Published December 1, 2023 | Version v1
Publication Open

Enhancement effect of AgO nanoparticles on fermentative cellulase activity from thermophilic Bacillus subtilis Ag-PQ

Creators

  • 1. International Islamic University, Islamabad
  • 2. Khwaja Fareed University of Engineering and Information Technology
  • 3. University of Engineering and Technology Peshawar
  • 4. Quaid-i-Azam University
  • 5. Pakistan Council of Scientific & Industrial Research

Description

Cellulase is an important bioprocessing enzyme used in various industries. This study was conducted with the aim of improving the biodegradation activity of cellulase obtained from the Bacillus subtilis AG-PQ strain. For this purpose, AgO and FeO NPs were fabricated using AgNO3 and FeSO4·7H2O salt respectively through a hydro-thermal method based on five major steps; selection of research-grade materials, optimization of temperature, pH, centrifuge, sample washed with distilled water, dry completely in the oven at the optimized temperature and finally ground for characterization. The synthesized NPs were characterized by scanning electron microscope (SEM), energy dispersive X-ray (EDX), and X-ray diffraction (XRD) to confirm the morphology, elemental composition, and structure of the sample respectively. The diameter of the NPs was recorded through SEM which lay in the range of 70-95 nm.Cultural parameters were optimized to achieve better cellulase production, where incubation time of 56 h, inoculum size of 5%, 1% coconut cake, 0.43% ammonium nitrate, pH 8, and 37 °C temperature were found optimal. The enhancing effect of AgO NPs was observed on cellulase activity (57.804 U/ml/min) at 50 ppm concentration while FeO NPs exhibited an inhibitory effect on cellulase activity at all concentrations. Molecular docking analysis was also performed to understand the underlying mechanism of improved enzymatic activity by nanocatalysts.This study authenticates AgO NPs as better nanocatalysts for improved thermostable cellulase biodegradation activity with the extraordinary capability to be potentially utilized in bioethanol production.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

السليلوز هو إنزيم مهم للمعالجة الحيوية يستخدم في مختلف الصناعات. أجريت هذه الدراسة بهدف تحسين نشاط التحلل البيولوجي للسليلوز الذي تم الحصول عليه من سلالة Bacillus subtilis AG - PQ. لهذا الغرض، تم تصنيع AgO و FeO NPs باستخدام ملح AgNO3 و FeSO4·7H2O على التوالي من خلال طريقة حرارية مائية تعتمد على خمس خطوات رئيسية ؛ اختيار المواد البحثية، وتحسين درجة الحرارة، ودرجة الحموضة، وأجهزة الطرد المركزي، وغسل العينة بالماء المقطر، وتجفيفها بالكامل في الفرن عند درجة الحرارة المثلى وأخيراً طحنها للتوصيف. تم تمييز الجسيمات النانونية المركبة بواسطة المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، والأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX)، وانحراف الأشعة السينية (XRD) لتأكيد الشكل والتكوين العنصري وبنية العينة على التوالي. تم تسجيل قطر NPs من خلال SEM الذي يقع في نطاق 70-95 نانومتر. تم تحسين المعلمات الثقافية لتحقيق إنتاج أفضل للسليلوز، حيث تم العثور على وقت حضانة 56 ساعة، وحجم تلقيح 5 ٪، و 1 ٪ كعكة جوز الهند، و 0.43 ٪ نترات الأمونيوم، ودرجة الحموضة 8، ودرجة حرارة 37 درجة مئوية مثالية. لوحظ التأثير المعزز لـ AgO NPs على نشاط السليلوز (57.804 وحدة/مل/دقيقة) عند تركيز 50 جزء في المليون بينما أظهرت FeO NPs تأثيرًا مثبطًا على نشاط السليلوز عند جميع التركيزات. كما تم إجراء تحليل الالتحام الجزيئي لفهم الآلية الأساسية لتحسين النشاط الأنزيمي بواسطة المحفزات النانوية. تصادق هذه الدراسة على الجسيمات النانوية AgO كمحفزات نانوية أفضل لتحسين نشاط التحلل الحيوي للسليولاز القابل للحرارة مع القدرة الاستثنائية على استخدامها في إنتاج الإيثانول الحيوي.

