DOI: https://doi.org/10.1007/s12011-025-04751-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40753363
تاريخ النشر: 2025-08-02
المؤلف: Marek Kieliszek وآخرون
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تراكم البيو، والتحول الحيوي، وإنتاج جزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) في نوعين من الخمائر: *Saccharomyces cerevisiae* ATCC 7090 و *Rhodotorula glutinis* CCY 20-2-26. تكشف النتائج أن *S. cerevisiae* تتراكم بشكل ملحوظ أكثر من السيلينيوم (1559 ميكروغرام Se/g) مقارنة بـ *R. glutinis* (1202 ميكروغرام Se/g). من الجدير بالذكر أن *S. cerevisiae* أظهرت أيضًا تنوعًا أوسع من أنواع السيلينيوم، بما في ذلك الأحماض الأمينية السيلينية مثل السيلينوميثيونين والسيلينوسيستين، بينما احتوت *R. glutinis* على أنواع أقل. وُجد أن توزيع حجم جزيئات SeNPs كان 60-180 نانومتر في *S. cerevisiae* و40-260 نانومتر في *R. glutinis*، حيث أنتجت *S. cerevisiae* جزيئات نانوية أكثر تجانسًا وتركيزًا.
تخلص الدراسة إلى أن *S. cerevisiae* تظهر قدرة تفوق في تراكم السيلينيوم وإنتاج الجزيئات النانوية، مما يشير إلى إمكانياتها كمصدر بيولوجي لتطوير مكملات غذائية غنية بالسيلينيوم ومواد نانوية. إن تحديد مختلف مشتقات السيلينيوم، بما في ذلك المركبات الجديدة، يبرز أهمية المزيد من البحث في تنوع السيلينيوم وآليات التراكم في أنواع الخمائر الأقل شهرة. تسهم هذه النتائج في فهم التحول الحيوي للسيلينيوم في الخمائر وتأثيراته على معالجة الأمراض التأكسدية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور الحاسم للسيلينيوم (Se) كعنصر تتبع أساسي لصحة الإنسان والحيوان، خاصة في المناطق التي تحتوي على محتوى منخفض من السيلينيوم في التربة، مثل أوروبا وآسيا وأفريقيا. السيلينيوم ضروري لتخليق السيلينوبروتينات التي تؤدي وظائف مضادة للأكسدة وتنظم أيض هرمونات الغدة الدرقية. يرتبط نقصه بمشاكل صحية متنوعة، بما في ذلك الإجهاد التأكسدي واضطرابات الغدة الدرقية. يختلف تناول السيلينيوم بشكل كبير حسب البلد، متأثرًا بتكوين التربة والمصادر الغذائية، حيث تعتبر المستويات التي تقل عن 0.6 ملغ/كغ في التربة غير كافية للاحتياجات الغذائية.
تركز الدراسة على تراكم البيو والتحول الحيوي للسيلينيوم في الخمائر، مع مقارنة محددة بين *Saccharomyces cerevisiae* و*Rhodotorula glutinis*. بينما تُستخدم *S. cerevisiae* عادةً في التكنولوجيا الحيوية لتغني السيلينيوم، هناك اهتمام متزايد في استكشاف سلالات خميرة أخرى مثل *R. glutinis*، التي قد تعزز القيمة الغذائية للمنتجات الغنية بالسيلينيوم. تهدف هذه الأبحاث إلى تقديم أول ملف تفصيلي لتنوع السيلينيوم لـ *R. glutinis*، باستخدام تقنيات كروماتوغرافية متقدمة مثل RP-HPLC-ICP-MS وUHPLC-ESI-Orbitrap-MS لتحليل أنواع السيلينيوم والسيلينيوم العنصري في الكتلة الحيوية لكل من سلالتي الخميرة.
