DOI: https://doi.org/10.1186/s12866-024-03410-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39033096
تاريخ النشر: 2024-07-20
المؤلف: Zhangqian Wang وآخرون
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تبحث الدراسة في تخليق جزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) باستخدام البروبيوتيك باكترية Bacillus licheniformis F1، مع تسليط الضوء على سمّيتها المنخفضة، ونشاطها العالي، واستقرارها. تؤكد الدراسة على أهمية استخدام المنتجات الزراعية الثانوية كمكونات غنية بالمغذيات وفعالة من حيث التكلفة لوسائط الثقافة لتعزيز الإنتاج الصناعي لجزيئات SeNPs. تظهر النتائج أن جزيئات SeNPs التي تم تخليقها بواسطة B. licheniformis F1 تتمتع بشكل كروي بأقطار تتراوح بين 110 إلى 170 نانومتر وتمتلك قدرات كبيرة على التقاط الجذور الحرة. تم تحسين معايير التخمير الرئيسية، بما في ذلك 2% من سائل البذور، ودرجة حرارة 37 درجة مئوية، واهتزاز عند 180 دورة في الدقيقة، إلى جانب تركيزات محددة من مسحوق الذرة، ووجبة الصويا، وNaCl.
تخلص الدراسة إلى أن B. licheniformis F1 تقوم بتحويل سيلينيت الصوديوم إلى جزيئات SeNPs، محققة معدل تقليل يقارب 100%. لم تؤدي ظروف التخمير المحسّنة إلى مضاعفة معدل التقليل فحسب، بل زادت أيضًا بشكل كبير من معدل إنتاج جزيئات SeNPs مع تقليل التكاليف بنحو 93.89%. تدعم هذه الدراسة الإمكانية للإنتاج على نطاق واسع وبكفاءة اقتصادية لجزيئات SeNPs، مما يوسع آفاق تطبيق B. licheniformis في مجالات متنوعة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الدور الأساسي للسيلينيوم في صحة الإنسان، مع التأكيد على وظائفه في توازن الأكسدة والاختزال، وتنظيم المناعة، والحماية من الأضرار التأكسدية. يرتبط نقص السيلينيوم بمختلف الأمراض، مما يستلزم تناول غذائي يتأثر بالعوامل البيئية. من بين الأشكال المختلفة للسيلينيوم، تظهر جزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) توافراً حيوياً عالياً وسُمّية منخفضة، مما يجعلها مرشحة واعدة للتطبيقات العلاجية. تناقش الورقة التخليق البيولوجي لجزيئات SeNPs بواسطة ميكروبات متنوعة، وخاصة البكتيريا من جنس Bacillus، التي أظهرت أنشطة مضادة للأكسدة ومضادة للأورام ملحوظة.
تركز الدراسة على Bacillus licheniformis بسبب خصائصها المفيدة، بما في ذلك توفير المغذيات وتعزيز المناعة، مع معالجة المخاوف المتعلقة بالسلامة المرتبطة ببعض أنواع Bacillus. تهدف الدراسة إلى تحسين وسط الثقافة لإنتاج جزيئات SeNP باستخدام المنتجات الزراعية الثانوية، مما يقلل التكاليف ويعزز العائد. تؤكد على الحاجة إلى دراسات على نطاق تجريبي لربط النتائج المخبرية بالتطبيقات الصناعية، مع التأكيد على أهمية تعظيم كفاءة إنتاج جزيئات SeNP من خلال ظروف الزراعة المناسبة. بشكل عام، تسعى الدراسة إلى تعزيز التطبيق العملي لـ B. licheniformis وجزيئات SeNP التي تم تخليقها، مما يساهم في صحة الإنسان والتغذية.
طرق
يستعرض قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، ومعدات، وعينات بيولوجية، لضمان إمكانية تكرار البحث. تشمل المنهجية التقنيات المطبقة لجمع البيانات، مثل التحليلات الإحصائية، وبروتوكولات التجارب، وأي ضوابط تم تنفيذها للتحقق من النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم طرق أخذ العينات، بما في ذلك معايير الاختيار للمشاركين أو العينات، فضلاً عن الظروف التي أجريت فيها التجارب. يضمن هذا النهج الشامل أن البحث يلتزم بمعايير علمية صارمة، مما يسمح بتفسير دقيق وتطبيق النتائج.
نتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد البحث، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تحدد الدراسة اتجاهات محددة تدعم الفرضيات الأولية، مما يظهر فعالية المنهجية المقترحة.
علاوة على ذلك، تتناول المناقشة تداعيات هذه النتائج، موضحةً سياقها ضمن الأدبيات الحالية. يؤكد المؤلفون على أهمية نتائجهم في تعزيز الفهم في هذا المجال ويقترحون تطبيقات محتملة للبحوث المستقبلية. كما تم الاعتراف بحدود الدراسة، مما يوفر رؤية متوازنة للنتائج ويمهد الطريق للتحقيقات اللاحقة.
مناقشة
في هذا القسم، تناقش الدراسة عزل وتحديد وتوصيف سلالة مقاومة للسيلينيوم، Bacillus licheniformis F1، القادرة على تخليق جزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs). تم عزل السلالة من عينات التربة في قوانغدونغ، الصين، وتم تحديدها من خلال تسلسل 16S rDNA، مما يكشف عن تشابه بنسبة 96.48% مع B. licheniformis AS13. أشارت الملاحظات الشكلية إلى أن السلالة تظهر خصائص نموذجية لـ B. licheniformis، بما في ذلك خلايا قصيرة على شكل قضيب وشكل مستعمرة مميز. أظهرت تجارب النمو أن السلالة F1 يمكن أن تتحمل وتقلل تركيزات سيلينيت الصوديوم حتى 150 ملليمول/لتر، مع تأكيد إنتاج جزيئات SeNP من خلال تغييرات لونية في وسط الثقافة.
