دوره 15، شماره 3 - ( خرداد 1400 )
جلد 15 شماره 3 صفحات 187-178 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
kabiri F, Aghaei S S, Pourbabaee A A, Soleimani M, Komeili Movahhed T. Manganese Mine Actinobacterial Mediated Gold Nanoparticles Synthesis and Their Antibacterial Activities. Qom Univ Med Sci J 2021; 15 (3) :178-187
URL: http://journal.muq.ac.ir/article-1-3158-fa.html
URL: http://journal.muq.ac.ir/article-1-3158-fa.html
کبیری فائزه، آقایی سید سهیل، پوربابایی احمد علی، سلیمانی محمد، کمیلی موحد طاهره. بررسی اثر ضد باکتریایی نانوذرات طلا بیوسنتز شده توسط آکتینوباکتری جدا شده از معدن منگنز ونارچ قم. مجله دانشگاه علوم پزشکی قم. 1400; 15 (3) :178-187
فائزه کبیری1 
، سید سهیل آقایی1 ، احمد علی پوربابایی* 2، محمد سلیمانی3 ، طاهره کمیلی موحد4
، سید سهیل آقایی1 ، احمد علی پوربابایی* 2، محمد سلیمانی3 ، طاهره کمیلی موحد4
1- گروه میکروبیولوژی، دانشکده علوم پایه، واحد قم، دانشگاه آزاد اسلامی، قم، ایران.
2- گروه علوم خاک، آزمایشگاه زیست شناسی و بیوتکنولوژی، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، تهران، ایران. ،pourbabaei@ut.ac.ir
3- گروه میکروبیولوژی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم‌پزشکی ارتش، تهران، ایران.
4- مرکز تحقیقات سلولی مولکولی، دانشگاه علوم‌پزشکی قم، قم، ایران.
2- گروه علوم خاک، آزمایشگاه زیست شناسی و بیوتکنولوژی، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، تهران، ایران. ،
3- گروه میکروبیولوژی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم‌پزشکی ارتش، تهران، ایران.
4- مرکز تحقیقات سلولی مولکولی، دانشگاه علوم‌پزشکی قم، قم، ایران.
متن کامل [PDF 1584 kb]
(628 دریافت)
| چکیده (HTML) (1559 مشاهده)
متن کامل: (836 مشاهده)
مقدمه
مطالعات نانوتکنولوژی یک زمینه پژوهشی نوظهور است که در علوم پایه و فناوری به منظور تولید مواد در مقیاس نانو کاربرد دارد. پیشوند «نانو» از واژه یونانی نانوس به معنای کوتوله برگرفته شده است و اشاره به چیزهایی دارد که اندازه آن‌ها یک میلیاردیوم متر (10m-9) است. واژه نانوتکنولوژی را نوریو تانیگوچی در سال 1974 از دانشگاه علوم توکیو ابداع کرد تا نشان‌دهنده دقت تولید مواد زیستی به صورت صنعتی در مقیاس نانومتر باشد [1]. مفهوم اساسی نانوتکنولوژی را ریچارد فینمن فیزیکدان ارائه کرد [2]. اکنون نانوبیوتکنولوژی پلی بین نانوتکنولوژی و بیوتکنولوژی برای تولید نانوذرات دوستدار محیط زیست است. اندازه نانوذرات معمولاً بین 1/0 تا 100 نانومتر در هر جهت فضاست. نانو ذرات معمولاً با استفاده از دو شیوه بالا به پایینو پایین به بالا ساخته می‌شوند. در روش بالا به پایین، مواد حجیم به تدریج ریزتر می‌شوند تا به اندازه نانو برسند؛ در حالی که در روش پایین به بالا، اتم‌ها یا مولکول‌ها به هم می‌پیوندند تا ساختارهای مولکولی‌ای با اندازه نانومتر تولید شوند. در سنتز شیمیایی و زیستی نانوذرات معمولاً از روش پایین به بالا استفاده می‌شود. پیدایش نانوتکنولوژی سبب توسعه روش‌هایی برای تولید مواد در مقیاس نانو و گسترش استفاده از آن‌ها در زمینه‌های مختلفی مانند تشخیص‌های مولکولی [3]، کاتالیز [4]، تحویل دارو به بدن [5] و حسگرها [6] بوده است.
در گام نخست، این دانش سبب بهبود روش‌های فیزیکی و شیمیایی برای تولید نانوذراتی شد که اندازه، شکل و خواص آن‌ها مهم بودند. با این حال، نگرانی‌هایی درباره استفاده از این نانوذرات در زمینه‌های پزشکی وجود داشت زیرا برای ساخت این مواد از شرایط سخت و از مواد شیمیایی سمی استفاده می‌شد و همچنین طی تولید آن‌ها محصولات جانبی تولید می‌شد که برای محیط زیست زیان‌آور بودند. بنابراین یک نیاز مبرم برای یافتن روشی غیرسمی و سازگار با محیط برای تولید این مواد به وجود آمد [7]. از میان نانوذرات فلزی تولیدشده با استفاده از روش سبز توسط میکروارگانیسم‌های مختلف، نانوذرات طلا از مهم‌ترین نانوذراتی است که غیرسمی و سازگار با محیط زیست است. آکتینوباکتریولوژی یک حوزه پژوهشی مهم و نوپدید است. آکتینوباکتری‌ها باکتری‌هایی با ویژگی‌های هوازی، غیرمتحرک، گرم مثبت و اغلب رشته‌ای هستند که بهترین توانایی را در تولید متابولیت‌های ثانویه با فعالیت‌های بیولوژیکی مختلف دارند [8]. نمونه‌های زیادی از راسته آکتینوباکتریال‌ها، تولیدکننده متابولیت ثانویه دارای فعالیت بیولوژیکی هستند [9]. در میان آکتینوباکتری‌ها، گروه استرپتومیسس بیشترین اهمیت را از نظر اقتصادی دارد زیرا بیش از ده هزار آنتی‌بیوتیک شناخته‌شده یعنی 50 تا 55 درصد از آنتی بیوتیک‌ها را استرپتومیسس‌ها تولید می‌کند [10]. تحقیقات نشان می‌دهند آکتینوباکتری‌هایی که از اکوسیستم‌های مختلف جدا شده‌اند، تولیدکننده‌های بالقوه نانوذرات فلزی هستند. از این رو لزوم به دست آوردن سویه‌های جدید آکتینوباکتری‌هایی با توانایی تولید نانوذرات سازگار با محیط زیست و دارای خواص ضدباکتریایی حس می‌شود. هدف از تحقیق حاضر تولید زیستی نانوذرات طلا به کمک آکتینوباکتری‌های جداشده از خاک معدن منگنز ونارچ استان قم و بررسی خواص ضدباکتریایی نانوذرات طلا بیوسنتزشده علیه سه باکتری بیماری‌زا است.
روش بررسی
جداسازی سویه آکتینوباکتری
نمونه‌برداری از خاک مناطق گوناگون معدن منگنز ونارچ قم صورت گرفت. نمونه‌های خاک الک شده و 10 گرم از هر نمونه خاک را در 90 میلی‌لیتر آب مقطر استریل حل شد و به مدت یک ساعت در شیکر انکوباتور 180 دور در دقیقه و دمای 30 درجه سانتی‌گراد به مدت 1 ساعت قرار داده شد. از مایع رویی سوسپانسیون یاد شده سری رقت 1-10 تا 6-10 تهیه شد و سپس به برای به دست آوردن کلنی‌های خالص آکتینوباکتری، 1/0 میلی‌لیتر از هر رقت بر محیط ISP2 و ISP5 و اکتینومیست ایزولیشن آگار کشت داده شد.