طرق
في هذه الدراسة، تم استخدام مجموعة متنوعة من المواد والمواد الكيميائية للتحقيق في تأثيرات مركبات السيلينيوم. تضمنت المواد الرئيسية سيلينيت الصوديوم (Na₂SeO₃)، وحمض النيتريك (67-69%)، وإيوذوأسيتاميد (IAM)، وسلفات الدوديلي الصوديوم (SDS)، ومكونات محلول تريس، جميعها مستمدة من سيغما-ألدريتش، ألمانيا. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام بروتياز، دريزيلز، ديثيوثريتال (DTT)، محلول سيلينيوم قياسي (1000 ملغ/لتر)، وبيروكسيد الهيدروجين (30%). كما استخدمت الدراسة وسائط YPD من BLT، بولندا، ومياه Milli-Q من نظام Direct-Q 3UV (ميرك ميليبور، ألمانيا)، ومواد مرجعية معتمدة SELM-1 من المجلس الوطني للبحوث في كندا. كانت هذه المواد ضرورية لإجراء التجارب وضمان دقة النتائج.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الإجراءات التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود علاقة واضحة بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تؤكد التحليلات الإحصائية قوة هذه العلاقات. من الجدير بالذكر أن النتائج تظهر أن التدخل المطبق يؤدي إلى تحسين ملحوظ في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.05 تشير إلى دلالة إحصائية.
علاوة على ذلك، تكشف التحليلات عن اتجاهات محددة تشير إلى علاقة استجابة الجرعة، حيث تتوافق المستويات المتزايدة من المتغير المستقل مع تأثيرات معززة على المتغير التابع. تمثل الرسوم البيانية، مثل المخططات أو الرسوم البيانية، هذه الاتجاهات بشكل فعال، مما يوفر تأكيدًا بصريًا للبيانات الكمية. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة في هذا المجال، داعمة الفرضية ومقترحة سبلًا لمزيد من البحث.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تراكم السيلينيوم وتنوعه في سلالتين من الخمائر، *Saccharomyces cerevisiae* ATCC 7090 و *Rhodotorula glutinis* CCY 20-2-26، تحت ظروف زراعة محكومة. كانت كلا السلالتين قادرتين على تراكم كميات كبيرة من السيلينيوم، حيث حققت *S. cerevisiae* تركيزًا قدره 1559 ميكروغرام Se⁴⁺/g و *R. glutinis* 1202 ميكروغرام Se⁴⁺/g عند زراعتها في وسائط غنية بالسيلينيوم. كشفت التحليلات أن *S. cerevisiae* احتفظت بشكل أساسي بالسيلينيوم غير العضوي، بينما أظهرت *R. glutinis* كفاءة أعلى في استقلاب السيلينيوم إلى أشكال عضوية، مثل السيلينوميثيونين (SeMet) والسيلينوسيستين (SeCys)، على الرغم من أن كلا السلالتين أظهرتا تخليقًا محدودًا لهذه الأحماض الأمينية.
استخدمت الدراسة تقنيات تحليلية متنوعة، بما في ذلك مطيافية الكتلة المرتبطة بالبلازما (ICP-MS) والكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC)، لتوصيف مركبات السيلينيوم الموجودة في الكتلة الحيوية للخميرة. أشارت النتائج إلى أن *S. cerevisiae* كانت لديها طيف أوسع من المستقلبات السيلينية، بما في ذلك مركبات معقدة مثل Se-أدينوزيل-l-سيلينوهوموسيستين والسيلينوديجلوثاثيون، مقارنة بـ *R. glutinis*، التي احتوت بشكل أساسي على ميثيلثيو-سيلينوجلوثاثيون والسيلينوديجلوثاثيون. تؤكد هذه النتائج على إمكانيات كلا سلالتي الخميرة كمجمعات حيوية للسيلينيوم، مع آثار على استخدامها في الأطعمة الوظيفية والمكملات الغذائية، فضلاً عن استراتيجيات المعالجة الحيوية للتخفيف من تلوث السيلينيوم. هناك حاجة لمزيد من البحث لتحسين ظروف الزراعة وزيادة كفاءة تراكم السيلينيوم في هذه الكائنات الدقيقة.
DOI: https://doi.org/10.1007/s12011-025-04751-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40753363
Publication Date: 2025-08-02
Author(s): Marek Kieliszek et al.
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
This study investigates the bioaccumulation, biotransformation, and production of selenium nanoparticles (SeNPs) in two yeast species: *Saccharomyces cerevisiae* ATCC 7090 and *Rhodotorula glutinis* CCY 20-2-26. The findings reveal that *S. cerevisiae* accumulates significantly more selenium (1559 µg Se/g) compared to *R. glutinis* (1202 µg Se/g). Notably, *S. cerevisiae* also exhibited a broader variety of selenium species, including selenoamino acids such as selenomethionine and selenocysteine, while *R. glutinis* contained fewer species. The size distribution of SeNPs was found to be 60-180 nm in *S. cerevisiae* and 40-260 nm in *R. glutinis*, with *S. cerevisiae* producing more uniform and concentrated nanoparticles.
