professor, Department of microbiology, Faculty of biology, Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia

e-mail: x_blade@inbox.ru

x_blade@inbox.ruЯкунинВалерий ГеоргиевичYakuninValery G.

Канд. физ.-мат. наук, с. н. с. каф. физики полупроводников и криоэлектроники физического факультета ФГБОУ ВО МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия

e-mail: yvg51@bk.ru

Cand. Sci. (Phys.-Math.), senior researcher, Department of semiconductor physics and cryoelectronics, Faculty of physics, Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia

e-mail: yvg51@bk.ru

yvg51@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3234-1427ТимошенкоВиктор ЮрьевичTimoshenkoViktor Yu.

Д-р физ.-мат. наук, профессор каф. физики низких температур и сверхпроводимости физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия

e-mail: victor_timoshenk@mail.ru

Dr. Sci. (Phys.-Math.), Professor, Department of low temperature physics and superconductivity, Faculty of physics, Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia

e-mail: victor_timoshenk@mail.ru

victor_timoshenk@mail.ruФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»РоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian Federation202517092025113946Copyright © Абрашитов Г.Н., Манченко Д.М., Леонтьева М.Р., Якунин В.Г., Тимошенко В.Ю., 20252025Абрашитов Г.Н., Манченко Д.М., Леонтьева М.Р., Якунин В.Г., Тимошенко В.Ю.Abrashitov G.N., Manchenko D.M., Leontieva M.R., Yakunin V.G., Timoshenko V.Y.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.dezinfectologiya.ru/jour/article/view/7Введение

Введение. Применение потока газоразрядной низкотемпературной плазмы атмосферного давления, часто называемого холодной атмосферной плазменной струёй (ХАПС), представляет собой уникальный инструмент для решения актуальных задач биомедицины. ХАПС содержит большое число радикалов и молекул в возбуждённом состоянии, среди которых главную роль играют активные формы кислорода и азота (АФКА), а также включает в себя электроны и световое излучение. Генерируемые плазменной струёй АФКА вступают в реакцию с мембраной клеток и попадают во внутриклеточное пространство. Их активность может приводить к перекисному окислению липидов, повреждению ДНК, денатурации белков, нарушению клеточного метаболизма, что и индуцирует окислительный стресс у клеток.

Материал и методы

Материал и методы. В данной работе оценивалась бактерицидная активность локального воздействия ХАПС в отношении репрезентативных штаммов грамположительных и грамотрицательных бактерий. Использовали следующие монокультуры бактерий: грамотрицательные — Escherichia coli и Pseudomonas fluorescens, грамположительные — Bacillus megaterium и Mycobacterium sp. Использовали методы световой микроскопии и оценку выживаемости бактерий по изменению площади подавления роста. Для анализа радикального состава плазменного луча применяли спектрофотометрию.

Результаты

Результаты. Установлены оптимальные параметры воздействия, обеспечивающие эффективную инактивацию тест-культур микроорганизмов. Через 3 и 24 ч после завершения эксперимента зона подавления бактериального роста у грамотрицательных бактерий была намного больше, чем у грамположительных. При этом область подавления роста у Mycobacterium sp. оказалась наименьшей. Со временем эффект увеличения площади подавления роста после обработки усиливался для всех типов бактерий. Высевы обработанной плазмой биомассы и анализ активности роста бактерий показали, что после обработки бульон-сусло агар становится непригодной для роста бактерий.

Заключение

Заключение. Результаты подтверждают перспективность локального применения ХАПС как безопасного и эффективного физического метода антимикробной обработки в контексте задач дезинфекции и эпидемиологии.