غربالگری جدایه‌های آکتینوباکتری از نظر توانایی بیوسنتز نانوذرات طلا
ابتدا نمونه‌های آکتینوباکتری بر روی محیط MGYP براث در شیکر انکوباتور با سرعت 180 دور در دقیقه و دمای 30 درجه سانتی‌گراد به مدت سه روز کشت داده شدند. سپس سانتریفیوژ بیوماس سلولی را در 4500 دور در دقیقه به مدت 20 دقیقه در دمای 5 درجه سانتی‌گراد از محیط کشت جداسازی کرد. برای تولید نانوذرات طلا به صورت خارج سلولی، 50 میلی‌لیتر از مایع رویی به 50 میلی‌لیتر محلول کلرواوریک اسید 1 میلی مولار اضافه شد. سپس نمونه‌ها را در شیکر انکوباتور (محیط تاریک) با 180 دور در دقیقه و دمای 30 درجه سانتی‌گراد به مدت 24 ساعت قرار گرفتند. برای تولید نانوذرات طلا به صورت داخل سلولی، 50 میلی‌لیتر محلول کلرواوریک اسید 1 میلی‌مولار به بیومس سلولی جدایه آکتینوباکتری اضافه شد. تجمع نانوذرات طلا با تغییر رنگ محیط کشت از رنگ زرد به ارغوانی و جذب آن در طول موج‌های 200-800 نانومتر توسط دستگاه اسپکتروفتومتری بررسی شد. سپس برای تست‌های تأییدی، سانتریفیوژ نمونه‌های تغییررنگ‌یافته با سرعت 8000 دور در دقیقه به مدت 10 دقیقه انجام شد [11].
تست‌های تأییدی تولید نانوذرات طلا
اسپکتروفتومتری UV-vis: با مشاهده تغییر رنگ محیط آزمایش، نمونه‌ها در طول موج 450-800 نانومتر بررسی شدند. بلانک استفاده‌شده در اسپکتروفتومتر، روماند باکتری کشت داده‌شده در محیط کشت MGYP و شاهدهای استفاده‌شده محیط کشت استریل به همراه محلول کلرواوریک اسید 1 میلی‌مولار و محیط کشت استریل به همراه آکتینوباکتری آزمایش شدند.
آنالیز طیف‌سنج مادون قرمز FTIR: رسوب حاصل از سانتریفیوژ که حاوی نانوذرات طلاست به مدت 18 ساعت در دستگاه فریزدرایر قرار داده شد و پودر حاصل با KBr به صورت قرص درآورده شده و توسط دستگاه FTIR (FT/IR-4200, Jasco, japan) مورد بررسی قرار گرفت.
آنالیز با میکروسکوپ الکترونی گذاره با رزولوشن بالا (HR-TEM): برای تعیین شکل و مورفولوژی نانوذرات طلا تولید شده از میکروسکوپ الکترونی گذاره با رزولوشن بالا استفاده شد. پس از آماده‌سازی و خشک شدن نمونه‌ها با لامپ اینفرا رد، با دستگاه میکروسکوپ الکترونی Tecnai G2 F20 (EFI Co., USA) مشاهده و بررسی شد.
آنالیز پراکندگی نور دینامیکی (DLS): برای تعیین توزیع اندازه ذرات موجود در محلول‌ها استفاده می‌شود. این روش غیرمخرب و سریع برای تعیین اندازه ذرات در محدوده چند نانومتر تا میکرون به کار می‌رود. نمونه‌ها به صورت محلول در دیسپرسانت‌های آب توسط دستگاه (SZ-100z Dynamic Light Scattering, Horiba Jobin Jyovin, Japan) بررسی شد.
شناسایی سویه آکتینوباکتری
برای بررسی فنوتایپینگ سویه باکتری تولیدکننده نانوذره طلا از خواص ماکروسکوپی و میکروسکوپی آن استفاده شد. بدین‌منظور، کشت سه روزه باکتری موردنظر در محیط کشت MGYP، از نظر رنگ و شکل ظاهری کلنی و همچنین توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی FESEM (MIRA3, Tescan, Brno, Czech Republic) بررسی شد. برای بررسی ژنوتایپینگ سویه باکتری موردنظر، در ابتدا DNA باکتری توسط کیت استخراج ژنوم (Jena Bioscience GmbH, Germany) استخراج شد. سپس کیفیت باند DNA با الکتروفورز بر روی ژل آگارز یک درصد بررسی شد. به منظور تکثیر ژن ناحیه 16S rRNA از روش PCR و پرایمرهای (27F-5′-AGTTTGATCCTGGCTCAG-3′, 1492R-5′-ACGGCTACCTTGTTACGACTT-3′), استفاده شد. واکنش PCR با حجم نهایی 25 میکرولیتر متشکل از یک میکرولیتر DNA الگو، 5/12 میکرولیتر PCR Master Mix, 2X (سیناژن، ایران)، 5/9 میکرولیتر آب مقطر و یک میکرولیتر از پرایمرها انجام شد. تکثیر DNA در دستگاه ترموسایکلر (Eppendrorf Mastercycler gradient, Germany) با شرایط دمایی 5 دقیقه واسرشت ابتدایی در دمای 94 درجه سانتی‌گراد و در ادامه واکنش تکثیری DNA در 30 چرخه شامل 45 ثانیه واسرشت ثانویه در دمای 94 درجه سانتی‌گراد، اتصال پرایمر در دمای 58 درجه سانتی‌گراد به مدت یک دقیقه، گسترش اولیه در دمای 72 درجه سانتی‌گراد به مدت یک دقیقه و در نهایت گسترش ثانویه در دمای 72 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 دقیقه انجام شد. برای آشکارسازی محصول PCR از الکتروفورز روی ژل آگارز یک درصد استفاده شد [12]. توالی‌یابی محصول PCR (تقریباً 1500 جفت باز) توسط پرایمرهای به کار رفته در واکنش PCR به شرکت مربوطه (Microsynth company) ارسال و به روش تمام اتوماتیک Sanger dideoxy sequencing انجام شد و در نهایت توالی به دست آمده با استفاده از برنامه Blasten در پایگاه NCBI BLAST Search toolدر سایت http://www.ncbi.nlm.gov/BLAST با توالی‌های16S rRNA موجود مقایسه و درخت فیلوژنی رسم شد.
بررسی خواص ضدباکتریایی نانوذرات طلا بیوسنتز شده
برای تعیین حداقل غلظت مهاری (MIC) نانوذرات طلا تولید شده، از روش میکرودایلوشن در میکروتیتر پلیت 96 خانه‌ای استفاده شد. برای این منظور محلول رویی باکتری حاوی نانوذرات را در 8 هزار دور در دقیقه به مدت 10 دقیقه سانتریفیوژ شد. رسوبات به دست آمده سه بار با آب مقطر استریل شست‌وشو و مجدداً سانتریفیوژ شد. باکتری‌های اشرشیاکلی (25922 ATCC)، استافیلوکوکوس اورئوس (29213 ATCC) و سودوموناس آئروجینوزا (27853 ATCC) به محیط کشت مولر هینتون براث (CFU/mL 106) تلقیح شد. در پلیت‌های 96 خانه‌ای 200 میکرولیتر محیط کشت مولر هینتون براث استریل و سپس از نانوذرات طلا تولیدشده سری‌های رقت در محدوده غلظت 1500-8/5 میکروگرم بر میلی‌لیتر تهیه شد و در نهایت 10 میکرولیتر از تلقیح باکتری اضافه شد. سپس در دمای 37 درجه سانتی‌گراد به مدت 24 ساعت گرماگذاری شد. سپس کدورت تمامی چاهک‌ها با استفاده از دستگاه الایزا ریدر در طول موج 620 نانومتر خوانده شد. اولین خانه‌ای که در آن از رشد باکتری‌های بیماری‌زا نسبت به کنترل جلوگیری شد، به عنوان حداقل غلظت بازدارندگی رشد در نظر گرفتیم [13].
