Mycoendophyte를 이용한 MnO NP의 새로운 생합성: 산업적 생물공정 전략 및 규모 조정

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 2052(2023) 이 기사 인용

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이 보고서는 내생 식물 Trichoderma virens 균주 EG92의 세포외 생리활성 대사산물을 캡핑/환원제로 사용하고 MnCl2·4H2O를 모성분으로 사용하여 평균 결정 크기가 ~ 35 nm인 막대 모양 MnO NP의 진균 합성에 대한 첫 번째 설명을 제공합니다. . 밀기울 배지는 세포외 분획에서 다양한 생리활성 대사산물을 생성하는 내생균주 EG92를 성장시키기 위해 선택되었으며, 이는 MnO NP의 수율을 9.53g/l로 증가시킵니다. 바이오매스 생성에 영향을 미치는 전체 배지 및 곰팡이 성장 조건은 연속적인 통계적 최적화 접근법(Plackett-Burman 및 Box-Behnken 설계)으로 최적화되었습니다. 생산 개선은 pH 5.5, WBE(35%) 및 접종원 크기(10%)에서 달성되었으며, 이는 Xmax를 12배(89.63g/l)로 증가시켰습니다. 이에 따라 Pmax는 8배(82.93g/l)로 증가했습니다. 162시간 후, μmax 및 YX/S 측면의 Xmax(145.63g/l) 및 Pmax(99.52g/l)는 각각 0.084 및 7.65로 측정되었습니다. Taguchi 실험 설계를 통해 100% 곰팡이 추출물(환원제/캡핑제)에 0.25M의 MnCl2·4H2O를 첨가하고 반응 pH를 ~5로 조정하여 곰팡이로 제작된 MnO NPs 반응을 개선했습니다. 이 반응은 60°에서 배양했습니다. C에서 5시간 동안 방치한 후 20% 곰팡이 추출물(안정화제)을 첨가합니다. 또한 Pmax는 BC에 비해 40배(395.36g/l) 증가했습니다. 우리의 균류 합성 MnO NP는 곰팡이보다 식물병원성 박테리아에 대해 더 빠르고 정확한 길항 작용을 나타냅니다. 그들은 미래에 다양한 유형의 질병 병원체를 관리하기 위해 대안으로 사용될 수 있으며 나노 바이오 살충제를 약속했습니다.

오늘날 나노기술의 적용은 항생제, 항암제, 항균제, 생물비료와 같은 다양한 치료 및 농업 활동에서 기하급수적으로 증가하고 있습니다1. 현대 나노기술의 과제 중 하나는 나노입자 합성을 위한 신뢰할 수 있고 안전한 프로토콜을 개발하는 것입니다. 많은 나노입자와 나노구조를 합성하는 데 다양한 물리적, 화학적 기술이 사용되었습니다. 최근 이러한 방법론은 생태계에 잠재적인 위험을 초래할 수 있는 안전하지 않은 물질에 대한 의존성으로 인해 위험하고 비용이 많이 드는 방법으로 보고되었습니다2. 따라서 혁신적이고 비용 효율적이며 무독성이며 친환경적이고 지속 가능한 접근 방식을 탐색하는 것이 중요한 관심 대상입니다. 따라서 녹색 나노기술은 금속 나노입자를 제조하기 위한 비용 효율적이고 환경적으로 지속 가능한 기술 개발을 제안했습니다.

다양한 생물학적 공급원에서 생합성된 Ag, Au, Fe2O3, CaO, MgO, TiO2, ZnO 및 CuO 나노입자와 같은 많은 금속 및 금속 산화물 나노입자가 있습니다3,4,5,6,7. 곰팡이, 박테리아, 식물, 심지어 조류까지도 특히 생의학 및 농업 분야에서 엄청난 잠재력을 지닌 나노입자 제조를 위한 녹색 공장으로 효과적으로 사용될 수 있습니다8,9,10. 따라서 나노입자의 녹색 합성은 단백질, 아미노산, 탄수화물, 알칼로이드, 페놀, 심지어 환원제 및 안정화제로 사용되는 효소와 같은 생성된 생리활성 대사산물에 의해 제어될 수 있습니다. 그러나 다양한 생물학적 원천은 병원성 특성으로 인해 농업 분야에 적용할 수 없었습니다. 따라서 안전한 생물학적 세포에서 추출할 수 있는 안전한 생체 활성 분자를 사용하는 것은 매우 그럴듯합니다2,11. 나노입자 합성기로 크게 노출된 여러 근권 분리 미생물(토양 미생물)이 있으며 내생 식물(식물 조직 미생물)에 대한 보고는 거의 없습니다. 따라서 항균, 세포 독성 및 항산화 특성을 포함한 다양한 생물학적 응용을 위해 매력적인 크기와 모양을 가진 다양한 금속 나노 입자를 생산하는 유망한 나노 공장의 생물학적 경로에 초점을 맞추는 것이 중요합니다. 숙주에게 어떠한 손상도 일으키지 않고 식물 조직이나 세포 내에서 생존하는 박테리아, 방선균 및 곰팡이와 같은 미생물을 내생생물이라고 합니다. 그들은 생물학 및 나노기술과 연결된 새로운 전문 생합성 시스템 라인을 개척할 매력적인 후보자를 고려했습니다. 이 접근법은 비용 효율적이고 환경적으로 지속 가능하며 많은 금속 이온 없이도 더 잘 지정된 크기와 모양의 나노입자를 제공할 수 있습니다. 곰팡이 내생식물(mycoendophytes), 특히 Trichoderma spp.는 세포내 및 세포외 방법으로 나노입자를 생산하기 위한 잠재적인 공급원으로 사용될 수 있는 다양한 신규 안전한 생리활성 대사산물(플라보노이드, 알칼로이드, 다당류 및 효소)을 생산하고 있습니다. 분비된 세포내 및 세포외 생리활성 분자는 금속염을 환원시킨 다음 금속 이온을 환원시킴으로써 나노입자의 생합성(상향식 접근 방식)에서 주요 역할을 하기 때문입니다. 곰팡이 매개 친환경 나노입자 제조 방법은 바이오매스 생산 라인의 비용 효율성 외에도 발효 공정 규모 확대가 가능한 단순성, 다운스트림 공정, 효율적으로 나노입자를 제조할 수 있는 가능성 등 많은 장점을 가지고 있습니다. . 따라서 다양한 사상균이 다양한 금속 및 금속 산화물 나노입자의 세포외 및 세포내 생합성에 효과적으로 적용되었습니다.