Вклад авторов

Вклад авторов: Абрашитов Г.Н. — сбор и обработка материала, статистическая обработка данных, написание текста, редактирование, ответственность за целостность всех частей статьи; Манченко Д.М. — концепция и дизайн исследования, ответственность за целостность всех частей статьи; Леонтьева М.Р. — концепция и дизайн исследования, утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи; Якунин В.Г. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материала; Тимошенко В.Ю. — концепция и дизайн исследования, утверждение окончательного варианта статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Поступила 07

Поступила 07.07.2025 / Принята к печати: 20.08.2025 / Опубликована: 10.09.2025

Introduction

Introduction. The application of atmospheric pressure low-temperature gas discharge plasma, frequently referred to as cold atmospheric plasma (CAP), provides a unique tool for dealing with urgent biomedical issues. CAPs contains a large number of radicals and molecules in an excited state, among which reactive oxygen and nitrogen species (RONS) play a major role, and also includes electrons and light radiation. RONS generated by the plasma jet interact with the membrane cell and get into the intracellular space. Their activity can lead to lipid peroxidation, DNA damage, protein denaturation, and cell metabolism disruption, which induces ‘oxidative stress’ in cells.

Materials and methods

Materials and methods. This study assessed the local bactericidal activity of CAPs against representative strains of Gram-positive and Gram-negative bacteria. The following bacterial monocultures were used: Gram-negative — Escherichia coli and Pseudomonas fluorescens, Gram-positive — Bacillus megaterium and Mycobacterium sp. Light microscopy and bacterial survival assessment based on changes in the growth suppression area were applied. Spectrophotometry was applied to analyze the plasma ray's radical composition.

Results

Results. Optimal exposure parameters were determined to ensure effective test bacterial culture inactivation. Three and 24 hours after the experiment, the bacterial growth inhibition zone was much larger for Gram-negative bacteria than for Gram-positive bacteria. Meanwhile, the area for Mycobacterium sp. was the least of all. The effect of increasing the growth suppression area after treatment intensified over time for all bacterial types. Plasma treated biomass cultures and bacterial growth activity analysis revealed that BSA became unsuitable for bacterial growth after treatment.

Conclusion

Conclusion. The results confirm the promise of local application of CAPs as a safe and effective physical method of antimicrobial treatment in conjunction with disinfection and epidemiology.

Contribution

Contribution: Abrashitov G.N. — collection and processing of material, statistical processing of data, writing of text, editing, responsibility for the integrity of all parts of the article; Manchenko D.M. — concept and design of the study, responsibility for the integrity of all parts of the article; Leontyeva M.R. — concept and design of the study, approval of the final version of the article, responsibility for the integrity of all parts of the article; Yakunin V.G. — concept and design of the study, collection and processing of material; Timoshenko V.Yu. — concept and design of the study, approval of the final version of the article.

Funding

Funding. This study was not supported by any external sources of funding.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no obvious or potential conflicts of interest in connection with the publication of this article.