Translated Description (French)

La cellulase est une enzyme de biotraitement importante utilisée dans diverses industries. Cette étude a été menée dans le but d'améliorer l'activité de biodégradation de la cellulase obtenue à partir de la souche Bacillus subtilis AG-PQ. À cette fin, les NP d'AgO et de FeO ont été fabriqués à l'aide de sel d'AgNO3 et de FeSO4·7H2O respectivement par une méthode hydrothermique basée sur cinq étapes principales : sélection de matériaux de recherche, optimisation de la température, du pH, centrifugation, lavage de l'échantillon à l'eau distillée, séchage complet à l'étuve à la température optimisée et enfin broyage pour caractérisation. Les NP synthétisées ont été caractérisées par microscope électronique à balayage (MEB), rayons X à dispersion d'énergie (EDX) et diffraction des rayons X (DRX) pour confirmer la morphologie, la composition élémentaire et la structure de l'échantillon respectivement. Le diamètre des NP a été enregistré par MEB qui se situait dans la plage de 70 à 95 nm.Les paramètres culturels ont été optimisés pour obtenir une meilleure production de cellulase, où le temps d'incubation de 56 h, la taille de l'inoculum de 5 %, le gâteau de noix de coco de 1 %, le nitrate d'ammonium de 0,43 %, le pH de 8 et la température de 37 °C ont été trouvés optimaux. L'effet stimulant des NP d'AgO a été observé sur l'activité de la cellulase (57,804 U/ml/min) à une concentration de 50 ppm tandis que les NP de FeO présentaient un effet inhibiteur sur l'activité de la cellulase à toutes les concentrations. L'analyse d'amarrage moléculaire a également été réalisée pour comprendre le mécanisme sous-jacent de l'amélioration de l'activité enzymatique par les nanocatalyseurs. Cette étude authentifie les NP d'AgO en tant que meilleurs nanocatalyseurs pour améliorer l'activité de biodégradation de la cellulase thermostable avec la capacité extraordinaire d'être potentiellement utilisés dans la production de bioéthanol.

Translated Description (Spanish)

La celulasa es una importante enzima de bioprocesamiento utilizada en diversas industrias. Este estudio se realizó con el objetivo de mejorar la actividad de biodegradación de la celulasa obtenida de la cepa AG-PQ de Bacillus subtilis. Para este propósito, las NP de AgO y FeO se fabricaron utilizando sal de AgNO3 y FeSO4·7H2O respectivamente a través de un método hidrotérmico basado en cinco pasos principales; selección de materiales de grado de investigación, optimización de la temperatura, pH, centrífuga, muestra lavada con agua destilada, secada completamente en el horno a la temperatura optimizada y finalmente molida para su caracterización. Las NP sintetizadas se caracterizaron mediante microscopio electrónico de barrido (SEM), rayos X de dispersión de energía (edX) y difracción de rayos X (XRD) para confirmar la morfología, la composición elemental y la estructura de la muestra, respectivamente. El diámetro de las NP se registró a través de SEM que se encontraba en el rango de 70-95 nm. Los parámetros de cultivo se optimizaron para lograr una mejor producción de celulasa, donde el tiempo de incubación de 56 h, el tamaño del inóculo del 5%, la torta de coco al 1%, el nitrato de amonio al 0,43%, el pH 8 y la temperatura de 37 ° C se encontraron óptimos. El efecto potenciador de las NP de AgO se observó sobre la actividad celulasa (57,804 U/ml/min) a una concentración de 50 ppm, mientras que las NP de FeO mostraron un efecto inhibidor sobre la actividad celulasa a todas las concentraciones. También se realizó un análisis de acoplamiento molecular para comprender el mecanismo subyacente de la actividad enzimática mejorada por nanocatalizadores. Este estudio autentica a las NP de AgO como mejores nanocatalizadores para mejorar la actividad de biodegradación de celulasa termoestable con la extraordinaria capacidad de ser potencialmente utilizadas en la producción de bioetanol.

