DOI: https://doi.org/10.1186/s11671-024-04055-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38980559
تاريخ النشر: 2024-07-09
المؤلف: Esraa Ali Mohamed وآخرون
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تقدم الدراسة نهجًا جديدًا لمكافحة فطر الكانديدا ألبكانس، وهو فطر ممرض مهم، من خلال التخليق الحيوي لجزيئات السيلينيوم النانوية (Se NPs) الوظيفية باستخدام السائل الفائق الخالي من الخلايا لبكتيريا ليموسيلاتوباكيلوس فيرمنتوم (OR553490). تم عزل هذا السلالة من الزبادي في دمياط، مصر، وتم تحديد الظروف المثلى لإنتاج جزيئات Se NPs كنسبة 1:9 (حجم/حجم%) من المستقلبات البكتيرية إلى سيلينيت الصوديوم (5 مليمول) على مدى 72 ساعة عند 37 درجة مئوية. تم إجراء توصيف لجزيئات Se NPs المصنعة باستخدام تقنيات مختلفة، مما كشف عن متوسط حجم الجسيمات يتراوح بين 17-30 نانومتر وإمكانات زيتا تبلغ -11.8 مللي فولت، مما يشير إلى الاستقرار. أظهرت جزيئات Se NPs تأثيرًا مضادًا للكانديدا بشكل كبير، مع منطقة تثبيط تبلغ 26 ± 0.03 مم وتركيز مثبط أدنى (MIC) يبلغ 15 ميكروغرام/مل، متفوقة على العامل التقليدي ميكونازول.
تخلص الدراسة إلى أن جزيئات Se NPs المصنعة عبر L. fermentum تظهر فعالية متفوقة ضد C. albicans بينما تظهر سمية منخفضة تجاه الكيراتينوسيتات الطبيعية (IC50 ≈ 41.5 ميكروغرام/مل). تشير هذه النتائج إلى أن التخليق الأخضر لجزيئات Se NPs يمكن أن يكون استراتيجية واعدة لتطوير علاجات جديدة مضادة للكانديدا. يوصي المؤلفون بمزيد من الاستكشاف للاستخدام المشترك لجزيئات Se NPs مع عوامل أخرى، مثل الكيتوزان (CS) والبنثينول، لمعالجة التحديات التي تطرحها مقاومة C. albicans، بالإضافة إلى دراسات حية لتقييم السمية والفعالية لهذه الجزيئات النانوية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث جنس *كانديدا*، الذي يتضمن أكثر من 200 نوع، مع تحديد 15 نوعًا كعوامل ممرضة في البشر والحيوانات. من بين هذه الأنواع، يعتبر *كانديدا ألبكانس* الأكثر أهمية، حيث يتحمل مسؤولية حوالي 75% من العدوى الكانديدية، خاصة في الأفراد الذين يعانون من ضعف المناعة. تسلط الورقة الضوء على دور الميكروبيوم البشري في الحفاظ على توازن يمنع النمو المفرط لـ *C. albicans*، الذي يمكن أن يصبح ممرضًا تحت ظروف معينة، مما يؤدي إلى أشكال مختلفة من الكانديدياز، بما في ذلك الكانديدياز الغازي (IC). تؤكد مقاومة *C. albicans* المتزايدة للعلاجات المضادة للفطريات، وخاصة الأزولات، على الحاجة إلى استراتيجيات علاجية بديلة.
يقترح المؤلفون استخدام جزيئات السيلينيوم النانوية (Se NPs) المصنعة من خلال طرق بيولوجية، باستخدام بكتيريا حمض اللاكتيك البروبيوتيك *ليموسيلاتوباكيلوس فيرمنتوم* OR553490. تُعرف جزيئات Se NPs بسميتها المنخفضة، وتوافرها الحيوي العالي، وخصائصها المضادة للميكروبات المحتملة، مما يجعلها مرشحة واعدة لعلاج عدوى *C. albicans*. تهدف الدراسة إلى توصيف هذه الجزيئات النانوية وتقييم فعاليتها كعامل مضاد للكانديدا، مع تطبيقات محتملة في المنتجات الطبية مثل الكريمات الموضعية والشامبو، المعززة بالكيتوزان والألجينات لتحسين العمل المضاد للميكروبات.