Received

Received: 07.07.2025 / Accepted: 20.08.2025 / Published: 10.09.2025

низкотемпературная плазмабиобезопасностьбактериирадикалыдезинфекцияlow-temperature plasmabiosafetybacteriaradicalsdisinfectionReferencesKong M.G., Kroesen G.M.W., Morfill G. et al. Plasma medicine: an introductory review. New Journal of Physics. 2009; 11(11): 115012-1/35. 115012. doi: 10.1088/1367-2630/11/11/115012Kong M.G., Kroesen G.M.W., Morfill G. et al. Plasma medicine: an introductory review. New Journal of Physics. 2009; 11(11): 115012-1/35. 115012. doi: 10.1088/1367-2630/11/11/115012Setlow P., Li L. Photochemistry and photobiology of the spore photoproduct: a 50‐year journey. Photochem. Photobiol. 2015; 91(6): 1263–90. DOI: https://doi.org/10.1111/php.12506Setlow P., Li L. Photochemistry and photobiology of the spore photoproduct: a 50‐year journey. Photochem. Photobiol. 2015; 91(6): 1263–90. DOI: https://doi.org/10.1111/php.12506Misra N.N., Yadav B., Roopesh M.S., Jo C. Cold plasma for effective fungal and mycotoxin control in foods: mechanisms, inactivation effects, and applications. Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 2019; 18(1): 106–20. DOI: https://doi.org/10.1111/1541-4337.12398Misra N.N., Yadav B., Roopesh M.S., Jo C. Cold plasma for effective fungal and mycotoxin control in foods: mechanisms, inactivation effects, and applications. Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 2019; 18(1): 106–20. DOI: https://doi.org/10.1111/1541-4337.12398Joshi S.G., Cooper M., Yost A., Paff M., Ercan U.K., Fridman G., et al. Nonthermal dielectric-barrier discharge plasma-induced inactivation involves oxidative DNA damage and membrane lipid peroxidation in Escherichia coli. Antimicrob. Agents Chemother. 2011; 55(3): 1053–62. DOI: https://doi.org/10.1128/aac.01002-10Joshi S.G., Cooper M., Yost A., Paff M., Ercan U.K., Fridman G., et al. Nonthermal dielectric-barrier discharge plasma-induced inactivation involves oxidative DNA damage and membrane lipid peroxidation in Escherichia coli. Antimicrob. Agents Chemother. 2011; 55(3): 1053–62. DOI: https://doi.org/10.1128/aac.01002-10Нетрусов А.И., Котова И.Б. Микробиология: теория и практика. М.; 2018.Netrusov A.I., Kotova I.B. Microbiology: Theory and Practice. Moscow; 2018. (In Russ.)Егорова М.А., Леонтьева М.Р., Малахова Д.В., Сорокина Е.В., Цавкелова Е.А. Учебное пособие по практической биологии. Раздел «Микробиология». М.; 2022.Egorova M.A., Leont'eva M.R., Malakhova D.V., Sorokina E.V., Tsavkelova E.A. Textbook on practical biology. Section «Microbiology». Moscow; 2022. (In Russ.)Schindelin J., Arganda-Carreras I., Frise E., Kaynig V., Longair M., Pietzsch T., et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nat. Methods. 2012; 9(7): 676–82. DOI: https://doi.org/10.1038/nmeth.2019Schindelin J., Arganda-Carreras I., Frise E., Kaynig V., Longair M., Pietzsch T., et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nat. Methods. 2012; 9(7): 676–82. DOI: https://doi.org/10.1038/nmeth.2019Batt S.M., Abrahams K.A., Besra G.S. Top five unanswered questions in bacterial cell wall research. Cell Surf. 2024; 11: 100122. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tcsw.2024.100122Batt S.M., Abrahams K.A., Besra G.S. Top five unanswered questions in bacterial cell wall research. Cell Surf. 2024; 11: 100122. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tcsw.2024.100122Huang K.C., Mukhopadhyay R., Wen B., Gitai Z., Wingreen N.S. Cell shape and cell-wall organization in Gram-negative bacteria. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2008; 105(49): 19282–19287. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.0805309105Huang K.C., Mukhopadhyay R., Wen B., Gitai Z., Wingreen N.S. Cell shape and cell-wall organization in Gram-negative bacteria. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2008;105(49):19282-19287. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.0805309105Braný D., Dvorská D., Halašová E., Škovierová H. Cold atmospheric plasma: A powerful tool for modern medicine. Int. J. Mol. Sci. 2020; 21(8): 2932. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms21082932Braný D., Dvorská D., Halašová E., Škovierová H. Cold atmospheric plasma: а powerful tool for modern medicine. Int. J. Mol. Sci. 2020; 21(8): 2932. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms21082932Lee C., Subhadra B., Choi H.G., Suh H.W., Uhm H.S., Kim H.J. Inactivation of mycobacteria by radicals from non-thermal plasma jet. J. Microbiol. Biotechnol. 2019; 29(9): 1401–11. DOI: https://doi.org/10.4014/jmb.1904.04060Lee C., Subhadra B., Choi H.G., Suh H.W., Uhm H.S., Kim H.J. Inactivation of mycobacteria by radicals from non-thermal plasma jet. J. Microbiol. Biotechnol. 2019; 29(9): 1401–11. DOI: https://doi.org/10.4014/jmb.1904.04060Kazemi A., Nicol M.J., Bilén S.G., Kirimanjeswara G.S., Knecht S.D. Cold atmospheric plasma medicine: Applications, challenges, and opportunities for predictive control. Plasma. 2024; 7(1): 233–57. DOI: https://doi.org/10.3390/plasma7010014Kazemi A., Nicol M.J., Bilén S.G., Kirimanjeswara G.S., Knecht S.D. Cold atmospheric plasma medicine: аpplications, challenges, and opportunities for predictive control. Plasma. 2024; 7(1): 233–57. DOI: https://doi.org/10.3390/plasma7010014

The authors declare that there are no conflicts of interest present.