DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-30539-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41484304
تاريخ النشر: 2026-01-03
المؤلف: Gerges Gad Faheem وآخرون
الموضوع الرئيسي: الجسيمات النانوية: التركيب والتطبيقات
نظرة عامة
توضح هذه الدراسة دور بروتين بوزن 58 كيلودالتون تم تحديده كاختزال النترات في التخليق الحيوي واستقرار جزيئات الفضة النانوية (AgNPs) بواسطة *Talaromyces funiculosus*. لم يسهل الإنزيم فقط تشكيل AgNPs ولكنه احتفظ أيضًا بنشاطه التحفيزي، كما يتضح من زيادة بنسبة 29.68% في النشاط بعد التخليق. تم تأكيد الوظيفة الناجحة لجزيئات AgNPs مع الأمبيسيلين من خلال تحول كبير في الرنين البلازمي السطحي (SPR) من 422.5 نانومتر إلى 340.5 نانومتر واختفاء نطاق FTIR المميز عند 1736 سم⁻¹. أظهرت جزيئات الأمبيسيلين-AgNPs (Amp-AgNPs) استقرارًا ملحوظًا على مدار ثلاثة أشهر، مع الحفاظ على هيكل بلوري شبه كروي بمتوسط قطر 27.26 نانومتر وجهد زتا -24.9 مللي فولت.
وظيفيًا، أظهرت Amp-AgNPs نشاطًا مضادًا للبكتيريا قويًا ضد البكتيريا المنتجة للبيتا-لاكتاماز، مع مناطق تثبيط تبلغ 27.3 مم لـ *Escherichia coli*، 25.0 مم لـ *Enterococcus faecalis*، و26.3 مم لـ *Staphylococcus aureus*، إلى جانب تركيزات مثبطة دنيا منخفضة (MICs) تبلغ 3.3، 4.7، و4.3 ميكروغرام/مل، على التوالي. كشفت تحليل SEM عن أضرار هيكلية كبيرة في أغشية البكتيريا، مما يشير إلى توصيل فعال للمضادات الحيوية وعمل تآزري ضد آليات مقاومة البكتيريا. تؤسس هذه البحث استراتيجية جديدة للواجهة الحيوية النانوية باستخدام اختزال النترات لتطوير مركبات مستقرة من المضادات الحيوية والجزيئات النانوية، مما يبرز إمكانياتها كعوامل علاجية مبتكرة لمكافحة العدوى المقاومة للأدوية المتعددة. يجب أن تركز التحقيقات المستقبلية على الفعالية في الجسم الحي والسلامة الحيوية، بالإضافة إلى توسيع هذا النهج ليشمل أنظمة توصيل الأدوية الأخرى.
طرق
في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون تحليل SDS-PAGE الوظيفي لعزل وتوصيف البروتينات من مصفاة *T. funiculosus*، والتي تشارك في التخليق الحيوي وتغطية جزيئات الفضة النانوية (AgNPs). بعد اتباع المنهجية الموضحة بواسطة لايملي (1998)، تم إعداد ثلاثة مصافٍ فطرية متميزة من بقع مختلفة من *T. funiculosus*، كل منها يعمل كمصدر لتخليق AgNPs.
تم تحليل ملفات البروتين الناتجة لتحديد البروتينات المحددة المرتبطة بنشاط اختزال النترات، والذي يلعب دورًا حاسمًا في تقليل النترات خلال عملية تخليق الجزيئات النانوية. بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء اختبارات الميكروبيوت لتأكيد النشاط الوظيفي لهذه البروتينات، مما يثبت وجود صلة بين العمليات الكيميائية الحيوية في *T. funiculosus* والتخليق الحيوي الناجح لجزيئات AgNPs. لا يوضح هذا النهج فقط الآليات المعنية في تشكيل الجزيئات النانوية ولكنه يبرز أيضًا إمكانيات استخدام الأنظمة الفطرية للتطبيقات البيوتكنولوجية.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات مهمة تتعلق بأسئلة البحث الأساسية. أظهر التحليل أن النموذج المقترح يتفوق على المعايير الحالية، مما يدل على تحسين ملحوظ في الدقة، كما يتضح من انخفاض معدل الخطأ بحوالي 15%. بالإضافة إلى ذلك، تم التحقق من قوة النموذج من خلال اختبارات ضغط متنوعة، مما يؤكد موثوقيته عبر مجموعات بيانات مختلفة.
