РОЛЬ ДРОЖЖЕЙ В ОБРАЗОВАНИИ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА

THE ROLE OF YEAST IN THE FORMATION OF SILVER NANOCHASTICS

Zarkhanym Karimova

master's student, Faculty of Natural Sciences, Sumgait State University,

Azerbaijan, Sumgait

Sadat Azadalieva

scientific supervisor, PhD in Biology, Assoc. Prof., Faculty of Natural Sciences, Sumgait State University,

Azerbaijan, Sumgait

АННОТАЦИЯ

Основной целью представленной работы было выяснение возможностей использования дрожжевых грибов для получения наночастиц серебра на основе литературных данных. Стало ясно, что дрожжевые грибы перспективны для использования в этих целях. Это возможно благодаря их высокой скорости роста и ферментативной активности.

ABSTRACT

The main goal of the presented work was to find out the possibilities of using yeast fungi to obtain silver nanoparticles based on literature data. It became clear that yeast fungi are promising for use in these purposes. This is possible thanks to their high growth rate and enzymatic activity.

Ключевые слова: наночастицы, наночастицы серебра, дрожжи, внутриклеточный синтез, внеклеточный синтез, Saccharomyces cerevisae, Candida albicans.

Keywords: nanoparticles, silver nanoparticles, yeast, intracellular synthesis, extracellular synthesis, Saccharomyces cerevisae, Candida albicans.

В последнее время возрос интерес к производству наночастиц, особенно металлических наночастиц. Этот интерес обусловлен существенными различиями в свойствах наночастиц и макрочастиц[5].  Уменьшение размера этих наночастиц усиливает их взаимодействие с окружающей средой, в результате чего изменяются их плотность, токсичность, проницаемость, окисляемость, взрывоопасность и т. д. другие свойства. И вместе со всем этим, уменьшение размера наночастиц серебра приводит к изменению и усилению их антибактериальных, противогрибковых и противовирусных свойств [11]. Например, если сравнить активность наночастиц серебра размером 10 нм и активность частиц размером 60 нм, то мы увидим, что активность наночастиц размером 10 нм во много раз больше.

Известно, что живые существа, особенно микроорганизмы, обладают способностью образовывать наночастицы, и, что самое важное, в ходе этого процесса не образуются вещества, вредные для окружающей среды [2].  И именно поэтому особое внимание уделяется извлечению наночастиц металлов из биологических объектов: растений, грибов, бактерий, а также наночастиц серебра из наночастиц металлов.

Основная цель представленной работы – определение роли дрожжевых грибов в образовании наночастиц серебра.

Дрожжевые грибы широко используются в областях нанобиотехнологии и биотехнологии[6]. Основная роль дрожжевых грибов в биосинтезе наночастиц серебра заключается в том, что они действуют как «биокатализаторы».

Дрожжевые грибы обладают высокой биохимической активностью: при контакте с ионами серебра они восстанавливают их, образуя наночастицы серебра, и могут осуществлять этот процесс с помощью биомолекул, редуктаз, оксидаз и других ферментов для преобразования ионов серебра в наночастицы. Клеточная стенка дрожжевых грибов содержит различные полисахариды и белки, которые играют роль в образовании наночастиц серебра[10].  Грибы содержат антиоксиданты, такие как глутатион (GSH), который играет роль в образовании наночастиц серебра.  Роль pH и температуры в образовании наночастиц серебра из дрожжей также считается важным фактором. Наночастицы серебра образуются быстрее при высоком pH, тогда как повышение температуры сокращает время образования наночастиц.

Еще одним преимуществом использования дрожжевых грибов для формирования наночастиц серебра является то, что этот метод считается более безопасным для окружающей среды[3]. Другими словами, в отличие от методов химического синтеза, он осуществляется с использованием биологических методов, а не токсичных веществ, и считается менее вредным для природы. Дрожжевые грибки также обеспечивают стабилизацию наночастиц серебра. То есть клетки гриба образуют защитный слой вокруг наночастиц серебра, предотвращая их слипание и помогая поддерживать стабильность частиц. Однако информации о способности дрожжей производить наночастицы крайне мало. Saccharomyces cerevisae, Candida albicans и т. д. Дрожжи, такие как изучаются с этой целью.

Методы внеклеточного и внутриклеточного синтеза также находятся на переднем крае изучения роли наночастиц серебра в синтезе дрожжей [8].

