DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-79574-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39762311
تاريخ النشر: 2025-01-06
المؤلف: Mohamed M. Desouky وآخرون
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في الخصائص المضادة للفطريات لمركب نانو يتكون من جزيئات نانو سيلينيوم المغلفة بالنانو كيتوزان، والتي تم تصنيعها بطريقة خضراء، ضد الفطر الممرض للنبات سكليروتينيا سكليروتيوم. نظرًا لقيود المبيدات الفطرية الكيميائية بسبب السمية والمقاومة، تستكشف الدراسة المواد الطبيعية على النانو كفاءة كبدائل قابلة للتطبيق. تم تصنيع جزيئات نانو السيلينيوم باستخدام مستخلصات قشر الحمضيات من خلال الاختزال الكيميائي، بينما تم إنتاج جزيئات نانو الكيتوزان عبر التجلط الأيوني. تم إجراء توصيف للهياكل النانوية باستخدام تقنيات متنوعة، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الناقل وطيف الأشعة فوق البنفسجية – المرئية.
تشير النتائج إلى أن المركب النانوي يظهر فعالية مضادة للفطريات محسنة بشكل كبير مقارنة بالهياكل الكبيرة، حيث حقق نشاطًا مثبطًا بنسبة 100% عند تركيز مثبط أدنى (MIC) قدره 0.5 جزء في المليون. ومن الجدير بالذكر أن المركب النانوي أسفر عن أقل متوسط للكتلة الحيوية الفطرية (0.32 ± 0.05 غرام) بين جميع التركيبات المختبرة. كشف المجهر الإلكتروني الماسح عن أضرار كبيرة في خيوط الفطر بعد المعالجة بالمركب النانوي، مما يبرز إمكانيته كعامل مضاد للفطريات صديق للبيئة ضد مسببات الأمراض النباتية. تسلط هذه النتائج الضوء على وعد استخدام المواد الطبيعية على النانو كفاءة في التطبيقات الزراعية لمكافحة الأمراض الفطرية.
الطرق
توضح قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يتناول المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، معدات، وعينات بيولوجية، بالإضافة إلى مصادرها وطرق تحضيرها. كما يصف القسم المنهجيات المطبقة لجمع البيانات وتحليلها، مما يضمن إمكانية تكرار النتائج.
تُبرز البروتوكولات التجريبية الرئيسية، بما في ذلك أي تحليلات إحصائية تم إجراؤها للتحقق من النتائج. يؤكد القسم على الالتزام بالمبادئ التوجيهية والمعايير الأخلاقية ذات الصلة بسياق البحث، مما يضمن نزاهة وموثوقية نتائج الدراسة. بشكل عام، يعمل هذا القسم كدليل شامل لتكرار البحث وفهم العمليات الأساسية التي أدت إلى النتائج المبلغ عنها.
المناقشة
في هذا القسم، يتم مناقشة تحسين التخليق الأخضر لجزيئات نانو السيلينيوم (Se NPs) باستخدام مستخلصات قشر الحمضيات. تسلط الدراسة الضوء على أن مستخلص قشر الليمون (L.P.-Se NPs) أنتج جزيئات نانو أصغر وأكثر استقرارًا وتوزيعًا أفضل مقارنة بمستخلص قشر البرتقال (O.P.-Se NPs). كشف المجهر الإلكتروني الناقل (TEM) أن L.P.-Se NPs كان لها متوسط قطر قدره 42.28 ± 18.5 نانومتر، بينما كانت O.P.-Se NPs تقيس 85.7 ± 140.22 نانومتر. أشار تحليل جهد زيتا إلى أن L.P.-Se NPs كانت لها شحنة سالبة قدرها -19 مللي فولت، مما يشير إلى استقرار كولوييدي أقل من O.P.-Se NPs، التي كانت لها شحنة موجبة قدرها +12 مللي فولت. أكدت تقنيات التوصيف مثل الأشعة فوق البنفسجية – المرئية، FT-IR، والتشتت بالأشعة السينية (XRD) نجاح التخليق والخصائص الهيكلية لجزيئات النانو، حيث أظهرت L.P.-Se NPs نطاقات امتصاص أكثر حدة ودرجة أعلى من البلورية.
