Caracterización fisicoquímica y biológica de nanopartículas de plata biosintetizadas por aspergillus niger en presencia de distintas fuentes de carbono
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Fecha
2015
Autores
Profesor/a Guía
Facultad/escuela
Idioma
es
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Editor
Universidad Andrés Bello
Nombre de Curso
Licencia CC
Licencia CC
Resumen
En Nanotecnología, la obtención de parámetros fisicoquímicos homogéneos
en la síntesis de nanopartículas es esencial para la funcionalidad de éstas. Aunque
se han desarrollado tecnologías para mejorar estas características, el control de
estas es un problema constante. Esto se presenta en la síntesis de nanopartículas
de plata, donde el control del tamaño, índice de polidispersión, potencial zeta y
morfología es una necesidad debido a que estas características son críticas en
Nanomedicina donde además el análisis de su actividad biológica es fundamental.
Aspergillus niger como la mayoría de los hongos filamentosos secreta grandes
cantidades de proteínas al medio extracelular, además es un modelo que ya ha sido
utilizado para la producción industrial de productos de la industria alimenticia y ser
un microorganismo ubicuo que puede desarrollarse en una gran variedad de
condiciones de cultivo, convirtiéndolo en un excelente modelo de estudio con
proyección biotecnológica. En la biosíntesis y estabilización de nanopartículas de
plata participan proteínas glicosiladas y secretadas por Aspergillus niger, por lo que
la presencia de éstas podría ser controlada mediante la modulación de la secreción
de proteínas por parte de este hongo. En A. niger se ha demostrado que distintas
fuentes de carbono presentes en el medio de cultivo generan una variación en las
proteínas secretadas al medio extracelular. También, en el metabolismo de hongos
filamentosos se ha demostrado que las fuentes de carbono manosa y galactosa al
ser catabolizadas producen metabolitos que participan en la glicosilación. Por lo
tanto, el objetivo de este trabajo fue evaluar que las fuentes de carbono galactosa y
manosa en el medio de cultivo producen un cambio en los perfiles proteicos en la solución de síntesis, y con ello influyen en las proteínas que se unirán al núcleo de
la nanopartícula para formar la nanopartícula de plata; lo cual puede tener un efecto
en las características fisicoquímicas y actividad biológica de las nanopartículas de
plata.
Se observó que cada medio de cultivo cambió el perfil proteico en la solución
de síntesis, lo cual se correlacionó con los cambios en las características
fisicoquímicas de las AgNPs sintetizadas. Para la biosíntesis con galactosa y
manosa, el espectro UV-visible mostró la presencia de nanopartículas de plata
observándose un pico de absorbancia a 420 nm de longitud de onda. Utilizando
Dynamic Light Scattering se determinó que el tamaño, potencial zeta e índice de
polidispersión varía entre las nanopartículas de plata. La morfología esférica se
observó en todas las nanopartículas de plata a través de microscopía electrónica de
transmisión. La actividad biológica se evaluó a través de la medición de citotoxicidad
en macrófagos murinos expuestos a nanopartículas de plata, donde las que
provienen de los medios con galactosa y manosa disminuyeron la citotoxicidad con
respecto al control. Finalmente, la actividad antibacteriana analizada en este estudio
fue mayor en bacterias Gram-negativo que en Gram-positivo, donde las
nanopartículas de plata de los medios con galactosa y manosa mostraron una
mayor actividad. En base a este estudio postulamos que con la modulación del proceso de
secreción de proteínas se podría lograr una biosíntesis controlada de
nanopartículas de plata y que tengan características fisicoquímicas homogéneas
para que sean una alternativa real en Nanomedicina.