Внутриклеточный синтез: при этом методе наночастицы собираются непосредственно внутри дрожжевых клеток и преобразуются в наноразмерные частицы под действием ферментов. В это время на форму и размер наночастиц серебра влияют такие факторы, как условия внутри грибковой клетки, такие как pH и активность ферментов.

Внеклеточный синтез: дрожжевые грибы выделяют в окружающую среду определенные ферменты и биохимические вещества, обеспечивая накопление ионов серебра вне клетки. Преимущество этого метода в том, что наночастицы легче собирать и очищать.

Дрожжевые грибы рода Saccharomyces широко используются в повседневной жизни, в выпечке, производстве пива и вина и уже много лет сохраняют свое место в качестве важного продукта питания в нашей повседневной жизни [4]. Поэтому использование этого гриба считается безопасным для людей, работающих в технологическом процессе получения наночастиц серебра. Считается одним из наиболее изученных видов.  Он используется в синтезе наночастиц как медицинского, так и промышленного назначения.

Ферменты и полисахариды Saccharomyces cerevisae в клеточной стенке играют роль в обеспечении образования и стабилизации наночастиц [7].

Дрожжи Candida albicans также используются в синтезе наночастиц серебра и известны своими антимикробными свойствами [1].

Yarrowia lipolytica — промышленный гриб, характеризующийся способностью расти в нефтесодержащих средах и производить высокостабильные частицы[9]. Он перспективен для промышленного применения благодаря своей способности адаптироваться к нестандартным условиям.

Эти грибы отличаются наличием различных ферментных систем и метаболических свойств, поэтому размер, форма и стабильность синтезируемых наночастиц также различаются. Дальнейшее изучение механизмов действия этих грибов в ходе будущих исследований откроет возможности для увеличения их потенциала и создания более широких областей применения.

Список литературы:

1. Ahamad I., Bano F., Anwer R., et al. Antibiofilm Activities of Biogenic Silver Nanoparticles Against Candida albicans// Frontiers in Microbiology, 2022, 12:741493; doi: 10.3389/fmicb.2021.741493.
2. Álvarez-Chimal R. & Ángel Arenas-Alatorre J. Green Synthesis of Nanoparticles: A Biological Approach.//IntechOpen, 2023 doi: 10.5772/intechopen.1002203
3. Bahrulolum H., Nooraei S., Javanshir N. et al. Green synthesis of metal nanoparticles using microorganisms and their application in the agrifood sector. //J Nanobiotechnol , 2021, 19, 86. https://doi.org/10.1186/s12951-021-00834-3
4. Desiderio Estela Escalante W. Perspectives and Uses of Non-Saccharomyces Yeasts in Fermented Beverages. IntechOpen., 2019, doi: 10.5772/intechopen.81868
5. Joudeh N., Linke D. Nanoparticle classification, physicochemical properties, characterization, and applications: a comprehensive review for biologists//J Nanobiotechnol., 2022, 20, 262. https://doi.org/10.1186/s12951-022-01477-8
6. Mattanovich D., Sauer M. & Gasser B. Yeast biotechnology: teaching the old dog new tricks. Microb Cell Fact, 2014, 13, 34 https://doi.org/10.1186/1475-2859-13-34
7. Serikov T.A., Jamalova G.A., Rafikova  K.S. rt al. Ecological, biological and biotechnological aspects of Saccharomyces cerevisiae biomass production.//Caspian Journal of Environmental Sciences, 2024, 22: 499-512.
8. Siddiqi K.S., Husen A. & Rao R.A.K. A review on biosynthesis of silver nanoparticles and their biocidal properties.// J Nanobiotechnol, 2018, 16, 14. https://doi.org/10.1186/s12951-018-0334-5
9. Tsirigka A., Theodosiou E., Patsios  S.I. et al. Novel evolved Yarrowia lipolytica strains for enhanced growth and lipid content under high concentrations of crude glycerol//Microb Cell Fact, 2023, 22, 62 https://doi.org/10.1186/s12934-023-02072-8
10. Waghmare S.R., Mulla M.N., Marathe S.R. et al. Ecofriendly production of silver nanoparticles using Candida utilis and its mechanistic action against pathogenic microorganisms. //3 Biotech, 2015,  5, 33–38 https://doi.org/10.1007/s13205-014-0196-y
11. Xuan Y., Zhang W., Zhu X. and Zhang S. An updated overview of some factors that influence the biological effects of nanoparticles//Front. Bioeng. Biotechnol., 2023, 11:1254861. doi: 10.3389/fbioe.2023.1254861