Микробные нанотехнологии: новый рубеж в микробиологии (аннотация)
Микробная нанотехнология - нанобиотехнология, основанная на использовании микроорганизмов, - является развивающейся областью микробиотехнологий.
Биологическая инженерия микроорганизмов позволяет получать множество разнообразных наноразмерных материалов, таких как органические наноматериалы, металлы и их нанооксиды и т.д.. Технология микробных нанофабрик использует экологически чистый подход для получения биогенных наноматериалов по сравнению с альтернативными синтетическими методами, такими как химический, физический и физико-химический.
Микробные наноматериалы наделены функционализированными биологически активными группами, которые обеспечивают повышение стабильности и функциональности на наноразмерном уровне. Эти микробные нанопродукты в первую очередь используются в качестве надежных носителей для доставки/использования биологически активных компонентов в различных областях применения - от агропищевой до фармацевтической промышленности. Микробные наноматериалы используются для обеззараживания токсичных материалов окружающей среды путем биокаталитической деградации вредных загрязнителей, содержащихся в промышленных стоках, до безвредных побочных продуктов. Таким образом, микробная нанобиотехнология обладает широкой сферой применения, представляя собой экономически эффективную методологию микробного нанопроизводства, и в ближайшем будущем может принести обществу огромную пользу.
Влияние тяжелых металлов и патогенных бактерий может быть минимизировано для обеспечения устойчивого развития отрасли аквакультуры с появлением "зеленых" нанотехнологий. В этой связи Saad et al. разработали эффективную методику получения наночастиц селена размером 77 нм с использованием бактерии Bacillus subtilis AS12. При бактериальном биосинтезе наночастиц селена стабильность формы и размеров наночастиц обеспечивалась обогащением бактериальной суспензии функциональными биологически активными компонентами - флавоноидами и вторичными метаболитами. Эти наночастицы были протестированы на предмет накопления двух тяжелых металлов (Cd и Hg) и патогенной бактериальной нагрузки Aeromonas hydrophila в нильской тиляпии Oreochromis niloticus. Авторы рекомендовали использовать наночастицы биогенного селена в загрязненной воде для минимизации побочных эффектов патогенных микробов и тяжелых металлов и, таким образом, для повышения продуктивности аквакультуры.
Грибковые инфекции сельскохозяйственных культур могут привести к серьезному снижению продуктивности сельского хозяйства. Недавно появилась возможность защитить сельскохозяйственные культуры от грибковых инфекций с помощью нанотехнологий. Narware et al. разработали простую методику получения наночастиц серебра размером 48 нм с помощью фильтрата культуры Trichoderma harzianum. Фильтрат культуры был обогащен биологически активными молекулами, обеспечивающими создание связующего вещества для биосинтеза прочных наночастиц серебра.
Анализ качества серебряных наночастиц проводился с использованием современных методов микроскопии и спектроскопии. Полученные наночастицы показали лучшие результаты в борьбе с патогенными грибками Alternaria solani при обработке in-vitro и in-vivo. Авторы продемонстрировали более выраженное противогрибковое действие наночастиц серебра по сравнению со стандартными фунгицидами. Это позволяет надеяться на то, что в ближайшем будущем будут изучены полностью биосинтезированные наночастицы вместо химически синтезированных фунгицидов.
Altammar et al. провел критический обзор производства металлических наночастиц и связанных с ними проблем в агропродовольственной, медицинской, оборонной, экологической, электронной и автомобильной отраслях промышленности.
Ogunyemi et al. применили инновационный подход к созданию биогенных наночастиц. Наночастицы оксида магния (MgO) и оксида марганца (MnO2) размером 12,5 и 9,8 нм были биосинтезированы на основе лизата бактериофага X3 Xanthomonas oryzae pv. oryzae с целевым применением для защиты растений от патогенных бактерий. Исследователи изучали возможность минимизации негативного влияния бактериальной листовой гнили, вызывающей снижение урожайности риса, являющегося основным продуктом питания в регионе. Физико-химические характеристики наноматериалов, созданных с помощью бактериофагов, были охарактеризованы с помощью сложных методов спектроскопии и микроскопии. Для определения безопасности/токсичности наночастиц для растений авторы использовали флуоресценцию хлорофилла. Авторы успешно продемонстрировали эффективное альтернативное биогенное получение наночастиц MgO и MnO2 для борьбы с бактериальными заболеваниями растений без какого-либо фитотоксического эффекта.
Murali et al. рассмотрели синтез наночастиц оксида цинка (ZnO) с помощью микроорганизмов. Исследователи обсудили подробные стратегии производства с потенциальными возможностями применения биоактивных молекул. Далее были рассмотрены токсикологические последствия воздействия наночастиц оксида цинка на экосистему окружающей среды. Кроме того, рассмотрены потенциальные возможности применения наночастиц оксида цинка в различных областях, таких как антибактериальная, антигрибковая, антираковая, антиоксидантная активность, фотокаталитическая активность, системы доставки лекарств и заживление ран. Авторы рассмотрели внутриклеточный и внеклеточный методы получения наночастиц. Исследователи также указали на ограничения и точную роль воспроизводимости синтеза наночастиц ZnO из-за недоступности стабильных микробов, что требует тщательного скрининга для отбора надежных штаммов.
Микробные нанотехнологии все еще находятся в стадии становления, что открывает широкие возможности для дальнейших исследований и инноваций. В данном обзоре продемонстрировано влияние нанотехнологии, базирующейся на микроорганизмах, на улучшение процессов в агропромышленном комплексе. Кроме того, микробные технологии обеспечивают сохранение окружающей среды за счет детоксикации и нейтрализации токсичных отходов. Приведенные выше исследования наглядно демонстрируют, что роль зеленых/микробных нанотехнологий возрастает в самых разных областях - от пищевой до экологической. Результаты, полученные в лабораторных масштабах, весьма интересны. Однако насущной необходимостью является массовое производство этих наночастиц.
Таким образом, на основании недавно проведенных исследований можно сделать вывод, что микробные нанотехнологии в ближайшем будущем станут хорошим подспорьем для рационального производства потребительских товаров.