The study concludes that *S. cerevisiae* demonstrates superior selenium accumulation and nanoparticle production capabilities, suggesting its potential as a biotechnological resource for developing selenium-rich dietary supplements and nanomaterials. The identification of various selenium derivatives, including novel compounds, underscores the importance of further research into selenium speciation and accumulation mechanisms in lesser-known yeast species. These findings contribute to the understanding of selenium biotransformation in yeast and its implications for treating oxidative diseases.
Introduction
The introduction highlights the critical role of selenium (Se) as an essential trace element for human and animal health, particularly in regions with low soil selenium content, such as Europe, Asia, and Africa. Selenium is vital for synthesizing selenoproteins that perform antioxidant functions and regulate thyroid hormone metabolism. Its deficiency is linked to various health issues, including oxidative stress and thyroid disorders. The intake of selenium varies significantly by country, influenced by soil composition and dietary sources, with levels below 0.6 mg/kg in soil deemed insufficient for dietary needs.
The study focuses on the bioaccumulation and biotransformation of selenium in yeasts, specifically comparing Saccharomyces cerevisiae and Rhodotorula glutinis. While S. cerevisiae is commonly used in biotechnology for selenium enrichment, there is an increasing interest in exploring other yeast strains like R. glutinis, which may enhance the nutritional value of selenium-enriched products. This research aims to provide the first detailed selenium speciation profile for R. glutinis, utilizing advanced chromatographic techniques such as RP-HPLC-ICP-MS and UHPLC-ESI-Orbitrap-MS to analyze selenium species and elemental selenium in the biomass of both yeast strains.
Methods
In this study, a variety of materials and reagents were utilized to investigate the effects of selenium compounds. Key materials included sodium selenite (Na₂SeO₃), nitric acid (67-69%), iodoacetamide (IAM), sodium dodecyl sulfate (SDS), and Tris buffer components, all sourced from Sigma-Aldrich, Germany. Additionally, protease, driselase, dithiothreitol (DTT), a standard selenium solution (1000 mg/L), and hydrogen peroxide (30%) were employed. The study also utilized YPD media from BLT, Poland, Milli-Q water from the Direct-Q 3UV system (Merck Millipore, Germany), and certified reference material SELM-1 from the National Research Council Canada. These materials were essential for conducting the experiments and ensuring the accuracy of the results.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experimental or analytical procedures employed. The data indicate a clear correlation between the variables under investigation, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. Notably, the results demonstrate that the intervention applied leads to a marked improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.05 indicating statistical significance.
Furthermore, the analysis reveals specific trends that suggest a dose-response relationship, where increased levels of the independent variable correspond to enhanced effects on the dependent variable. Graphical representations, such as plots or charts, illustrate these trends effectively, providing visual confirmation of the quantitative data. Overall, the findings contribute valuable insights to the field, supporting the hypothesis and suggesting avenues for further research.
Discussion
In this study, the selenium accumulation and speciation in two yeast strains, *Saccharomyces cerevisiae* ATCC 7090 and *Rhodotorula glutinis* CCY 20-2-26, were investigated under controlled culture conditions. Both strains were capable of accumulating significant amounts of selenium, with *S. cerevisiae* achieving a concentration of 1559 µg Se⁴⁺/g and *R. glutinis* 1202 µg Se⁴⁺/g when grown in selenium-enriched media. The analysis revealed that *S. cerevisiae* predominantly retained inorganic selenium, while *R. glutinis* exhibited a higher efficiency in metabolizing selenium into organic forms, such as selenomethionine (SeMet) and selenocysteine (SeCys), although both strains showed limited biosynthesis of these amino acids.
The study employed various analytical techniques, including inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) and high-performance liquid chromatography (HPLC), to characterize the selenium compounds present in the yeast biomass. The results indicated that *S. cerevisiae* had a broader spectrum of selenium metabolites, including complex compounds like Se-adenosyl-l-selenohomocysteine and selenodiglutathione, compared to *R. glutinis*, which primarily contained methylthio-selenoglutathione and selenodiglutathione. These findings underscore the potential of both yeast strains as bioaccumulators of selenium, with implications for their use in functional foods and dietary supplements, as well as in bioremediation strategies to mitigate selenium pollution. Further research is warranted to optimize cultivation conditions and enhance selenium accumulation efficiency in these microorganisms.