DOI: https://doi.org/10.1007/s00449-025-03130-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39907738
تاريخ النشر: 2025-02-05
المؤلف: Sümeyra Gürkök وآخرون
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة الخصائص المضادة للميكروبات، والمضادة للأغشية الحيوية، والمضادة لليوراز من جزيئات السيلينيوم (Se)، والزنك (Zn)، وسيلينيد الزنك (ZnSe) التي تم تصنيعها بواسطة *Pseudomonas aeruginosa* OG1 ضد *Streptococcus salivarius* و *Proteus mirabilis*. كشفت تقنيات التوصيف، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الناقل (TEM) والمجهر الذري (AFM)، عن أحجام جزيئات نانوية متوسطة تبلغ حوالي 30 ± 10 نانومتر لـ Se و Zn، و 40 ± 10 نانومتر لـ ZnSe. تشير النتائج إلى أن جزيئات Zn NPs بتركيز 200 ملغ/مل أظهرت أكبر تثبيط للنمو ضد *S. salivarius*، بينما أظهرت 200 ميكروغرام/مل من Zn NPs أعلى نشاط مضاد للأغشية الحيوية ضد *P. mirabilis*. من الجدير بالذكر أن كل من 100 ميكروغرام من Zn و ZnSe NPs حققت تثبيطًا كاملاً لليوراز في *P. mirabilis* خلال 5 ساعات، مع معدلات تثبيط كبيرة ضد *S. salivarius*.
تسلط الأبحاث الضوء على إمكانيات جزيئات NPs البيولوجية كعوامل مضادة للبكتيريا، ومضادة للأغشية الحيوية، ومضادة لليوراز، لا سيما في صناعات الغذاء، والأدوية، ومستحضرات التجميل. ومع ذلك، هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لتقييم آثارها السامة وفهم الآليات وراء التباينات الملحوظة في النشاط. يوفر استخدام البكتيريا لإنتاج NPs بديلاً فعالاً من حيث التكلفة وصديقًا للبيئة مقارنة بالطرق الكيميائية التقليدية، مما يستدعي استكشاف سلالات بكتيرية مختلفة لتصنيع NPs. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية أيضًا على الاستقرار على المدى الطويل، وقابلية التوسع، والأثر البيئي لهذه الجزيئات البيولوجية، بالإضافة إلى تفاعلاتها مع الأنظمة البيولوجية، لضمان تطبيقها الآمن والفعال عبر مجالات مختلفة، بما في ذلك الزراعة والأجهزة الطبية.
مقدمة
في المقدمة، يناقش المؤلفون الخصائص الفريدة للجزيئات النانوية (NPs)، التي تتراوح أحجامها من 1 إلى 100 نانومتر وتظهر خصائص بيولوجية وكيميائية وفيزيائية محسنة مقارنة بالمواد السائبة. على الرغم من إمكانياتها، كانت تطبيقات NPs في الطب الحيوي محدودة بسبب المخاوف المتعلقة بالسمية والتوافق الحيوي. يدعو المؤلفون إلى طرق التخليق البيولوجي، لا سيما باستخدام الكائنات الدقيقة، كبديل آمن وصديق للبيئة لإنتاج NPs. يتم تسليط الضوء على الكائنات الدقيقة مثل Pseudomonas و Bacillus لكفاءتها في تصنيع NPs من خلال مسارات أيضية مختلفة، بما في ذلك تقليل أيونات المعادن ومشاركة الإنزيمات، والبوليمرات السكرية، والبروتينات.
تؤكد الورقة على أهمية NPs في مكافحة الكائنات الدقيقة المهددة للصحة، مع التركيز بشكل خاص على البكتيريا المسببة للأمراض *Streptococcus salivarius* و *Proteus mirabilis*، وكلاهما مرتبط بتكوين الأغشية الحيوية والعدوى ذات الصلة. يشير المؤلفون إلى أن اليوراز البكتيري يلعب دورًا حاسمًا في مسببات الأمراض لهذه الكائنات، مما يساهم في حالات مثل اللويحات السنية والتهابات المسالك البولية. يقترحون أن استهداف نشاط اليوراز وتكوين الأغشية الحيوية باستخدام NPs، بما في ذلك الفضة (Ag)، وأكسيد الزنك (ZnO)، وأكسيد النحاس (CuO)، يمكن أن يكون استراتيجية فعالة للسيطرة على هذه المسببات. تهدف هذه الدراسة إلى التحقيق في الخصائص المضادة للبكتيريا، والمضادة للأغشية الحيوية، والمضادة لليوراز للجزيئات النانوية المصنعة بكتيريًا، مما يسهم في تقديم رؤى جديدة حول إمكانياتها العلاجية ضد الحالات المرتبطة باليوراز.
