Розробка методу біофабрикації наночастинок срібла на основі Bacillus subtilis та дослідження їх впливу на Corynebacterium glutamicum

  • С. Р. Денисенко ДУ «Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України», Україна, 04123, м. Київ, вул. Байди-Вишневецького, 2а https://orcid.org/0009-0005-9497-3931
  • М. М. Борова Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України, Україна, 04123, м. Київ, вул. Байди-Вишневецького, 2А https://orcid.org/0000-0003-2255-8032
  • А. Ю. Бузіашвілі Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України, Україна, 04123, м. Київ, вул. Байди-Вишневецького, 2А https://orcid.org/0000-0002-8283-5401
  • А. І. Ємець Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України, Україна, 04123, м. Київ, вул. Байди-Вишневецького, 2А https://orcid.org/0000-0001-6887-0705
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v37.1757
Ключові слова: «зелений» синтез, наночастинки срібла, Bacillus subtilis (Ehrenberg) Cohn, токсичність, Corynebacterium glutamicum (Kinoshita et al.) Abe et al. (Approved Lists)

Анотація

Мета. Розробити підходи щодо синтезу наночастинок срібла за використання бактерії Bacillus subtilis (Ehrenberg) Cohn та перевірити їх токсичність щодо непатогенної ґрунтової мікрофлори, зокрема бактерії Corynebacterium glutamicum (Kinoshita et al.) Abe et al. (Approved Lists). Методи. У роботі використовували мікробіологічні методи, методи культивування in vitro та дифузії в агар, а також метод статистичного аналізу даних. Проведено «зелений» синтез наночастинок срібла за використання матриці, створеної на основі B. subtilis. Результати. Продемонстровано можливість позаклітинного синтезу Ag-вмісних наночастинок за використання штаму B-7099 B. subtilis. Встановлено, що вміст Ag в синтезованих наночастинках складає приблизно 66 %. Виявлено, що концентрації синтезованих Ag-вмісних наночастинок, які є ефективними проти патогенних мікроорганізмів, проявляють значно нижчу токсичність щодо непатогенних ґрунтових бактерій, зокрема C. glutamicum. Висновки. Враховуючи здатність B. subtilis підвищувати стійкість рослин до ряду фітопатогенів, а також можливість синтезу Ag-вмісних наночастинок на їх основі з вираженою біологічною активністю, розробка нанобіотехнологічних підходів щодо захисту рослин від різних захворювань є перспективним напрямком досліджень.

Посилання

Duhan J. S., Kuma, R., Kumar N. et al. Nanotechnology: The new perspective in precision agriculture. Biotechnol. Rep. 2017. Vol. 15. P. 11–23. https://doi.org/10.1016/j.btre.2017.03.002.

Bahrulolum H., Nooraei S., Javanshir N. et al. Green synthesis of metal nanoparticles using microorganisms and their application in the agrifood sector. J. Nanobiotechnol. 2021. Vol. 19 (1). 86. https://doi.org/10.1186/s12951-021-00834-3.

Ndaba B., Roopnarain A., Haripriya R. A. M. A., Maaza, M. Biosynthesized metallic nanoparticles as fertilizers: An emerging precision agriculture strategy. J. Integr. Agric. 2022. Vol. 21 (5). P. 1225–1242.

Siddiqi K. S., Husen A., Rao R. A. K. A review on biosynthesis of silver nanoparticles and their biocidal properties. J. Nanobiotechnol. 2018. Vol. 16 (1). 14. https://doi.org/10.1186/s12951-018-0334-5.

Sami F., Siddiqui H., Hayat S. Impact of Silver Nanoparticles on Plant Physiology: A Critical Review. Eds. S. Hayat, J. Pichtel, M. Faizan, Q. Fariduddin. Sustainable Agriculture Reviews. Springer, 2020. Vol. 41. https://doi.org/10.1007/978-3-030-33996-8_6.

Meena M., Swapnil P., Divyanshu K. et al. PGPR-mediated induction of systemic resistance and physiochemical alterations in plants against the pathogens: Current perspectives. J. Basic Microbiol. 2020. Vol. 60 (10). P. 828–861. https://doi.org/10.1002/jobm.202000370.

Kaspar F., Neubauer P., Gimpel M. Bioactive secondary metabolites from Bacillus subtilis: a comprehensive review. J. Nat. Prod. 2019. Vol. 82 (7). P. 2038–2053. https://doi.org/10.1021/acs.jnatprod.9b00110.

Caulier S., Nannan C., Gillis A. et al. Overview of the antimicrobial compounds produced by members of the Bacillus subtilis group. Front. Microbiol. 2019. Vol. 10. 302. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00302.

Todorova S., Kozhuharova L. Characteristics and antimicrobial activity of Bacillus subtilis strains isolated from soil. World J. Microbiol. Biotechnol. 2010. Vol. 26 (7). P. 1207–1216. https://doi.org/10.1007/s11274-009-0290-1.

Wang Y., Zhang C., Wu L. et al. Inhibitory effect of Bacillus subtilis WL-2 and its Iturin A lipopeptides against Phytophthora infestans. bioRxiv 2019. 751131. https://doi.org/10.1101/751131.

Buziashvili A., Cherednichenko L., Kropyvko S., Yemets A. Transgenic tomato lines expressing human lactoferrin show increased resistance to bacterial and fungal pathogens. Biocatal. Agric. Biotechnol. 2020. Vol. 25. 101602. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2020.101602.

Ibrahim E., Fouad H., Zhang M. et al. Biosynthesis of silver nanoparticles using endophytic bacteria and their role in inhibition of rice pathogenic bacteria and plant growth promotion. RSC Adv. 2019. Vol. 9. P. 29293–29299. https://doi.org/10.1039/C9RA04246F.

Buziashvili A., Borova M., Yemets, A. Fungistatic activity of silver nanoparticles obtained using Bacillus subtilis. Mater. IV Int. Sci. Pract. Internet Conf. 2024. P. 171–173. [in Ukrainian]

Alsamhary K. I. Eco-friendly synthesis of silver nanoparticles by Bacillus subtilis and their antibacterial activity. Saudi J. Biol. Sci. 2020. Vol. 27 (8). P. 2185–2191. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2020.04.026.

Yu X., Li J., Mu D., Zhang H., Liu Q., Chen G. Green synthesis and characterizations of silver nanoparticles with enhanced antibacterial properties by secondary metabolites of Bacillus subtilis (SDUM301120). Green Chem. Lett. Rev. 2021. Vol. 14 (2). P. 190–203. https://doi.org/10.1080/17518253.2021.1894244.