Files

s43141-023-00619-1.pdf

Files (3.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:2fe3d3e2fe6fd29cd1d1e6643318bad2
3.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تأثير تعزيز جسيمات AgO النانوية على نشاط السليلوز المخمر من العصية الرقيقة المحبة للحرارة Ag - PQ
Translated title (French)
Effet d'amélioration des nanoparticules d'AgO sur l'activité de la cellulase fermentaire de Bacillus subtilis Ag-PQ thermophile
Translated title (Spanish)
Efecto de mejora de las nanopartículas de AgO sobre la actividad de celulasa fermentativa de Bacillus subtilis termófilo Ag-PQ

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4389109338
DOI
10.1186/s43141-023-00619-1

Is supplement to
https://openalex.org/W4385804430 (Other)
https://openalex.org/W3143273472 (Other)
https://openalex.org/W2980790922 (Other)
https://openalex.org/W2465236166 (Other)
https://openalex.org/W2391997600 (Other)
https://openalex.org/W2378290474 (Other)
https://openalex.org/W2377280289 (Other)
https://openalex.org/W2366374576 (Other)
https://openalex.org/W1588648049 (Other)
https://openalex.org/W1534521602 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1138236323
  • https://openalex.org/W1483247593
  • https://openalex.org/W1526743096
  • https://openalex.org/W1791491556
  • https://openalex.org/W1978330123
  • https://openalex.org/W1978586513
  • https://openalex.org/W1984761188
  • https://openalex.org/W1987693291
  • https://openalex.org/W1996581558
  • https://openalex.org/W2004462720
  • https://openalex.org/W2005520565
  • https://openalex.org/W2009674410
  • https://openalex.org/W2021860083
  • https://openalex.org/W2028472446
  • https://openalex.org/W2039631538
  • https://openalex.org/W2072377922
  • https://openalex.org/W2080116937
  • https://openalex.org/W2095252191
  • https://openalex.org/W2118212529
  • https://openalex.org/W2121710818
  • https://openalex.org/W2122511648
  • https://openalex.org/W2128635872
  • https://openalex.org/W2134967712
  • https://openalex.org/W2140945740
  • https://openalex.org/W2204634227
  • https://openalex.org/W2332885906
  • https://openalex.org/W2339363887
  • https://openalex.org/W2341633331
  • https://openalex.org/W2471924604
  • https://openalex.org/W2507964280
  • https://openalex.org/W2520079180
  • https://openalex.org/W2555683865
  • https://openalex.org/W2580173695
  • https://openalex.org/W2589653105
  • https://openalex.org/W2605879006
  • https://openalex.org/W2752274065
  • https://openalex.org/W2778014051
  • https://openalex.org/W2781599067
  • https://openalex.org/W2783529593
  • https://openalex.org/W2788328190
  • https://openalex.org/W2808604518
  • https://openalex.org/W2898761507
  • https://openalex.org/W2902238332
  • https://openalex.org/W2908144037
  • https://openalex.org/W2936909668
  • https://openalex.org/W2944124652
  • https://openalex.org/W2950870167
  • https://openalex.org/W2952571820
  • https://openalex.org/W2971662273
  • https://openalex.org/W2985774866
  • https://openalex.org/W3001844028
  • https://openalex.org/W3010009142
  • https://openalex.org/W3112258713
  • https://openalex.org/W3113205345
  • https://openalex.org/W3167499894
  • https://openalex.org/W4242773463
  • https://openalex.org/W4243810799
  • https://openalex.org/W4293247451
  • https://openalex.org/W4295197952