طرق
في هذه الدراسة، استخدم الباحثون سيلينيت الصوديوم (Na\(_2\)SeO\(_3\)) وميكونازول، وكلاهما تم الحصول عليه من سيغما ألدريتش، سانت لويس، ميزوري، الولايات المتحدة الأمريكية، كمواد رئيسية لتجاربهم. كانت سلالة الكانديدا ألبكانس ATCC10231 هي الكائن النموذجي لتقييم النشاط المضاد للكانديدا. بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على وسائط الثقافة اللازمة للتجارب من مختبرات ديفكو، ديترويت، ميشيغان، بينما تم الحصول على مواد كيميائية أخرى من أوكسايد المحدودة، إنجلترا. تدعم هذه الاختيارات من المواد الإطار المنهجي لتقييم فعالية المركبات المختبرة ضد الكانديدا ألبكانس.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. عادةً ما يتضمن بيانات كمية، وتحليلات إحصائية، وتمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول لتوضيح النتائج. غالبًا ما تتم مقارنة النتائج مع الفرضيات الأولية أو أسئلة البحث، مما يبرز الأنماط أو الارتباطات أو الشذوذات المهمة التي لوحظت خلال الدراسة.
في هذا القسم، قد يناقش المؤلفون أيضًا تداعيات نتائجهم، بما في ذلك كيف تساهم في المعرفة الحالية في هذا المجال. قد يتم أيضًا ذكر أي قيود واجهت خلال عملية البحث، بالإضافة إلى اقتراحات للدراسات المستقبلية، لتوفير سياق للنتائج التي تم الحصول عليها. بشكل عام، يخدم هذا القسم لتأكيد الادعاءات البحثية المقدمة في الورقة من خلال الأدلة التجريبية.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تحقيق التخليق الحيوي لجزيئات السيلينيوم النانوية (Se NPs) باستخدام السائل الفائق الخالي من الخلايا لسلالة Lactobacillus fermentum OR553490، المعزولة من الزبادي العربي (زبادي). تم جمع ما مجموعه 37 عينة من الزبادي من المدن المصرية الشمالية، وتم توصيف العزلات البكتيرية من الناحية الظاهرية والجينية. تم تحديد الظروف المثلى لإنتاج جزيئات Se NPs من خلال تغيير تركيز سيلينيت الصوديوم ($\text{Na}_2\text{SeO}_3$)، ونسبة المستقلبات البكتيرية إلى $\text{Na}_2\text{SeO}_3$، وأوقات الحضانة. أظهرت النتائج أن تركيز 5 مليمول من $\text{Na}_2\text{SeO}_3$ ونسبة 1:9 (حجم/حجم) أسفرا عن أعلى معدلات الإنتاج، حيث تم تأكيد تكوين جزيئات Se NPs من خلال تغيير اللون إلى الأحمر، مما يدل على نجاح التخليق الحيوي.
تم تقييم النشاط المضاد للكانديدا لجزيئات Se NPs المصنعة حيويًا ضد الكانديدا ألبكانس، مما كشف عن تركيز مثبط أدنى (MIC) يبلغ 25 ميكروغرام/مل، وهو أقل بكثير من ذلك الخاص بالعقار المضاد للفطريات القياسي ميكونازول (40 ميكروغرام/مل). أظهرت جزيئات Se NPs تأثيرات بيولوجية فائقة، كما يتضح من التغيرات الشكلية الملحوظة في خلايا C. albicans المعالجة بالجزيئات النانوية. علاوة على ذلك، أظهرت اختبارات السمية على خلايا الكيراتينوسيت الطبيعية IC50 يبلغ حوالي 41.5 ميكروغرام/مل، مما يشير إلى أن جزيئات Se NPs آمنة للاستخدام المحتمل في التطبيقات العلاجية. تسلط الدراسة الضوء على وعد استخدام L. fermentum للتخليق الأخضر لجزيئات Se NPs كبديل فعال للعلاجات المضادة للفطريات التقليدية، خاصة في ضوء زيادة المقاومة للعوامل المضادة للفطريات الحالية.
DOI: https://doi.org/10.1186/s11671-024-04055-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38980559
Publication Date: 2024-07-09
Author(s): Esraa Ali Mohamed et al.
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
The research presents a novel approach for combating Candida albicans, a significant pathogenic fungus, through the biosynthesis of functionalized selenium nanoparticles (Se NPs) using the cell-free supernatant of Limosilactobacillus fermentum (OR553490). This strain was isolated from yogurt in Damietta, Egypt, and the optimal conditions for Se NPs production were identified as a 1:9 (v/v%) ratio of bacterial metabolites to sodium selenite (5 mM) over 72 hours at 37 °C. Characterization of the synthesized Se NPs was performed using various techniques, revealing an average particle size of 17-30 nm and a zeta potential of -11.8 mV, indicating stability. The Se NPs exhibited a significant anticandidal effect, with an inhibition zone of 26 ± 0.03 mm and a minimum inhibitory concentration (MIC) of 15 µg/mL, outperforming the traditional agent miconazole.