یافته‌ها
از محیط خاک معدن منگنز ونارچ 35 سویه آکتینوباکتری جداسازی شد و یک جدایه قادر به بیوسنتز نانوذرات طلا به صورت خارج سلولی بود. همان طور که در تصویر شماره 1 نشان داده شده است، رنگ سوسپانسیون میکروبی از زرد به ارغوانی تغییر پیدا کرد. در نتایج حاصل از بررسی‌های فنوتایپینگ رشته‌های میسلیوم مشاهده شد (تصویر شماره 2). پس از انجام توالی‌یابی مقایسه هم‌ردیفی در پایگاه NCBI Blastn انجام شد و 82/99 درصد تشابه با آمیکولاتوپسیس متانولیکا 239 حاصل شد. بنابراین با میزان تشابه به دست آمده حاصل از Blastn جدایه منتخب متعلق به گروه آمیکولاتوپسیس بود (تصویر شماره 3). طیف به دست آمده از دستگاه اسپکتروفتومتری فرابنفش مرئی نشان داد که باند جذبی قوی در طول موج 537 نانومتر ایجاد کرده است (تصویر شماره 4). در بررسی انجام‌شده با آنالیز طیف‌سنج مادون قرمز تبدیل فوریه پیک‌های قوی در ناحیه cm-1 1376، 1630، 2921 و 3433 مشاهده شد (تصویر شماره 5). تصاویر تهیه‌شده از میکروسکوپ الکترونی گذاره با رزولوشن زیاد مشخص شد، نانوذرات بیوسنتزشده توسط اکتینوباکتری منتخب به شکل کروی و نامنظم بود (تصویر شماره 6). در آنالیز پراکندگی نور دینامیکی اندازه متوسط نانوذرات بیوسنتزشده دارای اندازه متوسط 4/44 نانومتر بود (تصویر شماره 7). حداقل غلظت مهارکنندگی نانوذرات طلا بیوسنتزشده برای باکتری بیماری‌زای اشرشیاکلی، 8/5 میکروگرم بر میلی‌لیتر مشاهده شد. همچنین حداقل غلظت مهارکنندگی نانوذرات طلا بیوسنتزشده بر روی باکتری‌های سودوموناس آئروجینوزا و استافیلوکوکوس اورئوس، 7/11 میکروگرم بر میلی‌لیتر مشاهده شد. حداقل غلظت کشندگی نانوذرات طلا بیوسنتزشده روی باکتری‌های بیماری‌زای اشرشیاکلی، سودوموناس آئروجینوزا و استافیلوکوکوس اورئوس 1500 میکروگرم بر میلی‌لیتر مشاهده شد (جدول شماره 1).
بحث
نانوذرات از جنس فلزات گران‌بها (طلا، نقره، روتنیوم، پلاتین، مس، و پالادیوم) ابزارهای متنوعی هستند که کاربردهای زیست‌پزشکی گوناگونی دارند، مثلاً در سنجش‌های تشخیصی با حساسیت زیاد، برداشتن عضو با دما و افزایش کارآیی رادیو درمانی و همچنین تحویل ژن و دارو به بدن کاربرد دارند. نانوذرات فلزی می‌توانند حامل‌های غیرسمی برای تحویل ژن و دارو به نقاط خاص بدن باشند [14]. آکتینوباکتری‌ها می‌توانند مواد غیرآلی را به صورت درون‌سلولی یا بیرون‌سلولی در ابعاد نانو و با شکل‌های مختلف بسازند. بیوسنتز نانوذرات فلزی توسط آکتینوباکتری‌ها وابسته به محل قرارگیری ترکیبات احیاکننده سلول است. اگر آنزیم‌های احیاکننده موجود در دیواره سلولی یا آنزیم‌های ترشح‌شده به بیرون در احیای یون‌های فلزی نقش داشته باشند، آنگاه روشن است که می‌توان نانوذرات فلزی را در بیرون از سلول یافت [15].
از بین 35 جدایه آکتینوباکتری جداسازی‌شده در مرحله اولیه این تحقیق، تنها یک جدایه به صورت خارج سلولی در حضور محلول هیدروکلرواوریک اسید قادر به تغییر رنگ محیط واکنش از زرد به صورتی بود. جدایه‌های اکتینوباکتری که قادر به احیاء یون طلا هستند، رنگ محلول را از زرد به صورتی تا بنفش تغییر می‌دهند. این تغییر رنگ از تغییرات رزونانس سطحی نانوذرات ناشی می‌شود که به دلیل افزایش سطح ذرات نسبت به حجم آن‌هاست. علاوه بر تغییر رنگ، یکی از روش‌های تشخیصی اولیه تولید نانوذرات، طیف‌سنجی فرابنفش مرئی است. نانوذرات طلا دارای جذب نوری در طول موج 520 نانومتر تا 560 نانومتر هستند که بستگی به اندازه و شکل نانوذره دارد. در مطالعه حاضر براساس طیف‌های اسپکتروفتومتری جدایه آکتینوباکتری تولیدکننده نانوذرات طلا بعد از تلقیح شدن در محلول هیدروکلرواوریک اسید یک میلی‌مولار در 537 نانومتر پیک جذبی نشان می‌دهد. ساستری و همکاران نشان دادند با استفاده از یک گونه آکتینومیست قلیادوست و گرمادوست به نام ترمومونواسپورا توانستند نانوذرات طلا با اندازه 9-10 نانومتر به شکل کروی و خارج سلولی تولید کنند که باعث تغییر رنگ محیط باکتری از زرد به ارغوانی می‌شود. این نانوذرات طلا با طیف‌سنجی فرابنفش مرئی در 520 نانومتر بررسی شد [16] که با مطالعه حاضر مطابقت دارد. گوپال و همکاران گزارش کردند با سوپرناتانت فاقد سلول به دست آمده از استرپتومیسس نانوذرات طلا را تولید کردند. ویژگی‌های این نانوذرات طلا با طیف‌سنجی فرابنفش مرئی در 550 نانومتر بررسی شد که با نتایج به دست آمده در تحقیق حاضر مطابقت دارد. آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که نانوذرات طلا شکل مکعبی دارند و اندازه آن‌ها 90 نانومتر است. با استفاده از روش انتشار از چاهک نیز مشخص شد که این نانوذرات طلا برضد قارچ‌های مایکوفیتون گیپسیوم و تریکوفیتون روبروم اثر کشندگی داشتند [11].
تورس و همکاران گزارش کردند که آکتینوباکتری‌های گرمادوست و قلیادوست ترمومونواسپورا کورواتا، ترمومونواسپورا فوسکا و ترمومونواسپورا کروموژنا را برای بیوسنتز خارج سلولی نانوذرات طلا به کار برده‌اند. شرایط رشد و بیوسنتز بهینه برای هر آکتینوباکتری مشخص شد. اندازه متوسط نانوذرات طلا بین 30 تا 60 نانومتر بود. این نانوذرات طلا با استفاده تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی عبوری بررسی شدند. نانوذرات به دست آمده کروی و اندازه یکدست داشتند و در آب محلول بودند [17] که با مطالعه حاضر مطابقت دارد.
