Біосинтез наночастинок благородних металів. Частина 2. Використання ціанобактерій та водоростей

Abstract

Наночастинки благородних металів можна отримати з використанням різних методів – фізичних, хімічних і біологічних. У статті охарактеризовано можливості використання ціанобактерій і водоростей для біосинтезу наночастинок золота (AuNPs), срібла (AgNPs), платини (PtNPs), паладію (PdNPs) та рутенію (RuNPs). Для біосинтезу наночастинок використовують безклітинний водний екстракт ціанобактерій, біомасу, культуральну рідину, супернатант, а також клітинні пігменти (фікоціанін, фікоеритрин, алофікоцианін) та полісахариди. Різними авторами показано можливість біосинтезу наночастинок благородних металів з використанням ціанобактерій роду Anabaena, Cyanothece, Desertifilum, Lyngbya, Nostoc, Plectonema, Spirulina, Synechocystis, Trichodesmium та інших. При цьому можливий як внутрішньоклітинний, так і позаклітинний біосинтез наночастинок, які можуть синтезуватись з використанням бактеріальних метаболітів — білків, ферментів, полісахаридів. Показано, що ароматичні сполуки, алкани, аміни та аміди, а також фенольні сполуки можуть брати участь у відновленні іонів металів і біосинтезі наночастинок, а також у їх стабілізації. Прісноводні та морські водорості можна використовувати для біосинтезу наночастинок благородних металів. Серед них Acutodesmus dimorphus, Botryococcus braunii, Chlorella vulgaris, Caulerpa racemosa, Dunaliella salina, Sargassum muticum та інші. При цьому використовують екстракти водоростей, які містять полісахариди, фенольні сполуки, білки, вітаміни, каротиноїди, астаксантини, поліоли, терпеноїди та стерини. Активні групи цих сполук відповідають за відновлення, біосинтез і стабілізацію наночастинок. Синтезовані з використанням ціанобактерій і водоростей наночастинки мають антибактеріальну активність щодо грамнегативних і грампозитивних бактерій. Механізм їх антимікробної дії полягає в тому, що вони можуть денатурувати поверхневі бактеріальні білки та блокувати клітинний метаболізм і процеси дихання через пошкодження системи транспорту електронів. Також наночастинки інгібують трансляцію бактеріальних білків. Показано протипухлинну дію біогенних наночастинок з використанням різних ліній перещеплюваних ракових клітин. При цьому доведено їх нетоксичність щодо нормальних ліній клітин. Протипухлинна дія біосинтезованих наночастинок пов’язана з тим, що вони викликають клітинні та субклітинні морфологічні зміни, посилюють окислювальний стрес і метаболічну токсичність та індукують апоптоз ракових клітин через зниження експресії антиапоптичних білків і підвищення експресії апоптичних білків.The possibilities of using cyanobacteria and algae for the biosynthesis of gold (AuNPs), silver (AgNPs), platinum (PtNPs), palladium (PdNPs), and ruthenium (RuNPs) nanoparticles were characterized in the article. Cell-free aqueous extract of cyanobacteria, biomass, culture liquid, supernatant, as well as cellular pigments (phycocyanin, phycoerythrin, allophycocyanin) and polysaccharides are used for the biosynthesis of nanoparticles. Various research showed the possibility of biosynthesis of noble metal nanoparticles using cyanobacteria of the genus Anabaena, Cyanothece, Desertifilum, Lyngbya, Nostoc, Plectonema, Spirulina, Synechocystis, Tricho-desmium and others. They can be synthesized using bacterial metabolites — proteins, enzymes, polysaccharides. It was shown that aromatic compounds, alkanes, amines and amides, as well as phenolic compounds can participate in the reduction of metal ions and the biosynthesis of nanoparticles, as well as in their stabilization. Freshwater and marine algae can be used for the biosynthesis of noble metal nanoparticles. Acutodesmus dimorphus, Botryo-coccus braunii, Chlorella vulgaris, Caulerpa racemosa, Duna-liella salina, Sargassum muticum are among them. At the same time, algae extracts, which contain polysaccharides, phenolic compounds, proteins, vitamins, carotenoids, astaxanthins, poly-ols, terpenoids and sterols were used. The active groups of these compounds are responsible for the recovery, biosynthesis and stabilization of nanoparticles. Nanoparticles synthesized using cyanobacteria and algae have antibacterial activity against both gram-negative and gram-positive bacteria. The mechanism of their antimicrobial action is that they can denature surface bacterial proteins and block cel-lular metabolism and respiration processes due to damage to the electron transport system. The antitumor effect of biogenic na-noparticles using different lines of transplanted cancer cells was shown. At the same time, their non-toxicity in relation to normal cell lines has been proven. The antitumor effect of biosyn-thesized nanoparticles is related to the fact that they cause cel-lular and subcellular morphological changes, increase oxidative stress and metabolic toxicity, and induce apoptosis of cancer cells by reducing the expression of antiapoptotic proteins and increasing the expression of apoptotic proteins.