كما يتناول القسم تحضير وتوصيف جزيئات نانو الكيتوزان (CS NPs) ومركبها مع L.P.-Se NPs (NCS-Se NPs). ساعدت الطبيعة الكاتيونية لجزيئات CS NPs، مع جهد زيتا قدره +4.49 مللي فولت، في استقرار جزيئات L.P.-Se NPs ذات الشحنة السالبة، مما أسفر عن مركب بمتوسط قطر قدره 32.7 ± 16 نانومتر. أشارت قياسات تشتت الضوء الديناميكي (DLS) إلى أحجام هيدروديناميكية قدرها 190 نانومتر لجزيئات CS NPs و58.77 نانومتر لجزيئات NCS-Se NPs، والتي كانت أكبر من الأحجام الفعلية بسبب الحالة المائية. تم تقييم النشاط المضاد للفطريات لهذه الهياكل النانوية ضد سكليروتينيا سكليروتيوم، مما يظهر أن NCS-Se NPs أظهرت أعلى تأثير مثبط، حيث حققت 100% تثبيط عند تركيز مثبط أدنى (MIC) قدره 0.5 جزء في المليون. أظهرت التغيرات الشكلية في خيوط الفطر، التي تم ملاحظتها من خلال المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، أضرارًا كبيرة caused by NCS-Se NPs، مما يبرز إمكانياتها كعامل مضاد للفطريات صديق للبيئة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-79574-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39762311
Publication Date: 2025-01-06
Author(s): Mohamed M. Desouky et al.
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
This research investigates the antifungal properties of a nanocomposite composed of nanochitosan-coated, green-synthesized selenium nanoparticles against the plant pathogenic fungus Sclerotinia sclerotiorum. Given the limitations of chemical fungicides due to toxicity and resistance, the study explores natural nanoscale materials as viable alternatives. Selenium nanoparticles were synthesized using citrus peel extracts through chemical reduction, while chitosan nanoparticles were produced via ionotropic gelation. Characterization of the nanostructures was performed using various techniques, including transmission electron microscopy and UV-VIS spectroscopy.
The findings indicate that the nanocomposite demonstrates significantly enhanced antifungal efficacy compared to bulk structures, achieving 100% inhibitory activity at a minimum inhibitory concentration (MIC) of 0.5 ppm. Notably, the nanocomposite resulted in the lowest average fungal biomass (0.32 ± 0.05 g) among all tested formulations. Scanning electron microscopy revealed substantial damage to the fungal mycelium after treatment with the nanocomposite, underscoring its potential as an eco-friendly antifungal agent against plant pathogens. These results highlight the promise of utilizing natural nanoscale materials in agricultural applications to combat fungal diseases.
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, as well as their sources and preparation methods. The section also describes the methodologies applied for data collection and analysis, ensuring reproducibility of the results.
Key experimental protocols are highlighted, including any statistical analyses performed to validate findings. The section emphasizes adherence to ethical guidelines and standards relevant to the research context, ensuring the integrity and reliability of the study’s outcomes. Overall, this section serves as a comprehensive guide for replicating the research and understanding the underlying processes that led to the reported findings.
Discussion
In this section, the optimization of the green synthesis of selenium nanoparticles (Se NPs) using citrus peel extracts is discussed. The study highlights that lemon peel extract (L.P.-Se NPs) produced smaller, more stable, and better-dispersed nanoparticles compared to orange peel extract (O.P.-Se NPs). Transmission electron microscopy (TEM) revealed that L.P.-Se NPs had an average diameter of 42.28 ± 18.5 nm, while O.P.-Se NPs measured 85.7 ± 140.22 nm. Zeta potential analysis indicated that L.P.-Se NPs had a negative charge of -19 mV, suggesting lower colloidal stability than O.P.-Se NPs, which had a positive charge of +12 mV. Characterization techniques such as UV-Vis, FT-IR, and X-ray diffraction (XRD) confirmed the successful synthesis and structural properties of the nanoparticles, with L.P.-Se NPs exhibiting sharper absorption bands and a higher degree of crystallinity.
The section also details the preparation and characterization of chitosan nanoparticles (CS NPs) and their composite with L.P.-Se NPs (NCS-Se NPs). The cationic nature of CS NPs, with a zeta potential of +4.49 mV, facilitated the stabilization of negatively charged L.P.-Se NPs, resulting in a composite with an average diameter of 32.7 ± 16 nm. Dynamic light scattering (DLS) measurements indicated hydrodynamic sizes of 190 nm for CS NPs and 58.77 nm for NCS-Se NPs, which were larger than the actual sizes due to the aqueous state. The antifungal activity of these nanostructures was evaluated against Sclerotinia sclerotiorum, demonstrating that NCS-Se NPs exhibited the highest inhibitory effect, achieving 100% inhibition at a minimum inhibitory concentration (MIC) of 0.5 ppm. The morphological changes in the fungal hyphae, observed through scanning electron microscopy (SEM), indicated significant damage caused by the NCS-Se NPs, underscoring their potential as an eco-friendly antifungal agent.