Nova biossíntese de NPs de MnO usando micoendófito: estratégias de bioprocessamento industrial e escalonamento

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 2052 (2023) Citar este artigo

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Este relatório fornece a primeira descrição da micossíntese de NPs de MnO em forma de bastonete com um tamanho médio de cristalito de ~ 35 nm, empregando metabólitos bioativos extracelulares da cepa endofítica Trichoderma virens EG92 como agentes de capeamento/redução e MnCl2·4H2O como componente parental . O meio de farelo de trigo foi escolhido para cultivar a cepa endofítica EG92, que produziu uma variedade de metabólitos bioativos na fração extracelular, o que aumenta o rendimento de MnO NPs para 9,53 g/l. Todo o meio e as condições de crescimento dos fungos que influenciaram a geração de biomassa foram otimizados com sucessivas abordagens de otimização estatística (desenhos de Plackett-Burman e Box-Behnken). As melhorias de produção foram alcançadas em pH 5,5, WBE (35%) e tamanho do inóculo (10%), que aumentou Xmax para doze vezes (89,63 g/l); assim, a Pmax aumentou para oito vezes (82,93 g/l). Após 162 h, Xmax (145,63 g/l) e Pmax (99,52 g/l) no lado de µmax e YX/S foram determinados como 0,084 e 7,65, respectivamente. Através do desenho experimental de Taguchi, a reação de NPs de MnO fabricadas com fungo foi melhorada pela adição de 0,25 M de MnCl2·4H2O a 100% de extrato fúngico (agentes redutores/capping) e ajustando o pH da reação ajustado para ~ 5. Esta reação foi incubada a 60 ° C por 5 h antes de adicionar 20% de extrato fúngico (agente estabilizador). Além disso, a Pmax aumentou 40 vezes (395,36 g/l) em relação à CB. Nossos NPs de MnO micossintetizados exibem ações antagônicas mais rápidas e precisas contra bactérias fitopatogênicas do que contra fungos; eles poderiam ser empregados como um nano-bio-pesticida alternativo e prometido para gerenciar uma variedade de tipos diferentes de patógenos de doenças no futuro.

Atualmente, a aplicação da nanotecnologia está aumentando exponencialmente em diferentes atividades terapêuticas e agrícolas, como antibióticos, anticancerígenos, antimicrobianos e biofertilizantes1. Um dos desafios da nanotecnologia moderna é o desenvolvimento de protocolos confiáveis ​​e seguros para a síntese de nanopartículas. Diferentes técnicas físicas e químicas têm sido vistas na síntese de tantas nanopartículas e nanoestruturas. Recentemente, essas metodologias foram relatadas como métodos perigosos e caros devido à dependência de substâncias inseguras que podem causar riscos potenciais ao ecossistema2. Portanto, explorar abordagens sustentáveis ​​inovadoras, econômicas, não tóxicas e ecologicamente corretas deve ser de interesse crítico. Assim, a nanotecnologia verde sugeriu o desenvolvimento de técnicas econômicas e ambientalmente sustentáveis ​​para fabricar nanopartículas metálicas.

Existem muitas nanopartículas de metais e óxidos metálicos, como nanopartículas de Ag, Au, Fe2O3, CaO, MgO, TiO2, ZnO e CuO que diferentes fontes biológicas biosintetizaram3,4,5,6,7. Fungos, bactérias, plantas e até algas podem ser usados ​​efetivamente como uma fábrica verde para a fabricação de nanopartículas com imenso potencial de aplicação, especialmente nos setores biomédico e agrícola8,9,10. Portanto, a síntese verde de nanopartículas pode ser controlada pelos metabólitos bioativos produzidos, como proteínas, aminoácidos, carboidratos, alcalóides, fenóis e até mesmo enzimas que são usadas como agentes redutores e estabilizantes. Mas várias fontes biológicas não puderam ser aplicadas nos setores agrícolas devido às suas propriedades patogênicas. Portanto, é altamente plausível usar moléculas bioativas seguras que possam ser extraídas de células biológicas seguras2,11. Existem vários microrganismos isolados da rizosfera (micróbios do solo) que foram amplamente expostos como sintetizadores de nanopartículas, poucos relatos sobre endófitos (micróbios de tecidos vegetais). Portanto, é importante focar nessas rotas biológicas promissoras de nanofábricas que produziram diferentes nanopartículas metálicas com tamanhos e formas atraentes para diferentes aplicações biológicas, incluindo propriedades antimicrobianas, citotóxicas e antioxidantes12,13. Microrganismos como bactérias, actinomicetos e fungos que vivem dentro de tecidos ou células de plantas sem desencadear qualquer dano ao hospedeiro são chamados de endófitos. Eles consideraram candidatos atraentes para abrir uma nova linha de sistemas profissionais de biossíntese ligados à biologia e à nanotecnologia. Essa abordagem é econômica, ambientalmente sustentável e pode fornecer nanopartículas com tamanho e forma melhor especificados sem muitos íons metálicos14,15. Fungos endofíticos (micoendófitos), especialmente Trichoderma spp., estão produzindo uma grande variedade de novos metabólitos bioativos seguros (flavonoides, alcalóides, polissacarídeos e enzimas) que podem ser usados ​​como uma fonte potencial para a produção de nanopartículas por métodos intracelulares e extracelulares. Porque as moléculas bioativas intra e extracelulares secretadas desempenham o papel principal na biossíntese de nanopartículas (abordagem de baixo para cima), reduzindo sais metálicos e, em seguida, íons metálicos. O método de fabricação de nanopartículas ecologicamente correto mediado por fungos tem muitas vantagens, como a simplicidade com que o processo de fermentação pode ser ampliado, processamento a jusante, além do custo-benefício de uma linha de produção de biomassa e o potencial para fabricar nanopartículas de forma eficiente . Portanto, uma variedade de fungos filamentosos tem sido efetivamente aplicada para a biossíntese extracelular e intracelular de diferentes metais e nanopartículas de óxidos metálicos3,16.