در بررسی انجام‌شده توسط آنالیز طیف‌سنج تبدیل فوریه پیک‌های قوی در ناحیه cm-1 1376، cm-1 1630 ، cm-1 2921 و cm-1 3433 مشاهده شده است که نشان‌دهنده پیک جذبی نانوذرات طلا است و اطلاعاتی را در مورد سازماندهی پیوندهای شیمیایی بین اتم‌های سطحی و گروه‌های عاملیِ حاضر در سطح نانو ذرات فراهم می‌کنند. این گروه‌ها عامل احیای یون‌های طلا به نانوذره طلا شده همچنین در پایداری و ممانعت از تجمع و آگلومره شدن نانوذره طلا نقش مهمی ایفا می‌کنند. نمودار حاصل از طیف‌سنجی تبدیل فوریه، پیک در ناحیه cm-1 1630 نشان‌دهنده وجود گروه N-H آمین موجود در پروتئین، پیک قوی در ناحیه cm-1 3433 نشان‌دهنده وجود گروه OH موجود در الکل و ترکیبات فنولی و پیک‌ها در ناحیه cm-1 2921 و cm-1 1376 نشان‌دهنده وجود گروه C-H موجود در آلکان‌ها در اطراف نانو ذرات است. نتایج حاضر با مطالعه مانی‌وساگان و همکاران بر روی نانوذرات سنتزشده توسط استرپتومیسس مطابقت دارد [18].
مکانیسم ضدباکتریایی نانوذرات فلزی برای سلول‌ها ناشی از آزادکردن گونه‌های فعال اکسیژن توسط این نانوذرات است. خواص ضد باکتریایی نانوذرات طلا مربوط به اکسیداسیون و آزاد شدن تدریجی یون‌های طلا به محیط است. این موضوع سبب شده که این نانوذرات خواص ضدباکتریایی داشته باشند. اندازه کوچک این نانوذرات نیز سبب شده که بتوانند به راحتی از عرض غشای سلول عبور کرده و وارد سلول شوند و بر فعالیت‌های درون سلول تأثیر بگذارند. ویژگی‌های ضد باکتریایی بسیار خوبی که از این نانوذرات دیده می‌شود به دلیل زیاد بودن نسبت سطح به حجم آن‌هاست که سبب می‌شود بیشترین تماس را با محیط داشته باشند [19]. بلاگوروناتان و همکاران گزارش کردند که نانوذرات طلای بیوسنتزشده توسط استرپتومیسس ویریدوژنز فعالیت ضدباکتریایی خوبی بر ضد باکتری‌های استافیلوکوکوس اورئوس و اشریشیاکلی داشتند [20] که با نتایج مطالعه حاضر مطابقت دارد. اسکلادانوسکی و همکاران گزارش کردند نانوذرات بیوسنتزشده توسط جدایه استرپتومیسس فاقد اثرات ضدباکتریایی بر ضدباکتری‌های استافیلوکوکوس اورئوس و اشریشیاکلی است [13]. این نتایج نشان می‌دهد که فعالیت ضدباکتریایی نانوذرات بر ضدمیکروارگانیسم‌ها وابسته به سایز، شکل و غلظت آن‌هاست.
نتیجه‌گیری
افزایش آگاهی درباره شیمی سبز و فرآیندهای بیولوژیکی منجر به ایجاد علاقه برای دستیابی یک روش دوستدار محیط زیست برای سنتز نانوذرات غیرسمی شده است. بیوسنتز نانوذرات توسط آکتینوباکتریال‌ها بر خلاف روش‌های فیزیکی و شیمیایی که از مواد آسیب‌رسان استفاده می‌کنند، یک روش مقرون‌به‌صرفه و سازگار با محیط زیست است. بنابراین، سنتز نانوذرات توسط آکتینوباکتریال‌ها تبدیل به یک شاخه مهم از نانوبیوتکنولوژی شده است. آکتینوباکتری‌ها منابع خوبی برای سنتز نانوذرات با خواص بیولوژیکی (ضدباکتریایی، ضدقارچی، ضدسرطانی، ضدبیوفولینگ، ضدمالاریا، ضدانگل، ضداکسایش و غیره) هستند. آکتینوباکتری‌ها به خاطر تنوع زیادی که دارند، توانایی ذاتی برای سنتز نانوذرات دارند و کارخانه‌های زیستی قابل توجهی برای تولید نانوذرات هستند. از این ویژگی آن‌ها می‌توان در بسیاری از کاربردهای صنعتی استفاده کرد. پژوهش‌های آتی درباره بیوسنتز نانوذرات توسط آکتینوباکتری‌ها و به کارگیری آن‌ها در پزشکی مدرن اهمیت زیادی دارد.
ملاحظات اخلاقی
پیروی از اصول اخلاق پژوهش
با توجه به موضوع مقاله، این مطالعه نیازی به کد اخلاق ندارد.
حامی مالی
مقاله حاضر بخشی از نتایج حاصل از رساله‌ی دکترای تخصصی گرایش میکروبیولوژی در دانشکده علوم پایه دانشگاه آزاد اسلامی واحد قم است. همچنین این مطالعه با حمایت مالی دانشگاه آزاد اسلامی واحد قم انجام شده است.
مشارکت نویسندگان
تمامی نویسندگان در طراحی، اجرا و نگارش همه بخش‌های پژوهش حاضر به یک اندازه مشارکت داشته اند.
تعارض منافع
بنابر اظهار نویسندگان هیچ تعارض منافعی وجود ندارد.
تشکر و قدردانی
نویسندگان از معاونت تحقیقات و فناوری دانشگاه آزاد اسلامی واحد قم تشکر می‌کنند.
مطالعات نانوتکنولوژی یک زمینه پژوهشی نوظهور است که در علوم پایه و فناوری به منظور تولید مواد در مقیاس نانو کاربرد دارد. پیشوند «نانو» از واژه یونانی نانوس به معنای کوتوله برگرفته شده است و اشاره به چیزهایی دارد که اندازه آن‌ها یک میلیاردیوم متر (10m-9) است. واژه نانوتکنولوژی را نوریو تانیگوچی در سال 1974 از دانشگاه علوم توکیو ابداع کرد تا نشان‌دهنده دقت تولید مواد زیستی به صورت صنعتی در مقیاس نانومتر باشد [1]. مفهوم اساسی نانوتکنولوژی را ریچارد فینمن فیزیکدان ارائه کرد [2]. اکنون نانوبیوتکنولوژی پلی بین نانوتکنولوژی و بیوتکنولوژی برای تولید نانوذرات دوستدار محیط زیست است. اندازه نانوذرات معمولاً بین 1/0 تا 100 نانومتر در هر جهت فضاست. نانو ذرات معمولاً با استفاده از دو شیوه بالا به پایینو پایین به بالا ساخته می‌شوند. در روش بالا به پایین، مواد حجیم به تدریج ریزتر می‌شوند تا به اندازه نانو برسند؛ در حالی که در روش پایین به بالا، اتم‌ها یا مولکول‌ها به هم می‌پیوندند تا ساختارهای مولکولی‌ای با اندازه نانومتر تولید شوند. در سنتز شیمیایی و زیستی نانوذرات معمولاً از روش پایین به بالا استفاده می‌شود. پیدایش نانوتکنولوژی سبب توسعه روش‌هایی برای تولید مواد در مقیاس نانو و گسترش استفاده از آن‌ها در زمینه‌های مختلفی مانند تشخیص‌های مولکولی [3]، کاتالیز [4]، تحویل دارو به بدن [5] و حسگرها [6] بوده است.