شمل توصيف جزيئات SeNP التي تم تخليقها تقنيات تحليلية متنوعة، بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية-المرئية، ومطيافية الطاقة المشتتة (EDS)، ومطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، وحيود الأشعة السينية (XRD). أشارت هذه التحليلات إلى وجود السيلينيوم ومواد بروتينية على جزيئات SeNP، مع نطاق حجم يتراوح بين 110 إلى 170 نانومتر. كشفت اختبارات الاستقرار أن جزيئات SeNP حافظت على حجمها وإمكاناتها الزيتا تحت مستويات pH ودرجات حرارة متنوعة، مما يدل على استقرار عالٍ، خاصة عند pH محايد ودرجات حرارة منخفضة. بالإضافة إلى ذلك، لم تظهر السلالة أي نشاط انحلالي وأظهرت حساسية لعدة مضادات حيوية، مما يشير إلى سلامتها المحتملة للتطبيقات البيولوجية. تم تقييم النشاط المضاد للأكسدة لجزيئات SeNP والمواد الثانوية باستخدام اختبارات DPPH وABTS واختبارات التقاط الجذور الهيدروكسيلية، مما يبرز إمكانياتها كعوامل مضادة للأكسدة.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12866-024-03410-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39033096
Publication Date: 2024-07-20
Author(s): Zhangqian Wang et al.
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
The research investigates the synthesis of selenium nanoparticles (SeNPs) using the probiotic Bacillus licheniformis F1, highlighting its low toxicity, high activity, and stability. The study emphasizes the significance of utilizing agricultural by-products as nutrient-rich and cost-effective culture medium components to enhance the industrial production of SeNPs. The findings demonstrate that SeNPs synthesized by B. licheniformis F1 exhibit a spherical morphology with diameters between 110 to 170 nm and possess substantial free radical scavenging abilities. Key fermentation parameters were optimized, including a 2% seed liquid inoculum, a temperature of 37 °C, and agitation at 180 rpm, alongside specific concentrations of corn powder, soybean meal, and NaCl.
The study concludes that B. licheniformis F1 effectively converts sodium selenite into SeNPs, achieving a reduction rate of nearly 100%. The optimized fermentation conditions not only doubled the reduction rate but also significantly increased the production rate of SeNPs while reducing costs by approximately 93.89%. This research supports the potential for large-scale, economically efficient production of SeNPs, thereby broadening the application prospects of B. licheniformis in various fields.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the essential role of selenium in human health, emphasizing its functions in redox balance, immune regulation, and protection against oxidative damage. Selenium deficiency is linked to various diseases, necessitating dietary intake influenced by environmental factors. Among the different forms of selenium, selenium nanoparticles (SeNPs) exhibit high bioavailability and low toxicity, making them promising candidates for therapeutic applications. The paper discusses the biological synthesis of SeNPs by various microorganisms, particularly bacteria from the Bacillus genus, which have shown significant antioxidant and antitumor activities.
The study focuses on Bacillus licheniformis due to its beneficial properties, including nutrient provision and immune enhancement, while also addressing safety concerns associated with certain Bacillus species. The research aims to optimize the culture medium for SeNP production using agricultural by-products, thereby reducing costs and enhancing yield. It underscores the need for pilot-scale studies to bridge laboratory findings with industrial applications, emphasizing the importance of maximizing SeNP production efficiency through suitable cultivation conditions. Overall, the study seeks to advance the practical application of B. licheniformis and its synthesized SeNPs, contributing to human health and nutrition.
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 research. The methodology encompasses the techniques applied for data collection, such as statistical analyses, experimental protocols, and any controls implemented to validate the findings.
Additionally, the section may describe the sampling methods, including the selection criteria for participants or samples, as well as the conditions under which experiments were conducted. This comprehensive approach ensures that the research adheres to rigorous scientific standards, allowing for accurate interpretation and application of the results.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a significant 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 study identifies specific trends that support the initial hypotheses, demonstrating the effectiveness of the proposed methodology.
Furthermore, the discussion elaborates on the implications of these findings, contextualizing them within the existing literature. The authors emphasize the relevance of their results in advancing understanding in the field and suggest potential applications for future research. Limitations of the study are also acknowledged, providing a balanced view of the results and paving the way for subsequent investigations.
Discussion
In this section, the research discusses the isolation, identification, and characterization of a selenium-tolerant strain, Bacillus licheniformis F1, capable of synthesizing selenium nanoparticles (SeNPs). The strain was isolated from soil samples in Guangdong, China, and identified through 16S rDNA sequencing, revealing a 96.48% similarity to B. licheniformis AS13. Morphological observations indicated that the strain exhibits typical characteristics of B. licheniformis, including short rod-shaped cells and distinctive colony morphology. Growth experiments demonstrated that strain F1 can tolerate and reduce sodium selenite concentrations up to 150 mmol/L, with the production of SeNPs confirmed through colorimetric changes in the culture medium.
The characterization of the synthesized SeNPs involved various analytical techniques, including UV-Vis spectroscopy, Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy, and X-ray diffraction (XRD). These analyses indicated the presence of selenium and protein substances on the SeNPs, with a size range of approximately 110 to 170 nm. Stability tests revealed that the SeNPs maintained their size and zeta potential under various pH levels and temperatures, indicating high stability, particularly at neutral pH and lower temperatures. Additionally, the strain exhibited no hemolytic activity and showed sensitivity to several antibiotics, suggesting its potential safety for biotechnological applications. The antioxidant activity of the SeNPs and secondary metabolites was assessed using DPPH, ABTS, and hydroxyl radical scavenging assays, highlighting their potential as antioxidant agents.