The study concludes that Se NPs synthesized via L. fermentum demonstrate superior efficacy against C. albicans while exhibiting low cytotoxicity towards normal keratinocytes (IC50 ≈ 41.5 μg/mL). These findings suggest that the green synthesis of Se NPs could serve as a promising strategy for developing new anticandidal therapies. The authors recommend further exploration of the combined use of Se NPs with other agents, such as chitosan (CS) and panthenol, to address the challenges posed by C. albicans resistance, as well as in vivo studies to assess the toxicity and efficacy of these nanoparticles.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the genus *Candida*, which includes over 200 species, with 15 identified as pathogens in humans and animals. Among these, *Candida albicans* is the most significant, responsible for approximately 75% of candidal infections, particularly in immunocompromised individuals. The paper highlights the role of the human microbiota in maintaining a balance that prevents the overgrowth of *C. albicans*, which can become pathogenic under certain conditions, leading to various forms of candidiasis, including invasive candidiasis (IC). The increasing resistance of *C. albicans* to antifungal treatments, particularly azoles, underscores the need for alternative therapeutic strategies.
The authors propose the use of selenium nanoparticles (Se NPs) synthesized through biological methods, specifically using the probiotic lactic acid bacterium *Limosilactobacillus fermentum* OR553490. Se NPs are noted for their low toxicity, high bioavailability, and potential antimicrobial properties, making them promising candidates for treating *C. albicans* infections. The study aims to characterize these nanoparticles and evaluate their efficacy as an anticandidal agent, with potential applications in medical products such as topical creams and shampoos, enhanced with chitosan and alginate to improve antimicrobial action.
Methods
In this study, the researchers utilized sodium selenite (Na\(_2\)SeO\(_3\)) and miconazole, both procured from Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA, as key materials for their experiments. The Candida albicans ATCC10231 strain served as the model organism for assessing anticandidal activity. Additionally, the culture media necessary for the experiments were obtained from Difco Laboratories, Detroit, Michigan, while other chemicals were sourced from Oxoid Ltd., England. This selection of materials underpins the methodological framework for evaluating the efficacy of the tested compounds against Candida albicans.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It typically includes quantitative data, statistical analyses, and visual representations such as graphs or tables to illustrate the outcomes. The results are often compared against the initial hypotheses or research questions, highlighting significant patterns, correlations, or anomalies observed during the study.
In this section, the authors may also discuss the implications of their findings, including how they contribute to the existing body of knowledge in the field. Any limitations encountered during the research process, as well as suggestions for future studies, may also be briefly mentioned to provide context for the results obtained. Overall, this section serves to substantiate the research claims made in the paper through empirical evidence.
Discussion
In this study, the biosynthesis of selenium nanoparticles (Se NPs) was achieved using the cell-free supernatant of the Lactobacillus fermentum strain OR553490, isolated from Arabian yogurt (zabady). A total of 37 zabady samples were collected from northern Egyptian cities, and the LAB isolates were characterized phenotypically and genotypically. The optimal conditions for Se NPs production were determined by varying the concentration of sodium selenite ($\text{Na}_2\text{SeO}_3$), the ratio of bacterial metabolites to $\text{Na}_2\text{SeO}_3$, and incubation times. The results indicated that a concentration of 5 mM $\text{Na}_2\text{SeO}_3$ and a 1:9 (v/v) ratio yielded the highest production rates, with the formation of Se NPs confirmed by a color change to red, indicative of successful biosynthesis.
The anticandidal activity of the biosynthesized Se NPs was evaluated against Candida albicans, revealing a minimum inhibitory concentration (MIC) of 25 µg/mL, which was significantly lower than that of the standard antifungal miconazole (40 µg/mL). The Se NPs exhibited superior biocidal effects, as evidenced by the observed morphological alterations in C. albicans cells treated with the nanoparticles. Furthermore, cytotoxicity tests on normal keratinocyte cells indicated an IC50 of approximately 41.5 µg/mL, suggesting that the Se NPs are safe for potential therapeutic applications. The study highlights the promise of using L. fermentum for the green synthesis of Se NPs as an effective alternative to conventional antifungal treatments, particularly in light of rising resistance to existing antifungal agents.