در گام نخست، این دانش سبب بهبود روش‌های فیزیکی و شیمیایی برای تولید نانوذراتی شد که اندازه، شکل و خواص آن‌ها مهم بودند. با این حال، نگرانی‌هایی درباره استفاده از این نانوذرات در زمینه‌های پزشکی وجود داشت زیرا برای ساخت این مواد از شرایط سخت و از مواد شیمیایی سمی استفاده می‌شد و همچنین طی تولید آن‌ها محصولات جانبی تولید می‌شد که برای محیط زیست زیان‌آور بودند. بنابراین یک نیاز مبرم برای یافتن روشی غیرسمی و سازگار با محیط برای تولید این مواد به وجود آمد [7]. از میان نانوذرات فلزی تولیدشده با استفاده از روش سبز توسط میکروارگانیسم‌های مختلف، نانوذرات طلا از مهم‌ترین نانوذراتی است که غیرسمی و سازگار با محیط زیست است. آکتینوباکتریولوژی یک حوزه پژوهشی مهم و نوپدید است. آکتینوباکتری‌ها باکتری‌هایی با ویژگی‌های هوازی، غیرمتحرک، گرم مثبت و اغلب رشته‌ای هستند که بهترین توانایی را در تولید متابولیت‌های ثانویه با فعالیت‌های بیولوژیکی مختلف دارند [8]. نمونه‌های زیادی از راسته آکتینوباکتریال‌ها، تولیدکننده متابولیت ثانویه دارای فعالیت بیولوژیکی هستند [9]. در میان آکتینوباکتری‌ها، گروه استرپتومیسس بیشترین اهمیت را از نظر اقتصادی دارد زیرا بیش از ده هزار آنتی‌بیوتیک شناخته‌شده یعنی 50 تا 55 درصد از آنتی بیوتیک‌ها را استرپتومیسس‌ها تولید می‌کند [10]. تحقیقات نشان می‌دهند آکتینوباکتری‌هایی که از اکوسیستم‌های مختلف جدا شده‌اند، تولیدکننده‌های بالقوه نانوذرات فلزی هستند. از این رو لزوم به دست آوردن سویه‌های جدید آکتینوباکتری‌هایی با توانایی تولید نانوذرات سازگار با محیط زیست و دارای خواص ضدباکتریایی حس می‌شود. هدف از تحقیق حاضر تولید زیستی نانوذرات طلا به کمک آکتینوباکتری‌های جداشده از خاک معدن منگنز ونارچ استان قم و بررسی خواص ضدباکتریایی نانوذرات طلا بیوسنتزشده علیه سه باکتری بیماری‌زا است.
روش بررسی
جداسازی سویه آکتینوباکتری
نمونه‌برداری از خاک مناطق گوناگون معدن منگنز ونارچ قم صورت گرفت. نمونه‌های خاک الک شده و 10 گرم از هر نمونه خاک را در 90 میلی‌لیتر آب مقطر استریل حل شد و به مدت یک ساعت در شیکر انکوباتور 180 دور در دقیقه و دمای 30 درجه سانتی‌گراد به مدت 1 ساعت قرار داده شد. از مایع رویی سوسپانسیون یاد شده سری رقت 1-10 تا 6-10 تهیه شد و سپس به برای به دست آوردن کلنی‌های خالص آکتینوباکتری، 1/0 میلی‌لیتر از هر رقت بر محیط ISP2 و ISP5 و اکتینومیست ایزولیشن آگار کشت داده شد.
غربالگری جدایه‌های آکتینوباکتری از نظر توانایی بیوسنتز نانوذرات طلا
ابتدا نمونه‌های آکتینوباکتری بر روی محیط MGYP براث در شیکر انکوباتور با سرعت 180 دور در دقیقه و دمای 30 درجه سانتی‌گراد به مدت سه روز کشت داده شدند. سپس سانتریفیوژ بیوماس سلولی را در 4500 دور در دقیقه به مدت 20 دقیقه در دمای 5 درجه سانتی‌گراد از محیط کشت جداسازی کرد. برای تولید نانوذرات طلا به صورت خارج سلولی، 50 میلی‌لیتر از مایع رویی به 50 میلی‌لیتر محلول کلرواوریک اسید 1 میلی مولار اضافه شد. سپس نمونه‌ها را در شیکر انکوباتور (محیط تاریک) با 180 دور در دقیقه و دمای 30 درجه سانتی‌گراد به مدت 24 ساعت قرار گرفتند. برای تولید نانوذرات طلا به صورت داخل سلولی، 50 میلی‌لیتر محلول کلرواوریک اسید 1 میلی‌مولار به بیومس سلولی جدایه آکتینوباکتری اضافه شد. تجمع نانوذرات طلا با تغییر رنگ محیط کشت از رنگ زرد به ارغوانی و جذب آن در طول موج‌های 200-800 نانومتر توسط دستگاه اسپکتروفتومتری بررسی شد. سپس برای تست‌های تأییدی، سانتریفیوژ نمونه‌های تغییررنگ‌یافته با سرعت 8000 دور در دقیقه به مدت 10 دقیقه انجام شد [11].
تست‌های تأییدی تولید نانوذرات طلا
اسپکتروفتومتری UV-vis: با مشاهده تغییر رنگ محیط آزمایش، نمونه‌ها در طول موج 450-800 نانومتر بررسی شدند. بلانک استفاده‌شده در اسپکتروفتومتر، روماند باکتری کشت داده‌شده در محیط کشت MGYP و شاهدهای استفاده‌شده محیط کشت استریل به همراه محلول کلرواوریک اسید 1 میلی‌مولار و محیط کشت استریل به همراه آکتینوباکتری آزمایش شدند.
آنالیز طیف‌سنج مادون قرمز FTIR: رسوب حاصل از سانتریفیوژ که حاوی نانوذرات طلاست به مدت 18 ساعت در دستگاه فریزدرایر قرار داده شد و پودر حاصل با KBr به صورت قرص درآورده شده و توسط دستگاه FTIR (FT/IR-4200, Jasco, japan) مورد بررسی قرار گرفت.
آنالیز با میکروسکوپ الکترونی گذاره با رزولوشن بالا (HR-TEM): برای تعیین شکل و مورفولوژی نانوذرات طلا تولید شده از میکروسکوپ الکترونی گذاره با رزولوشن بالا استفاده شد. پس از آماده‌سازی و خشک شدن نمونه‌ها با لامپ اینفرا رد، با دستگاه میکروسکوپ الکترونی Tecnai G2 F20 (EFI Co., USA) مشاهده و بررسی شد.
آنالیز پراکندگی نور دینامیکی (DLS): برای تعیین توزیع اندازه ذرات موجود در محلول‌ها استفاده می‌شود. این روش غیرمخرب و سریع برای تعیین اندازه ذرات در محدوده چند نانومتر تا میکرون به کار می‌رود. نمونه‌ها به صورت محلول در دیسپرسانت‌های آب توسط دستگاه (SZ-100z Dynamic Light Scattering, Horiba Jobin Jyovin, Japan) بررسی شد.
