Використання дріжджів роду Saccharomyces та їх метаболітів для біосинтезу наночастинок

Abstract

Нині все більшої популярності набирають біологічні методи синтезу наночастинок, оскільки вони є екологічними, а також простими, швидкими та економічно ефективними. Для біосинтезу наночастинок можна використовувати різні біологічні об’єкти – рослини, археї, віруси, бактерії, дріжджі, гриби. Серед них дріжджі роду Saccharomyces мають ряд переваг, оскільки ці мікроорганізми та їх метаболіти є повністю безпечними для людини, тварин і навколишнього середовища. Крім того, дріжджі синтезують велику кількість біологічно активних сполук (білки, ферменти, амінокислоти, органічні кислоти, вітаміни), які можуть брати участь у біосинтезі та стабілізації наночастинок. Існують різні підходи при використанні дріжджів для біосинтезу наночастинок. Зокрема, можна використовувати біомасу, культуральну рідину, супернатант, безклітинний водний екстракт. При цьому відрізняються і параметри біосинтезу: температура, рН, перемішування, тривалість. Залежно від вибору методики можна отримати наночастинки різної форми та розмірів, які також будуть відрізнятись за своїми фізико-хімічними та біологічними властивостями. При використанні дріжджів можливий як внутрішньоклітинний біосинтез наночастинок, так і позаклітинний. А оскільки дріжджі є факультативними анаеробами, можлива реалізація біосинтезу наночастинок як у кисневих, так і в безкисневих умовах. При цьому швидкість та ефективність процесу біосинтезу суттєво відрізняються залежно від типу наночастинок. На сьогодні досліджено біосинтез різних наночастинок з використанням дріжджів роду Saccharomyces. Це і наночастинки благородних металів (золото, срібло, платина, паладій), які характеризуються антибактеріальними, протигрибковими, антивірусними та протипухлинними властивостями. Показана можливість використання цих наночастинок у харчовій промисловості, медицині, сільському господарстві й енергетиці. Також досліджується біосинтез інших наночастинок з використанням сахароміцетів – селену, заліза, барію, оксиду титану, оксиду цинку, оксиду сурми тощо. Досліджується біосинтез наночастинок бінарних халькогенідів (сульфід селену, цинку, кадмію) з використанням Saccharomyces cerevisiae. Такі наночастинки мають кращі біологічні та електрохімічні властивості порівняно зі своїми монокомпонентними аналогами завдяки швидшій електрохімічній кінетиці та вищій електронній провідності.Currently, biological methods of synthesis of nanoparticles are gaining more popularity, as they are environment friendly, simple, fast and cost-effective. Various biological objects can by used for a biosynthesis of nanoparticles, such as plants, archaea, viruses, bacteria, yeasts, fungi. Among them, yeast of the Saccharomyces genus has a number of advantages, since these microorganisms and their metabolites are completely safe for humans, animals and the environment. In addition, yeasts produce a large number of biologically active compounds (proteins, enzymes, amino acids, organic acids, vitamins), which can be involved in a biosynthesis and stabilization of nanoparticles. There are different approaches to apply yeasts for a biosynthesis of nanoparticles. In particular, biomass, liquid culture, supernatant and cell-free aqueous extract can be used. At the same time, the parameters of biosynthesis such as temperature, pH, stirring, duration may differ. Depending on the choice of technique, nanoparticles of different shape and size can be obtained with different physicochemical and biological properties. When using yeasts, both intracellular and extracellular biosynthesis of nanoparticles is possible. Considering the fact tha yeasts are facultative anaerobes, it is possible to realize the biosynthesis of nanoparticles both in oxygen and in anoxic conditions. At the same time, the rate and efficiency of the biosynthesis process differ significantly depending on the type of nanoparticles. Recently, the biosynthesis of various nanoparticles using yeasts of the Saccharomyces genus were investigated. These are noble metals nanoparticles (gold, silver, platinum, palladium), which are characterized by antibacterial, antifungal, antiviral and antitumor properties. Possible applications of such nanoparticles in food industry, medicine, agriculture and energy production were shown. Research on binary chalcogenides nanoparticles biosynthesis (selenium sulfide, zinc, cadmium) with use of Saccharomyces cerevisiae are performed. Such nanoparticles have better biological and electrochemical properties compared to their monocomponent counterparts due to better electrochemicalkinetics and higher electronic conductivity.