Caratterizzazione e anti

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 14302 (2023) Citare questo articolo

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Un ceppo brevettato di Bacillus amyloliquefaciens C-1 nel nostro laboratorio potrebbe produrre selenito di sodio funzionale (Na2SeO3) in condizioni di fermentazione ottimizzate. Con la forte resistenza allo stress e gli abbondanti metaboliti secondari, il C-1 ha mostrato il potenziale per essere sviluppato come postbiotici arricchiti di selenio. C-1 ha la capacità di sintetizzare SeNP quando incubato con 100 μg/ml Na2SeO3 per 30 ore a 30 °C in aerobiosi con il 10% di coltura di semi. Il tasso di trasformazione da Na2SeO3 in SeNP ha raggiunto il 55,51%. Dopo l'arricchimento di selenio, non ci sono stati cambiamenti morfologici significativi nelle cellule C-1 ma evidenti SeNP accumulati all'interno delle cellule, osservati al microscopio elettronico a scansione e al microscopio elettronico a trasmissione, verificati mediante spettroscopia a raggi X a dispersione di energia e spettroscopia fotoelettronica a raggi X. I SeNP avevano attività antiossidante nell'eliminazione dei radicali del superossido (O2−), del radicale idrossilico (OH−) e dell'1,1-difenil-2-picril-idrazina (DPPH), dove la capacità di eliminazione dell'OH− è la più alta. Il C-1 arricchito con selenio ha avuto un evidente effetto antinfiammatorio nel proteggere l'integrità della membrana cellulare Caco-2 distrutta da S. typhimurium; potrebbe prevenire il danno infiammatorio nel Caco-2 stressato da 200 μM H2O2 per 4 ore, con espressione significativamente ridotta di IL-8 (1.687 vs. 3.487, P = 0.01), IL-1β (1.031 vs. 5.000, P < 0.001) , TNF-α (2,677 contro 9,331, P < 0,001), aumento di Claudin-1 (0,971 contro 0,611, P < 0,001) e Occludin (0,750 contro 0,307, P < 0,001). L'analisi dei dati del trascrittoma ha mostrato che c'erano 381 geni differenziali nella fase di crescita vegetativa e 1674 geni differenziali nella fase di sporulazione di C-1 con e senza arricchimento di selenio. Sono stati rilevati un totale di 22 geni correlati alla proteina trasportatrice ABC in fase vegetativa e 70 geni correlati alla proteina trasportatrice ABC in fase di sporulazione. I geni che codificano per la riduzione di MsrA, tiolo, glutatione e tioredossina erano significativamente sovraregolati; i geni legati all'ATP sintasi come i geni atpA e atpD hanno mostrato una sottoregolazione durante la fase vegetativa; i geni correlati ai flagelli (flgG, fliM, fliL e fliJ) hanno mostrato una sottoregolazione durante la fase di sporulazione. La motilità, la chemiotassi e la capacità di colonizzazione erano indebolite insieme alle SeNP sintetizzate accumulate intracellulari allo stadio di sporulazione. B. amyloliquefaciens C-1 potrebbe convertire la selenite extracellulare in SeNP intracellulari attraverso la via di ossidoriduzione, con un forte metabolismo arricchito di selenio. I SeNP e le cellule arricchite di selenio avevano il potenziale per essere sviluppati come biomateriali nano-selenio e postbiotici arricchiti di selenio.

Il selenio (Se) è un oligoelemento essenziale (meno dello 0,01% del peso corporeo umano) per l'ospite con importanti funzioni biologiche1. La carenza di selenio ha effetti negativi sulla salute, ad esempio la carenza cronica di selenio influisce negativamente sulla funzione del sistema cardiovascolare e può essere una causa diretta di infarto cardiaco2,3,4. La carenza di selenio porta anche a una bassa immunità5, disfunzione neurologica6,7 e malattia di Kashin-beck8. Il selenio si accumula principalmente nel corpo umano attraverso l'assunzione di cibo. Attualmente sono disponibili in commercio varie forme di integratori di selenio, ma la maggior parte di essi è selenio inorganico, come il selenito di sodio. Poiché la quantità effettiva di selenio è vicina alla quantità tossica, il selenio inorganico ha un intervallo di sicurezza ristretto, insieme a un'attività biologica inferiore9, pertanto, trovare un nuovo tipo di integratore di selenio (elevata attività biologica e bassa tossicità) è diventato un punto caldo della ricerca .

Recentemente, le nanoparticelle di selenio (SeNP), un nuovo tipo di integratore di selenio, hanno attirato l'attenzione. Gli studi hanno dimostrato che le SeNP hanno più funzioni fisiologiche, come antinfiammatorie10, antibatteriche, antiossidanti11 e antitumorali12. Ora, i metodi principali per la produzione di SeNP sono attraverso processi chimici e biologici. Il processo chimico prevede principalmente la riduzione di Na2SeO3 in SeNP mediante l'aggiunta di agenti attivi nel processo redox, che ha un tasso di recupero inferiore e più sottoprodotti degli inquinanti13. Il processo biologico è la reazione di bioconversione nelle cellule batteriche, che è efficiente e l'intero processo è rispettoso dell'ambiente, quindi è considerato la scelta migliore per la preparazione delle SeNP14.