شناسایی سویه آکتینوباکتری
برای بررسی فنوتایپینگ سویه باکتری تولیدکننده نانوذره طلا از خواص ماکروسکوپی و میکروسکوپی آن استفاده شد. بدین‌منظور، کشت سه روزه باکتری موردنظر در محیط کشت MGYP، از نظر رنگ و شکل ظاهری کلنی و همچنین توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی FESEM (MIRA3, Tescan, Brno, Czech Republic) بررسی شد. برای بررسی ژنوتایپینگ سویه باکتری موردنظر، در ابتدا DNA باکتری توسط کیت استخراج ژنوم (Jena Bioscience GmbH, Germany) استخراج شد. سپس کیفیت باند DNA با الکتروفورز بر روی ژل آگارز یک درصد بررسی شد. به منظور تکثیر ژن ناحیه 16S rRNA از روش PCR و پرایمرهای (27F-5′-AGTTTGATCCTGGCTCAG-3′, 1492R-5′-ACGGCTACCTTGTTACGACTT-3′), استفاده شد. واکنش PCR با حجم نهایی 25 میکرولیتر متشکل از یک میکرولیتر DNA الگو، 5/12 میکرولیتر PCR Master Mix, 2X (سیناژن، ایران)، 5/9 میکرولیتر آب مقطر و یک میکرولیتر از پرایمرها انجام شد. تکثیر DNA در دستگاه ترموسایکلر (Eppendrorf Mastercycler gradient, Germany) با شرایط دمایی 5 دقیقه واسرشت ابتدایی در دمای 94 درجه سانتی‌گراد و در ادامه واکنش تکثیری DNA در 30 چرخه شامل 45 ثانیه واسرشت ثانویه در دمای 94 درجه سانتی‌گراد، اتصال پرایمر در دمای 58 درجه سانتی‌گراد به مدت یک دقیقه، گسترش اولیه در دمای 72 درجه سانتی‌گراد به مدت یک دقیقه و در نهایت گسترش ثانویه در دمای 72 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 دقیقه انجام شد. برای آشکارسازی محصول PCR از الکتروفورز روی ژل آگارز یک درصد استفاده شد [12]. توالی‌یابی محصول PCR (تقریباً 1500 جفت باز) توسط پرایمرهای به کار رفته در واکنش PCR به شرکت مربوطه (Microsynth company) ارسال و به روش تمام اتوماتیک Sanger dideoxy sequencing انجام شد و در نهایت توالی به دست آمده با استفاده از برنامه Blasten در پایگاه NCBI BLAST Search toolدر سایت http://www.ncbi.nlm.gov/BLAST با توالی‌های16S rRNA موجود مقایسه و درخت فیلوژنی رسم شد.
بررسی خواص ضدباکتریایی نانوذرات طلا بیوسنتز شده
برای تعیین حداقل غلظت مهاری (MIC) نانوذرات طلا تولید شده، از روش میکرودایلوشن در میکروتیتر پلیت 96 خانه‌ای استفاده شد. برای این منظور محلول رویی باکتری حاوی نانوذرات را در 8 هزار دور در دقیقه به مدت 10 دقیقه سانتریفیوژ شد. رسوبات به دست آمده سه بار با آب مقطر استریل شست‌وشو و مجدداً سانتریفیوژ شد. باکتری‌های اشرشیاکلی (25922 ATCC)، استافیلوکوکوس اورئوس (29213 ATCC) و سودوموناس آئروجینوزا (27853 ATCC) به محیط کشت مولر هینتون براث (CFU/mL 106) تلقیح شد. در پلیت‌های 96 خانه‌ای 200 میکرولیتر محیط کشت مولر هینتون براث استریل و سپس از نانوذرات طلا تولیدشده سری‌های رقت در محدوده غلظت 1500-8/5 میکروگرم بر میلی‌لیتر تهیه شد و در نهایت 10 میکرولیتر از تلقیح باکتری اضافه شد. سپس در دمای 37 درجه سانتی‌گراد به مدت 24 ساعت گرماگذاری شد. سپس کدورت تمامی چاهک‌ها با استفاده از دستگاه الایزا ریدر در طول موج 620 نانومتر خوانده شد. اولین خانه‌ای که در آن از رشد باکتری‌های بیماری‌زا نسبت به کنترل جلوگیری شد، به عنوان حداقل غلظت بازدارندگی رشد در نظر گرفتیم [13].
یافته‌ها
از محیط خاک معدن منگنز ونارچ 35 سویه آکتینوباکتری جداسازی شد و یک جدایه قادر به بیوسنتز نانوذرات طلا به صورت خارج سلولی بود. همان طور که در تصویر شماره 1 نشان داده شده است، رنگ سوسپانسیون میکروبی از زرد به ارغوانی تغییر پیدا کرد. در نتایج حاصل از بررسی‌های فنوتایپینگ رشته‌های میسلیوم مشاهده شد (تصویر شماره 2). پس از انجام توالی‌یابی مقایسه هم‌ردیفی در پایگاه NCBI Blastn انجام شد و 82/99 درصد تشابه با آمیکولاتوپسیس متانولیکا 239 حاصل شد. بنابراین با میزان تشابه به دست آمده حاصل از Blastn جدایه منتخب متعلق به گروه آمیکولاتوپسیس بود (تصویر شماره 3). طیف به دست آمده از دستگاه اسپکتروفتومتری فرابنفش مرئی نشان داد که باند جذبی قوی در طول موج 537 نانومتر ایجاد کرده است (تصویر شماره 4). در بررسی انجام‌شده با آنالیز طیف‌سنج مادون قرمز تبدیل فوریه پیک‌های قوی در ناحیه cm-1 1376، 1630، 2921 و 3433 مشاهده شد (تصویر شماره 5). تصاویر تهیه‌شده از میکروسکوپ الکترونی گذاره با رزولوشن زیاد مشخص شد، نانوذرات بیوسنتزشده توسط اکتینوباکتری منتخب به شکل کروی و نامنظم بود (تصویر شماره 6). در آنالیز پراکندگی نور دینامیکی اندازه متوسط نانوذرات بیوسنتزشده دارای اندازه متوسط 4/44 نانومتر بود (تصویر شماره 7). حداقل غلظت مهارکنندگی نانوذرات طلا بیوسنتزشده برای باکتری بیماری‌زای اشرشیاکلی، 8/5 میکروگرم بر میلی‌لیتر مشاهده شد. همچنین حداقل غلظت مهارکنندگی نانوذرات طلا بیوسنتزشده بر روی باکتری‌های سودوموناس آئروجینوزا و استافیلوکوکوس اورئوس، 7/11 میکروگرم بر میلی‌لیتر مشاهده شد. حداقل غلظت کشندگی نانوذرات طلا بیوسنتزشده روی باکتری‌های بیماری‌زای اشرشیاکلی، سودوموناس آئروجینوزا و استافیلوکوکوس اورئوس 1500 میکروگرم بر میلی‌لیتر مشاهده شد (جدول شماره 1).
بحث
نانوذرات از جنس فلزات گران‌بها (طلا، نقره، روتنیوم، پلاتین، مس، و پالادیوم) ابزارهای متنوعی هستند که کاربردهای زیست‌پزشکی گوناگونی دارند، مثلاً در سنجش‌های تشخیصی با حساسیت زیاد، برداشتن عضو با دما و افزایش کارآیی رادیو درمانی و همچنین تحویل ژن و دارو به بدن کاربرد دارند. نانوذرات فلزی می‌توانند حامل‌های غیرسمی برای تحویل ژن و دارو به نقاط خاص بدن باشند [14]. آکتینوباکتری‌ها می‌توانند مواد غیرآلی را به صورت درون‌سلولی یا بیرون‌سلولی در ابعاد نانو و با شکل‌های مختلف بسازند. بیوسنتز نانوذرات فلزی توسط آکتینوباکتری‌ها وابسته به محل قرارگیری ترکیبات احیاکننده سلول است. اگر آنزیم‌های احیاکننده موجود در دیواره سلولی یا آنزیم‌های ترشح‌شده به بیرون در احیای یون‌های فلزی نقش داشته باشند، آنگاه روشن است که می‌توان نانوذرات فلزی را در بیرون از سلول یافت [15].