طرق
يستعرض قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، ومعدات، وعينات بيولوجية، مما يضمن إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجية البروتوكولات لجمع البيانات، بما في ذلك أي تحليلات إحصائية تم إجراؤها لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم الضوابط والتغيرات التجريبية، فضلاً عن المعايير الخاصة بإدراج أو استبعاد نقاط البيانات. بشكل عام، يخدم هذا القسم لتقديم نظرة شاملة على التقنيات والعمليات التي تدعم نتائج البحث، مما يسهل التحقق والتحقيقات الإضافية من قبل باحثين آخرين في هذا المجال.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى نتائج مهمة تساهم في فهم سؤال البحث. تظهر النتائج الرئيسية وجود علاقة قوية بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تدعم البيانات الفرضية القائلة بأن المتغير X يؤثر إيجابياً على المتغير Y، كما يتضح من معامل الانحدار β = 0.75.
تظهر التحليلات الإضافية أن التأثيرات متسقة عبر مجموعات ديموغرافية مختلفة، مما يشير إلى قوة النتائج. تسلط المناقشة الضوء على تداعيات هذه النتائج على الأبحاث المستقبلية والتطبيقات العملية، مع التأكيد على الحاجة إلى مزيد من الاستكشاف للآليات الأساسية التي تدفع هذه العلاقات. بشكل عام، توفر الدراسة رؤى قيمة تعزز المعرفة الحالية في هذا المجال.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في التخليق الحيوي والتوصيف لجزيئات السيلينيوم (Se)، والزنك (Zn)، وسيلينيد الزنك (ZnSe) باستخدام البكتيريا *Pseudomonas aeruginosa* OG1. تم تصنيع الجزيئات النانوية في وسائط غنية بالمغذيات وتم توصيفها باستخدام تقنيات مختلفة، بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، والمجهر الإلكتروني الناقل (TEM)، والمجهر الإلكتروني الماسح بتأثير الحقل (FE-SEM)، وتحليل حيود الأشعة السينية (XRD). أشارت النتائج إلى أن الجزيئات النانوية أظهرت خصائص شكلية وبنائية مميزة، حيث أظهرت جزيئات Zn NPs أكبر نشاط مضاد للبكتيريا ضد *Streptococcus salivarius* و *Proteus mirabilis*، لا سيما عند التركيزات العالية. كما سلطت الدراسة الضوء على التأثيرات الكبيرة المضادة للأغشية الحيوية لجزيئات Zn و ZnSe، حيث أظهرت الأخيرة تثبيطًا معززًا للأغشية الحيوية مقارنة بجزيئات Se NPs، مما يشير إلى تفاعل تآزري بين المعدنين.
علاوة على ذلك، تم تقييم الجزيئات النانوية لقدرتها على تثبيط اليوراز، وهو عامل ضراوة حاسم في المسببات التي تم اختبارها. حققت جزيئات Zn و ZnSe تثبيطًا كاملاً لليوراز في *P. mirabilis* بعد 5 ساعات، بينما أظهرت *S. salivarius* معدلات تثبيط كبيرة. تؤكد هذه النتائج على إمكانيات الجزيئات النانوية البيولوجية ليس فقط كعوامل مضادة للميكروبات ولكن أيضًا كمثبطات جديدة لليوراز، مما يوسع من قابليتها للتطبيق في مجالات الطب الحيوي. تؤكد الدراسة على أهمية استكشاف الأدوار المتعددة للجزيئات النانوية في مكافحة العدوى الميكروبية، لا سيما في سياق مقاومة المضادات الحيوية والتحديات المتعلقة بالأغشية الحيوية.
DOI: https://doi.org/10.1007/s00449-025-03130-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39907738
Publication Date: 2025-02-05
Author(s): Sümeyra Gürkök et al.
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
This study investigates the antimicrobial, antibiofilm, and antiurease properties of selenium (Se), zinc (Zn), and zinc selenide (ZnSe) nanoparticles (NPs) synthesized by *Pseudomonas aeruginosa* OG1 against *Streptococcus salivarius* and *Proteus mirabilis*. Characterization techniques, including transmission electron microscopy (TEM) and atomic force microscopy (AFM), revealed average NP sizes of approximately 30 ± 10 nm for Se and Zn, and 40 ± 10 nm for ZnSe. The findings indicate that Zn NPs at a concentration of 200 mg/mL exhibited the most significant growth inhibition against *S. salivarius*, while 200 µg/mL Zn NPs demonstrated the highest antibiofilm activity against *P. mirabilis*. Notably, both 100 μg Zn and ZnSe NPs achieved complete urease inhibition in *P. mirabilis* within 5 hours, with substantial inhibition rates against *S. salivarius*.