In Nanotechnology, obtaining of homogeneous physicochemical parameters in nanoparticle synthesis is essential for their functionality. Although several techniques have been developed to improve these parameters, their control is an ongoing problem. Particularly, the control of size, polydispersity index, zeta potential and morphology in the synthesis of silver nanoparticles is crucial because these features are critical in applications to Nanomedicine where further analysis is essential for biological activity. Aspergillus niger secretes large amounts of protein into the extracellular medium, it is also a model that has been used for industrial production for the food industry and as a ubiquitous microorganism have the ability to develop in a variety of growing conditions, making it an excellent model to study with biotechnology projection. Glycosylated proteins secreted by Aspergillus niger are involved defining biosynthesis and stabilization of silver nanoparticles, thereby the release of these proteins may be controlled by modulating protein secretion by this fungus. It has been shown that different carbon sources added to the culture medium generates a variety of proteins secreted to the extracellular medium in A. niger. In addition, the carbon sources mannose and galactose when catabolized produce metabolites involved in glycosylation. Therefore, the aim of this study is to evaluate the carbon sources galactose and mannose in the media, in order to produce a change in the protein profiles. Thus, they might influence in proteins that bind to the core to form the silver nanoparticle, which may influence in its physicochemical characteristics and biological activity. Biosynthesis using galactose and mannose, the UV-visible spectrum showed the presence of silver nanoparticles with a peak absorbance at 420 nm wavelength. Our results showed that each medium induced a change in the profile of secreted proteins, which correlated with changes in the physicochemical and biological characteristics analysed in this study. Analysis of Dynamic Light Scattering, the physicochemical features of size, zeta potential and polydispersity index showed a change in the silver nanoparticles tested. A spherical morphology was observed in all silver nanoparticles by transmission electron microscopy. The biological activity was determined by measurement of cytotoxicity produced on murine macrophages, where the nanoparticles obtained from media with galactose and mannose showed a decrease in cytotoxicity. Finally, the antibacterial activity analysed in this study was higher in Gram-negative bacteria than Gram-positive, where the silver nanoparticles from the media with galactose and mannose showed the highest antibacterial activity. According to our results, we propose that controlled biosynthesis of silver nanoparticles may be achieved by modulation of protein secretion, which allows the obtention of homogeneous physicochemical properties to make them a real alternative in Nanomedicine biosynthesis.
In Nanotechnology, obtaining of homogeneous physicochemical parameters in nanoparticle synthesis is essential for their functionality. Although several techniques have been developed to improve these parameters, their control is an ongoing problem. Particularly, the control of size, polydispersity index, zeta potential and morphology in the synthesis of silver nanoparticles is crucial because these features are critical in applications to Nanomedicine where further analysis is essential for biological activity. Aspergillus niger secretes large amounts of protein into the extracellular medium, it is also a model that has been used for industrial production for the food industry and as a ubiquitous microorganism have the ability to develop in a variety of growing conditions, making it an excellent model to study with biotechnology projection. Glycosylated proteins secreted by Aspergillus niger are involved defining biosynthesis and stabilization of silver nanoparticles, thereby the release of these proteins may be controlled by modulating protein secretion by this fungus. It has been shown that different carbon sources added to the culture medium generates a variety of proteins secreted to the extracellular medium in A. niger. In addition, the carbon sources mannose and galactose when catabolized produce metabolites involved in glycosylation. Therefore, the aim of this study is to evaluate the carbon sources galactose and mannose in the media, in order to produce a change in the protein profiles. Thus, they might influence in proteins that bind to the core to form the silver nanoparticle, which may influence in its physicochemical characteristics and biological activity. Biosynthesis using galactose and mannose, the UV-visible spectrum showed the presence of silver nanoparticles with a peak absorbance at 420 nm wavelength. Our results showed that each medium induced a change in the profile of secreted proteins, which correlated with changes in the physicochemical and biological characteristics analysed in this study. Analysis of Dynamic Light Scattering, the physicochemical features of size, zeta potential and polydispersity index showed a change in the silver nanoparticles tested. A spherical morphology was observed in all silver nanoparticles by transmission electron microscopy. The biological activity was determined by measurement of cytotoxicity produced on murine macrophages, where the nanoparticles obtained from media with galactose and mannose showed a decrease in cytotoxicity. Finally, the antibacterial activity analysed in this study was higher in Gram-negative bacteria than Gram-positive, where the silver nanoparticles from the media with galactose and mannose showed the highest antibacterial activity. According to our results, we propose that controlled biosynthesis of silver nanoparticles may be achieved by modulation of protein secretion, which allows the obtention of homogeneous physicochemical properties to make them a real alternative in Nanomedicine biosynthesis.
Notas
Tesis (Ingeniero en Biotecnología)
Esta Tesis se realizó en el Center for Integrative Medicine and Innovative Science (CIMIS) de la Facultad de Medicina de la Universidad Andrés Bello y fue financiada por el proyecto FONDECYT INICIACIÓN 11121262 titulado "Role of the ADPribosyltransferase toxin NarE in actin cytoskeleton remodeling during the invasion of the human Fallopian tube epithelium by Neisseria gonorrhoeae"y el proyecto UNAB DI-273-13/R.
Esta Tesis se realizó en el Center for Integrative Medicine and Innovative Science (CIMIS) de la Facultad de Medicina de la Universidad Andrés Bello y fue financiada por el proyecto FONDECYT INICIACIÓN 11121262 titulado "Role of the ADPribosyltransferase toxin NarE in actin cytoskeleton remodeling during the invasion of the human Fallopian tube epithelium by Neisseria gonorrhoeae"y el proyecto UNAB DI-273-13/R.
Palabras clave
Fisicoquímica, Biología, Nanopartículas de Plata, Aspergillus Niger, Carbono