از بین 35 جدایه آکتینوباکتری جداسازی‌شده در مرحله اولیه این تحقیق، تنها یک جدایه به صورت خارج سلولی در حضور محلول هیدروکلرواوریک اسید قادر به تغییر رنگ محیط واکنش از زرد به صورتی بود. جدایه‌های اکتینوباکتری که قادر به احیاء یون طلا هستند، رنگ محلول را از زرد به صورتی تا بنفش تغییر می‌دهند. این تغییر رنگ از تغییرات رزونانس سطحی نانوذرات ناشی می‌شود که به دلیل افزایش سطح ذرات نسبت به حجم آن‌هاست. علاوه بر تغییر رنگ، یکی از روش‌های تشخیصی اولیه تولید نانوذرات، طیف‌سنجی فرابنفش مرئی است. نانوذرات طلا دارای جذب نوری در طول موج 520 نانومتر تا 560 نانومتر هستند که بستگی به اندازه و شکل نانوذره دارد. در مطالعه حاضر براساس طیف‌های اسپکتروفتومتری جدایه آکتینوباکتری تولیدکننده نانوذرات طلا بعد از تلقیح شدن در محلول هیدروکلرواوریک اسید یک میلی‌مولار در 537 نانومتر پیک جذبی نشان می‌دهد. ساستری و همکاران نشان دادند با استفاده از یک گونه آکتینومیست قلیادوست و گرمادوست به نام ترمومونواسپورا توانستند نانوذرات طلا با اندازه 9-10 نانومتر به شکل کروی و خارج سلولی تولید کنند که باعث تغییر رنگ محیط باکتری از زرد به ارغوانی می‌شود. این نانوذرات طلا با طیف‌سنجی فرابنفش مرئی در 520 نانومتر بررسی شد [16] که با مطالعه حاضر مطابقت دارد. گوپال و همکاران گزارش کردند با سوپرناتانت فاقد سلول به دست آمده از استرپتومیسس نانوذرات طلا را تولید کردند. ویژگی‌های این نانوذرات طلا با طیف‌سنجی فرابنفش مرئی در 550 نانومتر بررسی شد که با نتایج به دست آمده در تحقیق حاضر مطابقت دارد. آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که نانوذرات طلا شکل مکعبی دارند و اندازه آن‌ها 90 نانومتر است. با استفاده از روش انتشار از چاهک نیز مشخص شد که این نانوذرات طلا برضد قارچ‌های مایکوفیتون گیپسیوم و تریکوفیتون روبروم اثر کشندگی داشتند [11].
تورس و همکاران گزارش کردند که آکتینوباکتری‌های گرمادوست و قلیادوست ترمومونواسپورا کورواتا، ترمومونواسپورا فوسکا و ترمومونواسپورا کروموژنا را برای بیوسنتز خارج سلولی نانوذرات طلا به کار برده‌اند. شرایط رشد و بیوسنتز بهینه برای هر آکتینوباکتری مشخص شد. اندازه متوسط نانوذرات طلا بین 30 تا 60 نانومتر بود. این نانوذرات طلا با استفاده تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی عبوری بررسی شدند. نانوذرات به دست آمده کروی و اندازه یکدست داشتند و در آب محلول بودند [17] که با مطالعه حاضر مطابقت دارد.
در بررسی انجام‌شده توسط آنالیز طیف‌سنج تبدیل فوریه پیک‌های قوی در ناحیه cm-1 1376، cm-1 1630 ، cm-1 2921 و cm-1 3433 مشاهده شده است که نشان‌دهنده پیک جذبی نانوذرات طلا است و اطلاعاتی را در مورد سازماندهی پیوندهای شیمیایی بین اتم‌های سطحی و گروه‌های عاملیِ حاضر در سطح نانو ذرات فراهم می‌کنند. این گروه‌ها عامل احیای یون‌های طلا به نانوذره طلا شده همچنین در پایداری و ممانعت از تجمع و آگلومره شدن نانوذره طلا نقش مهمی ایفا می‌کنند. نمودار حاصل از طیف‌سنجی تبدیل فوریه، پیک در ناحیه cm-1 1630 نشان‌دهنده وجود گروه N-H آمین موجود در پروتئین، پیک قوی در ناحیه cm-1 3433 نشان‌دهنده وجود گروه OH موجود در الکل و ترکیبات فنولی و پیک‌ها در ناحیه cm-1 2921 و cm-1 1376 نشان‌دهنده وجود گروه C-H موجود در آلکان‌ها در اطراف نانو ذرات است. نتایج حاضر با مطالعه مانی‌وساگان و همکاران بر روی نانوذرات سنتزشده توسط استرپتومیسس مطابقت دارد [18].
مکانیسم ضدباکتریایی نانوذرات فلزی برای سلول‌ها ناشی از آزادکردن گونه‌های فعال اکسیژن توسط این نانوذرات است. خواص ضد باکتریایی نانوذرات طلا مربوط به اکسیداسیون و آزاد شدن تدریجی یون‌های طلا به محیط است. این موضوع سبب شده که این نانوذرات خواص ضدباکتریایی داشته باشند. اندازه کوچک این نانوذرات نیز سبب شده که بتوانند به راحتی از عرض غشای سلول عبور کرده و وارد سلول شوند و بر فعالیت‌های درون سلول تأثیر بگذارند. ویژگی‌های ضد باکتریایی بسیار خوبی که از این نانوذرات دیده می‌شود به دلیل زیاد بودن نسبت سطح به حجم آن‌هاست که سبب می‌شود بیشترین تماس را با محیط داشته باشند [19]. بلاگوروناتان و همکاران گزارش کردند که نانوذرات طلای بیوسنتزشده توسط استرپتومیسس ویریدوژنز فعالیت ضدباکتریایی خوبی بر ضد باکتری‌های استافیلوکوکوس اورئوس و اشریشیاکلی داشتند [20] که با نتایج مطالعه حاضر مطابقت دارد. اسکلادانوسکی و همکاران گزارش کردند نانوذرات بیوسنتزشده توسط جدایه استرپتومیسس فاقد اثرات ضدباکتریایی بر ضدباکتری‌های استافیلوکوکوس اورئوس و اشریشیاکلی است [13]. این نتایج نشان می‌دهد که فعالیت ضدباکتریایی نانوذرات بر ضدمیکروارگانیسم‌ها وابسته به سایز، شکل و غلظت آن‌هاست.
نتیجه‌گیری
افزایش آگاهی درباره شیمی سبز و فرآیندهای بیولوژیکی منجر به ایجاد علاقه برای دستیابی یک روش دوستدار محیط زیست برای سنتز نانوذرات غیرسمی شده است. بیوسنتز نانوذرات توسط آکتینوباکتریال‌ها بر خلاف روش‌های فیزیکی و شیمیایی که از مواد آسیب‌رسان استفاده می‌کنند، یک روش مقرون‌به‌صرفه و سازگار با محیط زیست است. بنابراین، سنتز نانوذرات توسط آکتینوباکتریال‌ها تبدیل به یک شاخه مهم از نانوبیوتکنولوژی شده است. آکتینوباکتری‌ها منابع خوبی برای سنتز نانوذرات با خواص بیولوژیکی (ضدباکتریایی، ضدقارچی، ضدسرطانی، ضدبیوفولینگ، ضدمالاریا، ضدانگل، ضداکسایش و غیره) هستند. آکتینوباکتری‌ها به خاطر تنوع زیادی که دارند، توانایی ذاتی برای سنتز نانوذرات دارند و کارخانه‌های زیستی قابل توجهی برای تولید نانوذرات هستند. از این ویژگی آن‌ها می‌توان در بسیاری از کاربردهای صنعتی استفاده کرد. پژوهش‌های آتی درباره بیوسنتز نانوذرات توسط آکتینوباکتری‌ها و به کارگیری آن‌ها در پزشکی مدرن اهمیت زیادی دارد.
ملاحظات اخلاقی
پیروی از اصول اخلاق پژوهش
با توجه به موضوع مقاله، این مطالعه نیازی به کد اخلاق ندارد.