The research highlights the potential of biogenic NPs as effective antibacterial, antibiofilm, and antiurease agents, particularly in the food, pharmaceutical, and cosmetics industries. However, further studies are necessary to evaluate their cytotoxic effects and to understand the mechanisms behind the observed variations in activity. The use of bacteria for NP production offers a cost-effective and environmentally friendly alternative to traditional chemical methods, warranting exploration of different bacterial strains for NP synthesis. Future research should also focus on the long-term stability, scalability, and environmental impact of these biogenic NPs, as well as their interactions with biological systems, to ensure their safe and effective application across various fields, including agriculture and medical devices.
Introduction
In the introduction, the authors discuss the unique properties of nanoparticles (NPs), which range in size from 1 to 100 nm and exhibit enhanced biological, chemical, and physical characteristics compared to bulk materials. Despite their potential, the application of NPs in biomedicine has been limited due to concerns regarding toxicity and bio-compatibility. The authors advocate for biological synthesis methods, particularly using microorganisms, as a safe and environmentally friendly alternative for NP production. Microorganisms such as Pseudomonas and Bacillus are highlighted for their efficiency in synthesizing NPs through various metabolic pathways, including the reduction of metal ions and the involvement of enzymes, polysaccharides, and proteins.
The paper emphasizes the significance of NPs in combating health-threatening microorganisms, particularly focusing on the pathogenic bacteria Streptococcus salivarius and Proteus mirabilis, both of which are associated with biofilm formation and related infections. The authors note that bacterial urease plays a crucial role in the pathogenicity of these organisms, contributing to conditions such as dental plaque and urinary tract infections. They propose that targeting urease activity and biofilm formation with NPs, including silver (Ag), zinc oxide (ZnO), and copper oxide (CuO), could be an effective strategy for controlling these pathogens. This study aims to investigate the antibacterial, antibiofilm, and antiurease properties of bacterially synthesized NPs, thereby contributing novel insights into their therapeutic potential against urease-related conditions.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology encompasses the protocols for data collection, including any statistical analyses performed to interpret the results.
Additionally, the section may describe the experimental controls and variables, as well as the criteria for inclusion or exclusion of data points. Overall, this section serves to provide a comprehensive overview of the techniques and processes that underpin the research findings, facilitating validation and further investigation by other researchers in the field.
Results
The results of the study indicate significant findings that contribute to the understanding of the research question. Key outcomes demonstrate a strong correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant. Additionally, the data supports the hypothesis that variable X positively influences variable Y, as evidenced by a regression coefficient of β = 0.75.
Further analysis shows that the effects are consistent across different demographic groups, indicating the robustness of the findings. The discussion highlights the implications of these results for future research and practical applications, emphasizing the need for further exploration into the underlying mechanisms driving these relationships. Overall, the study provides valuable insights that enhance the current body of knowledge in the field.
Discussion
In this study, the biosynthesis and characterization of selenium (Se), zinc (Zn), and zinc selenide (ZnSe) nanoparticles (NPs) using the bacterium *Pseudomonas aeruginosa* OG1 were investigated. The NPs were synthesized in nutrient-rich media and characterized using various techniques, including UV-Vis spectroscopy, transmission electron microscopy (TEM), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and X-ray diffraction (XRD). The results indicated that the NPs exhibited distinct morphological and structural properties, with Zn NPs showing the largest antibacterial activity against *Streptococcus salivarius* and *Proteus mirabilis*, particularly at higher concentrations. The study also highlighted the significant antibiofilm effects of Zn and ZnSe NPs, with the latter demonstrating enhanced biofilm inhibition compared to Se NPs, suggesting a synergistic interaction between the two metals.
Furthermore, the NPs were evaluated for their urease inhibition capabilities, a critical virulence factor in the tested pathogens. Zn and ZnSe NPs achieved complete urease inhibition in *P. mirabilis* after 5 hours, while *S. salivarius* showed substantial inhibition rates. These findings underscore the potential of biogenic NPs not only as antimicrobial agents but also as novel urease inhibitors, expanding their applicability in biomedical fields. The study emphasizes the importance of exploring the multifaceted roles of NPs in combating microbial infections, particularly in the context of antibiotic resistance and biofilm-related challenges.