Nuova biosintesi di NP MnO utilizzando Mycoendophyte: strategie di bioprocessing industriale e ridimensionamento

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 2052 (2023) Citare questo articolo

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Questo rapporto fornisce la prima descrizione della micosintesi di NP di MnO a forma di bastoncino con una dimensione media dei cristalliti di ~ 35 nm, impiegando metaboliti bioattivi extracellulari del ceppo endofitico di Trichoderma virens EG92 come agenti di copertura/riduzione e MnCl2·4H2O come componente genitore . Il terreno della crusca di frumento è stato scelto per coltivare il ceppo endofitico EG92, che ha prodotto una varietà di metaboliti bioattivi nella frazione extracellulare, che aumenta la resa di NP MnO a 9,53 g/l. Tutte le condizioni di crescita del mezzo e dei funghi che hanno influenzato la generazione di biomassa sono state ottimizzate come successivi approcci di ottimizzazione statistica (disegni Plackett-Burman e Box-Behnken). I miglioramenti nella produzione sono stati ottenuti a pH 5,5, WBE (35%) e dimensioni dell'inoculo (10%), che hanno aumentato la Xmax a dodici volte (89,63 g/l); pertanto, la Pmax è aumentata fino a otto volte (82,93 g/l). Dopo 162 ore, Xmax (145,63 g/l) e Pmax (99,52 g/l) dal lato µmax e YX/S sono stati determinati rispettivamente come 0,084 e 7,65. Tramite il disegno sperimentale Taguchi, la reazione delle NP MnO fabbricate da funghi è stata migliorata aggiungendo 0,25 M di MnCl2·4H2O al 100% dell'estratto fungino (agenti riducenti/tappanti) e regolando il pH della reazione a ~ 5. Questa reazione è stata incubata a 60 ° C per 5 ore prima di aggiungere il 20% di estratto fungino (agente stabilizzante). Inoltre, la Pmax è aumentata di 40 volte (395,36 g/l) rispetto al BC. Le nostre NP MnO micosintetizzate mostrano azioni antagoniste più rapide e precise contro i batteri fitopatogeni rispetto ai funghi; potrebbero essere impiegati come nano-bio-pesticidi alternativi e promettenti per gestire una varietà di diversi tipi di agenti patogeni in futuro.

Al giorno d'oggi, l'applicazione delle nanotecnologie è in aumento esponenziale in diverse attività terapeutiche e agricole, come antibiotici, antitumorali, agenti antimicrobici e biofertilizzanti1. Una delle sfide della nanotecnologia moderna è lo sviluppo di protocolli affidabili e sicuri per la sintesi delle nanoparticelle. Sono state osservate diverse tecniche fisiche e chimiche per sintetizzare così tante nanoparticelle e nanostrutture. Recentemente, queste metodologie sono state segnalate come metodi pericolosi e costosi a causa della dipendenza da sostanze non sicure che potrebbero causare potenziali rischi per l’ecosistema2. Pertanto, esplorare approcci sostenibili innovativi, economicamente vantaggiosi, non tossici ed ecologici dovrebbe essere di fondamentale interesse. Pertanto, la nanotecnologia verde ha suggerito di sviluppare tecniche economicamente vantaggiose e sostenibili dal punto di vista ambientale per fabbricare nanoparticelle metalliche.

Esistono molte nanoparticelle di metalli e ossidi metallici come nanoparticelle di Ag, Au, Fe2O3, CaO, MgO, TiO2, ZnO e CuO che diverse fonti biologiche hanno biosintetizzato3,4,5,6,7. Funghi, batteri, piante e persino alghe possono essere utilizzati efficacemente come una fabbrica verde per la fabbricazione di nanoparticelle che hanno immense applicazioni potenziali, soprattutto nei settori biomedico e agricolo8,9,10. Pertanto, la sintesi verde delle nanoparticelle può essere controllata dai metaboliti bioattivi prodotti come proteine, aminoacidi, carboidrati, alcaloidi, fenoli e persino enzimi che vengono utilizzati come agenti riducenti e stabilizzanti. Ma diverse fonti biologiche non potrebbero essere utilizzate nel settore agricolo a causa delle loro proprietà patogene. Pertanto è altamente plausibile l'utilizzo di molecole bioattive sicure che potrebbero essere estratte da cellule biologiche sicure2,11. Esistono diversi microrganismi isolati dalla rizosfera (microbi del suolo) che sono stati ampiamente esposti come sintetizzatori di nanoparticelle, pochi rapporti sugli endofiti (microbi dei tessuti vegetali). Pertanto, è importante concentrarsi su questi promettenti percorsi biologici di nanofabbriche che hanno prodotto diverse nanoparticelle metalliche con dimensioni e forme attraenti per diverse applicazioni biologiche, comprese proprietà antimicrobiche, citotossiche e antiossidanti12,13. I microrganismi come batteri, attinomiceti e funghi che vivono all'interno dei tessuti o delle cellule vegetali senza causare alcun danno al loro ospite sono stati chiamati endofiti. Hanno considerato candidati interessanti per aprire una nuova linea di sistemi di biosintesi professionali legati alla biologia e alla nanotecnologia. Questo approccio è economicamente vantaggioso, sostenibile dal punto di vista ambientale e può fornire nanoparticelle con dimensioni e forma meglio specificate senza molti ioni metallici14,15. Gli endofiti fungini (micoendofiti), in particolare Trichoderma spp., stanno producendo un'ampia varietà di nuovi metaboliti bioattivi sicuri (flavonoidi, alcaloidi, polisaccaridi ed enzimi) che potrebbero essere utilizzati come potenziale fonte per la produzione di nanoparticelle mediante metodi intracellulari ed extracellulari. Perché le molecole bioattive intra ed extracellulari secrete svolgono il ruolo principale nella biosintesi delle nanoparticelle (approccio dal basso verso l'alto) riducendo i sali metallici, quindi gli ioni metallici. Il metodo di fabbricazione ecologico delle nanoparticelle mediato dai funghi presenta molti vantaggi, come la semplicità con cui il processo di fermentazione può essere ampliato, la lavorazione a valle, oltre all'economicità di una linea di produzione di biomassa e il potenziale per fabbricare nanoparticelle in modo efficiente . Pertanto, una varietà di funghi filamentosi è stata applicata efficacemente per la biosintesi extracellulare e intracellulare di diversi metalli e nanoparticelle di ossidi metallici3,16.