حامی مالی
مقاله حاضر بخشی از نتایج حاصل از رساله‌ی دکترای تخصصی گرایش میکروبیولوژی در دانشکده علوم پایه دانشگاه آزاد اسلامی واحد قم است. همچنین این مطالعه با حمایت مالی دانشگاه آزاد اسلامی واحد قم انجام شده است.
مشارکت نویسندگان
تمامی نویسندگان در طراحی، اجرا و نگارش همه بخش‌های پژوهش حاضر به یک اندازه مشارکت داشته اند.
تعارض منافع
بنابر اظهار نویسندگان هیچ تعارض منافعی وجود ندارد.
تشکر و قدردانی
نویسندگان از معاونت تحقیقات و فناوری دانشگاه آزاد اسلامی واحد قم تشکر می‌کنند.
نوع مطالعه: مقاله پژوهشي |
موضوع مقاله:
میکروب شناسی
دریافت: 1400/2/1 | پذیرش: 1400/2/30 | انتشار: 1400/3/10
دریافت: 1400/2/1 | پذیرش: 1400/2/30 | انتشار: 1400/3/10
فهرست منابع
1. Taniguchi N. On the basic concept of nanotechnology. Paper presented at: Proceedings of the International Conference on Production Engineering. 1974; Tokyo, Japan. https://xigywisojopumoda.allesfuersjagen.com/proceedings-of-the-international-conference-on-production-engineering-tokyo-1974-book-1144vy.php
2. Feynman RP. There's plenty of room at the bottom. Miniaturization, 1959: pp. 282-296. [Link no Found]
3. Cao YC, Jin R, Mirkin CA. Nanoparticles with Raman spectroscopic fingerprints for DNA and RNA detection. Science. 2002; 297(5586):1536-40. [DOI:10.1126/science.297.5586.1536] [PMID] [DOI:10.1126/science.297.5586.1536]
4. Pearson A, O'Mullane AP, Bansal V, Bhargava SK. Galvanic replacement mediated transformation of Ag nanospheres into dendritic Au-Ag nanostructures in the ionic liquid [BMIM][BF4]. Chem Commun. 2010; 46(5):731-3. [DOI:10.1039/B918866E] [PMID] [DOI:10.1039/B918866E]
5. Kang B, Mackey MA, El-Sayed MA. Nuclear targeting of gold nanoparticles in cancer cells induces DNA damage, causing cytokinesis arrest and apoptosis. J Am Chem Soc. 2010; 132(5):1517-9. [DOI:10.1021/ja9102698] [PMID] [DOI:10.1021/ja9102698]
6. Nassif N, Roux C, Coradin T, Bouvet OMM, Livage J. Bacteria quorum sensing in silica matrices. J Mater Chem. 2004; 14(14):2264-8. [DOI:10.1039/b403958k] [DOI:10.1039/b403958k]
7. Bansal V, Ramanathan R, Bhargava SK. Fungus-mediated biological approaches towards 'green' synthesis of oxide nanomaterials. Aust J Chem. 2011; 64(3):279-93. [DOI:10.1071/CH10343] [DOI:10.1071/CH10343]
8. Zotchev SB. Marine actinomycetes as an emerging resource for the drug development pipelines. J Biotechnol. 2012; 158(4):168-75. [DOI:10.1016/j.jbiotec.2011.06.002] [PMID] [DOI:10.1016/j.jbiotec.2011.06.002]
9. Manivasagan P, Venkatesan J, Sivakumar K, Kim SK. RETRACTED: Marine actinobacterial metabolites: Current status and future perspectives. Microbiol Res. 2013, 168(6):311-32. [DOI:10.1016/j.micres.2013.02.002] [PMID] [DOI:10.1016/j.micres.2013.02.002]
10. Manivasagan P, Venkatesan J, Sivakumar K, Kim SK. Pharmaceutically active secondary metabolites of marine actinobacteria. Microbiol Res. 2014; 169(4):262-78. [DOI:10.1016/j.micres.2013.07.014] [PMID] [DOI:10.1016/j.micres.2013.07.014]
11. Gopal JV, Thenmozhi M, Kannabiran K, Rajakumar G, Velayutham K, Rahuman AA. Actinobacteria mediated synthesis of gold nanoparticles using Streptomyces sp. VITDDK3 and its antifungal activity. Mater Lett. 2013; 93:360-2. [DOI:10.1016/j.matlet.2012.11.125] [DOI:10.1016/j.matlet.2012.11.125]
12. Farris MH, Olson JB. Detection of Actinobacteria cultivated from environmental samples reveals bias in universal primers. Lett Appl Microbiol. 2007; 45(4):376-81. [DOI:10.1111/j.1472-765X.2007.02198.x] [PMID] [DOI:10.1111/j.1472-765X.2007.02198.x]
13. Składanowski M, Wypij M, Laskowski D, Golińska P, Dahm H, Rai M. Silver and gold nanoparticles synthesized from Streptomyces sp. isolated from acid forest soil with special reference to its antibacterial activity against pathogens. J Cluster Sci. 2017; 28(1):59-79. [DOI:10.1007/s10876-016-1043-6] [DOI:10.1007/s10876-016-1043-6]
14. Xie J, Lee S, Chen X. Nanoparticle-based theranostic agents. Adv Drug Deliv Rev. 2010; 62(11):1064-79. [DOI:10.1016/j.addr.2010.07.009] [PMID] [PMCID] [DOI:10.1016/j.addr.2010.07.009]
15. Mohanpuria P, Rana NK, Yadav SK. Biosynthesis of nanoparticles: Technological concepts and future applications. J Nanopart Res. 2008; 10(3):507-17. [DOI:10.1007/s11051-007-9275-x] [DOI:10.1007/s11051-007-9275-x]
16. Sastry M, Ahmad A, Khan MI, Kumar R. Biosynthesis of metal nanoparticles using fungi and actinomycete. Curr Sci. 2003; 85(2):162-70. http://repository.ias.ac.in/47133/
17. Torres-Chavolla E, Ranasinghe RJ, Alocilja EC. Characterization and functionalization of biogenic gold nanoparticles for biosensing enhancement. IEEE Trans Nanotechnol. 2010; 9(5):533-8. [DOI:10.1109/TNANO.2010.2052926] [DOI:10.1109/TNANO.2010.2052926]
18. Manivasagan P, Venkatesan J, Kang KH, Sivakumar K, Park SJ, Kim SK. Production of α-amylase for the biosynthesis of gold nanoparticles using Streptomyces sp. MBRC-82. Int J Biol Macromol. 2015; 72:71-8. [DOI:10.1016/j.ijbiomac.2014.07.045] [PMID] [DOI:10.1016/j.ijbiomac.2014.07.045]
19. Nel AE, Mädler L, Velegol D, Xia T, Hoek EM, Somasundaran P, et al. Understanding biophysicochemical interactions at the nano-bio interface. Nat Mater. 2009; 8(7):543-57. [DOI:10.1038/nmat2442] [PMID] [DOI:10.1038/nmat2442]
20. Balagurunathan R, Radhakrishnan M, Rajendran RB, Velmurugan D. Biosynthesis of gold nanoparticles by actinomycete Streptomyces viridogens strain HM10. Indian J Biochem Biophys. 2011; 48(5):331-5. [PMID]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
حق تالیف (کپی رایت) برای مولفان محفوظ است.
صاحب امتیاز: دانشگاه علوم پزشکی قم
ناشر: انتشارات دانشگاه علوم پزشکی قم
شاپا چاپی: 7799-1375
شاپا الکترونیک: 1375-2008
ایمیل مجله: journal@muq.ac.ir
j.muq.ac@gmail.com