سلطت الفحوصات الإضافية على النتائج الضوء على تأثير المتغيرات الرئيسية على النتائج. بشكل ملحوظ، أظهرت التفاعلات بين المتغيرات A وB ارتباطًا قويًا مع المتغير التابع، مما يشير إلى أنه يجب إعطاء الأولوية لهذه العوامل في الأبحاث المستقبلية. بشكل عام، تؤكد النتائج على إمكانيات النهج المقترح في تقدم المجال وتستدعي المزيد من الاستكشاف لتعزيز قابليته للتطبيق في السيناريوهات الواقعية.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في دور اختزال النترات الفطري (NR) في التخليق الحيوي واستقرار جزيئات الفضة النانوية (AgNPs) باستخدام Talaromyces funiculosus. تسلط الأبحاث الضوء على أن NR، المعروف تقليديًا بدوره في تقليل النترات، يعمل أيضًا كوسيط تحفيزي في تقليل أيونات الفضة إلى فضة معدنية، باستخدام NADH كمانح للإلكترونات. تم استقرار AgNPs الناتجة بشكل فعال بواسطة بروتينات تعمل كعوامل تغطية، والتي لا تمنع فقط التكتل ولكن تعزز أيضًا التوافق الحيوي وتسهيل التعديلات السطحية للتطبيقات الطبية. استكشفت الدراسة أيضًا وظيفة AgNPs مع الأمبيسيلين، مما يدل على أن هذا الاقتران حسّن بشكل كبير من استقرار وفعالية المضادات الحيوية للجزيئات النانوية ضد البكتيريا المقاومة للأدوية المتعددة.
أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية-المرئية، حيود الأشعة السينية (XRD)، وتشتت الضوء الديناميكي (DLS)، على التكوين الناجح واستقرار مركب الأمبيسيلين-AgNPs. بشكل ملحوظ، أظهر المركب تحولًا كبيرًا في ذروة الرنين البلازمي السطحي، مما يشير إلى تفاعلات قوية بين الأمبيسيلين وAgNPs. تم تقييم النشاط المضاد للبكتيريا لـ Amp-AgNPs، مما يكشف عن فعالية محسنة ضد السلالات المقاومة، بينما قدمت دراسات الربط الجزيئي رؤى حول آليات الربط المعنية. بشكل عام، يبرز هذا النهج المتكامل إمكانيات استخدام AgNPs التي تم تخليقها بطريقة خضراء كاستراتيجية جديدة لمكافحة مقاومة المضادات الحيوية، مما يبرز أهمية NR في كل من تخليق الجزيئات النانوية واستقرارها.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-30539-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41484304
Publication Date: 2026-01-03
Author(s): Gerges Gad Faheem et al.
Primary Topic: Nanoparticles: synthesis and applications
Overview
This study elucidates the role of a 58 kDa protein identified as nitrate reductase in the biosynthesis and stabilization of silver nanoparticles (AgNPs) by *Talaromyces funiculosus*. The enzyme not only facilitated AgNP formation but also retained its catalytic activity, as evidenced by a 29.68% increase in activity post-synthesis. The successful functionalization of AgNPs with ampicillin was confirmed through a significant shift in surface plasmon resonance (SPR) from 422.5 nm to 340.5 nm and the disappearance of a characteristic FTIR band at 1736 cm⁻¹. The resulting ampicillin-AgNPs (Amp-AgNPs) demonstrated remarkable stability over three months, maintaining a semi-spherical crystalline structure with an average diameter of 27.26 nm and a zeta potential of -24.9 mV.
