Новый биосинтез НЧ MnO с использованием микоэндофита: стратегии промышленной биопереработки и масштабирование

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 2052 (2023) Цитировать эту статью

843 Доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В этом отчете впервые описано микосинтез стержнеобразных НЧ MnO со средним размером кристаллитов ~ 35 нм с использованием внеклеточных биоактивных метаболитов эндофитного штамма Trichoderma virens EG92 в качестве блокирующих/восстанавливающих агентов и MnCl2·4H2O в качестве исходного компонента. . Среду из пшеничных отрубей выбрали для выращивания эндофитного штамма EG92, продуцирующего разнообразные биоактивные метаболиты во внеклеточной фракции, что увеличивает выход НЧ MnO до 9,53 г/л. Вся среда и условия роста грибов, которые влияли на образование биомассы, были оптимизированы с помощью последовательных подходов статистической оптимизации (проекты Плакетта-Бермана и Бокса-Бенкена). Повышение продуктивности было достигнуто при pH 5,5, WBE (35%) и размере инокулята (10%), что увеличило Xmax до двенадцати раз (89,63 г/л); при этом Pmax увеличилась в восемь раз (82,93 г/л). Через 162 ч Xmax (145,63 г/л) и Pmax (99,52 г/л) со стороны µmax и YX/S были определены как 0,084 и 7,65 соответственно. С помощью экспериментальной схемы Тагучи реакция НЧ MnO, полученных грибами, была улучшена путем добавления 0,25 М MnCl2·4H2O к 100% экстракта грибов (восстанавливающие/блокирующие агенты) и доведения pH реакции до ~ 5. Эту реакцию инкубировали при 60°. C в течение 5 ч перед добавлением 20% экстракта грибов (стабилизирующего агента). Кроме того, Pmax увеличился в 40 раз (395,36 г/л) по сравнению с BC. Наши микосинтезированные НЧ MnO проявляют более быстрое и точное антагонистическое действие против фитопатогенных бактерий, чем против грибов; они могут быть использованы в качестве альтернативы и обещают нанобиопестициды для борьбы с различными типами возбудителей болезней в будущем.

В настоящее время применение нанотехнологий экспоненциально растет в различных терапевтических и сельскохозяйственных целях, таких как антибиотики, противораковые, противомикробные средства и биоудобрения1. Одной из задач современных нанотехнологий является разработка надежных и безопасных протоколов синтеза наночастиц. При синтезе такого большого количества наночастиц и наноструктур использовались различные физические и химические методы. Недавно эти методологии были признаны опасными и дорогостоящими из-за зависимости от небезопасных веществ, которые могут вызвать потенциальный риск для экосистемы2. Поэтому изучение инновационных, экономически эффективных, нетоксичных и экологически чистых устойчивых подходов должно представлять решающий интерес. Итак, зеленые нанотехнологии предложили разработать экономически эффективные и экологически устойчивые методы изготовления металлических наночастиц.

Существует множество наночастиц металлов и оксидов металлов, таких как наночастицы Ag, Au, Fe2O3, CaO, MgO, TiO2, ZnO и CuO, биосинтезированные из различных биологических источников3,4,5,6,7. Грибы, бактерии, растения и даже водоросли можно эффективно использовать в качестве «зеленой фабрики» для изготовления наночастиц, которые имеют огромный потенциал применения, особенно в биомедицинском и сельскохозяйственном секторах8,9,10. Таким образом, зеленый синтез наночастиц можно контролировать с помощью образующихся биоактивных метаболитов, таких как белки, аминокислоты, углеводы, алкалоиды, фенолы и даже ферменты, которые используются в качестве восстановителей и стабилизирующих агентов. Однако различные биологические источники не могли быть использованы в сельском хозяйстве из-за их патогенных свойств. Поэтому весьма вероятно, что использование безопасных биоактивных молекул, которые можно будет извлечь из безопасных биологических клеток2,11. Существует несколько изолированных в ризосфере микроорганизмов (почвенных микробов), которые в значительной степени подвергаются воздействию в качестве синтезаторов наночастиц, мало сообщений об эндофитах (микробах растительных тканей). Поэтому важно сосредоточиться на этих многообещающих биологических маршрутах нанофабрик, производящих различные металлические наночастицы привлекательных размеров и форм для различных биологических применений, включая антимикробные, цитотоксические и антиоксидантные свойства12,13. Микроорганизмы, такие как бактерии, актиномицеты и грибы, которые живут в тканях или клетках растений, не причиняя никакого вреда своему хозяину, называются эндофитами. Они считали привлекательными кандидатами на открытие новой линии профессиональных систем биосинтеза, связанных с биологией и нанотехнологиями. Этот подход является экономически эффективным, экологически устойчивым и может обеспечить наночастицы более точного размера и формы без большого количества ионов металлов14,15. Грибковые эндофиты (микоэндофиты), особенно виды Trichoderma, продуцируют широкий спектр новых безопасных биоактивных метаболитов (флавоноидов, алкалоидов, полисахаридов и ферментов), которые могут быть использованы в качестве потенциального источника для получения наночастиц внутриклеточными и внеклеточными методами. Потому что основную роль в биосинтезе наночастиц (подход «снизу вверх») играют секретируемые внутри и внеклеточные биоактивные молекулы за счет восстановления солей металлов, а затем и ионов металлов. Экологичный метод изготовления наночастиц с помощью грибов имеет множество преимуществ, таких как простота масштабирования процесса ферментации, последующей обработки, а также экономическая эффективность линии по производству биомассы и возможность эффективного производства наночастиц. . Таким образом, различные нитчатые грибы эффективно применяются для внеклеточного и внутриклеточного биосинтеза различных металлов и наночастиц оксидов металлов3,16.