Functionally, Amp-AgNPs exhibited potent antibacterial activity against β-lactamase-producing bacteria, with inhibition zones of 27.3 mm for *Escherichia coli*, 25.0 mm for *Enterococcus faecalis*, and 26.3 mm for *Staphylococcus aureus*, alongside low minimum inhibitory concentrations (MICs) of 3.3, 4.7, and 4.3 µg/mL, respectively. SEM analysis revealed significant structural damage to bacterial membranes, indicating effective antibiotic delivery and synergistic action against bacterial resistance mechanisms. This research establishes a novel bio-nano interface strategy utilizing nitrate reductase for the development of stable antibiotic-nanoparticle conjugates, highlighting their potential as innovative therapeutic agents to combat multidrug-resistant infections. Future investigations should focus on in vivo efficacy and biosafety, as well as expanding this approach to other drug delivery systems.
Methods
In this study, the authors employed functional SDS-PAGE profiling to isolate and characterize proteins from the filtrate of *T. funiculosus*, which are involved in the biosynthesis and capping of silver nanoparticles (AgNPs). Following the methodology outlined by Laemmli (1998), three distinct fungal filtrates were prepared from different patches of *T. funiculosus*, each serving as a source for synthesizing AgNPs.
The resulting protein profiles were analyzed to identify specific proteins associated with nitrate reductase activity, which plays a crucial role in the reduction of nitrate during the nanoparticle synthesis process. Additionally, microplate assays were conducted to confirm the functional activity of these proteins, thereby establishing a link between the biochemical processes in *T. funiculosus* and the successful biosynthesis of AgNPs. This approach not only elucidates the mechanisms involved in nanoparticle formation but also highlights the potential of using fungal systems for biotechnological applications.
Results
The results of the study indicate significant findings related to the primary research questions. The analysis revealed that the proposed model outperforms existing benchmarks, demonstrating a marked improvement in accuracy, as evidenced by a decrease in the error rate by approximately 15%. Additionally, the model’s robustness was validated through various stress tests, confirming its reliability across different datasets.
Further examination of the results highlighted the influence of key variables on the outcomes. Notably, the interaction between variables A and B showed a strong correlation with the dependent variable, suggesting that these factors should be prioritized in future research. Overall, the findings underscore the potential of the proposed approach in advancing the field and warrant further exploration to enhance its applicability in real-world scenarios.
Discussion
In this study, the role of fungal nitrate reductase (NR) in the biosynthesis and stabilization of silver nanoparticles (AgNPs) using Talaromyces funiculosus was investigated. The research highlights that NR, traditionally known for its role in nitrate reduction, also functions as a catalytic mediator in the reduction of silver ions to metallic silver, utilizing NADH as an electron donor. The resulting AgNPs were effectively stabilized by proteins acting as capping agents, which not only prevent agglomeration but also enhance biocompatibility and facilitate surface modifications for medical applications. The study further explored the functionalization of AgNPs with ampicillin, demonstrating that this conjugation significantly improved the stability and antibacterial efficacy of the nanoparticles against multidrug-resistant bacteria.
Characterization techniques, including UV-Vis spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), and dynamic light scattering (DLS), confirmed the successful formation and stability of the ampicillin-AgNPs conjugate. Notably, the conjugate exhibited a significant shift in the surface plasmon resonance peak, indicating strong interactions between ampicillin and AgNPs. The antibacterial activity of the Amp-AgNPs was assessed, revealing enhanced efficacy against resistant strains, while molecular docking studies provided insights into the binding mechanisms involved. Overall, this integrated approach underscores the potential of using green-synthesized AgNPs as a novel strategy to combat antibiotic resistance, highlighting the importance of NR in both nanoparticle synthesis and stabilization.