Published January 10, 2024
| Version v1
Publication
Open
Large-scale production of myco-fabricated ZnO/MnO nanocomposite using endophytic Colonstachys rosea with its antimicrobial efficacy against human pathogens
- 1. City of Scientific Research and Technological Applications
Description
Abstract In this study, a ZnO/MnO nanocomposite was myco-fabricated using the isolated endophytic Clonostachys rosea strain EG99 as the nano-factory. The extract of strain EG99, a reducing/capping agent, was successfully titrated with equal quantities of Zn(NO 3 ) 2 ·6H 2 O and Mn(NO 3 ) 2 ·6H 2 O (precursors) in a single step to fabricate the rod-shaped ZnO/MnO nanocomposite of size 6.22 nm. The ZnO/MnO nanocomposite was myco-fabricated in 20 min, and the results were validated at 350 and 400 nm using UV–Vis spectroscopy. In a 7-L bioreactor, an industrial biotechnological approach was used to scale up the biomass of this strain, EG99, and the yield of the myco-fabricated ZnO/MnO nanocomposite. A controlled fed-batch fermentation system with a specific nitrogen/carbon ratio and an identical feeding schedule was used in this production process. Higher yields were obtained by adopting a controlled fed-batch fermentation approach in a 7-L bioreactor with a regular feeding schedule using a nitrogen/carbon ratio of 1:200. Overall, the fed-batch produced 89.2 g/l of biomass at its maximum, 2.44 times more than the batch's 36.51 g/l output. Furthermore, the fed-batch's maximum ZnO/MnO nanocomposite yield was 79.81 g/l, a noteworthy 14.5-fold increase over the batch's yield of 5.52 g/l. Finally, we designed an innovative approach to manage the growth of the endophytic strain EG99 using a controlled fed-batch fermentation mode, supporting the rapid, cheap and eco-friendly myco-fabrication of ZnO/MnO nanocomposite. At a dose of 210 µg/ml, the tested myco-fabricated ZnO/MnO nanocomposite exhibited the maximum antibacterial activity against Staphylococcus aureus (98.31 ± 0.8%), Escherichia coli (96.70 ± 3.29%), and Candida albicans (95.72 ± 0.95%). At the same dose, Staphylococcus aureus biofilm was eradicated in 48 h; however, Escherichia coli and Candida albicans biofilms needed 72 and 96 h, respectively. Our myco-fabricated ZnO/MnO nanocomposite showed strong and highly selective antagonistic effects against a variety of multidrug-resistant human pathogens. Therefore, in upcoming generations of antibiotics, it might be employed as a nano-antibiotic.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الخلاصة في هذه الدراسة، تم تصنيع مركب نانوي ZnO/MnO باستخدام سلالة Clonostachys rosea المعزولة EG99 كمصنع نانوي. تمت معايرة مستخلص السلالة EG99، وهو عامل اختزال/تغطية، بنجاح بكميات متساوية من Zn(NO 3 ) 2 · 6H 2 O و Mn(NO 3 ) 2 · 6H 2 O (السلائف) في خطوة واحدة لتصنيع المركب النانوي ZnO/MnO على شكل قضيب بحجم 6.22 نانومتر. تم تصنيع المركب النانوي ZnO/MnO في غضون 20 دقيقة، وتم التحقق من صحة النتائج عند 350 و 400 نانومتر باستخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية. في مفاعل حيوي سعة 7 لتر، تم استخدام نهج التكنولوجيا الحيوية الصناعية لتوسيع نطاق الكتلة الحيوية لهذه السلالة، EG99، ومحصول مركب ZnO/MnO النانوي المصنع بالفطريات. تم استخدام نظام تخمير دفعة التغذية المتحكم فيه بنسبة محددة من النيتروجين/الكربون وجدول تغذية متطابق في عملية الإنتاج هذه. تم الحصول على غلة أعلى من خلال اعتماد نهج تخمير دفعات التغذية المتحكم فيه في مفاعل حيوي سعة 7 لتر مع جدول تغذية منتظم باستخدام نسبة نيتروجين/كربون تبلغ 1:200. بشكل عام، أنتجت الدفعة المغذية 89.2 جم/لتر من الكتلة الحيوية بحدها الأقصى، أي 2.44 مرة أكثر من خرج الدفعة البالغ 36.51 جم/لتر. علاوة على ذلك، كان أقصى ناتج مركب نانوي ZnO/MnO للدفعة المغذية 79.81 جم/لتر، بزيادة ملحوظة قدرها 14.5 ضعف عن ناتج الدفعة البالغ 5.52 جم/لتر. أخيرًا، صممنا نهجًا مبتكرًا لإدارة نمو سلالة EG99 الداخلية باستخدام وضع التخمير المغذي المتحكم فيه، مما يدعم التصنيع الفطري السريع والرخيص والصديق للبيئة لمركب ZnO/MnO النانوي. بجرعة 210 ميكروغرام/مل، أظهر مركب ZnO/MnO النانوي الذي تم اختباره أقصى نشاط مضاد للبكتيريا ضد المكورات العنقودية الذهبية (98.31 ± 0.8 ٪)، والإشريكية القولونية (96.70 ± 3.29 ٪)، والمبيضات البيضاء (95.72 ± 0.95 ٪). بنفس الجرعة، تم القضاء على الغشاء الحيوي للمكورات العنقودية الذهبية في 48 ساعة ؛ ومع ذلك، احتاجت الإشريكية القولونية والمبيضات البيضاء إلى 72 و 96 ساعة على التوالي. أظهر مركبنا النانوي ZnO/MnO المصنوع من الفطريات تأثيرات مضادة قوية وانتقائية للغاية ضد مجموعة متنوعة من مسببات الأمراض البشرية المقاومة للأدوية المتعددة. لذلك، في الأجيال القادمة من المضادات الحيوية، يمكن استخدامه كمضاد حيوي نانو.Translated Description (French)
Résumé Dans cette étude, un nanocomposite ZnO/MnO a été myco-fabriqué en utilisant la souche endophytique isolée Clonostachys rosea EG99 comme nano-usine. L'extrait de la souche EG99, un agent réducteur/coiffant, a été titré avec succès avec des quantités égales de Zn(NO 3 ) 2 ·6H 2 O et de Mn(NO 3 ) 2 ·6H 2 O (précurseurs) en une seule étape pour fabriquer le nanocomposite ZnO/MnO en forme de tige de taille 6,22 nm. Le nanocomposite ZnO/MnO a été myco-fabriqué en 20 min, et les résultats ont été validés à 350 et 400 nm par spectroscopie UV–Vis. Dans un bioréacteur de 7 L, une approche biotechnologique industrielle a été utilisée pour augmenter la biomasse de cette souche, EG99, et le rendement du nanocomposite ZnO/MnO myco-fabriqué. Un système de fermentation contrôlée par lots alimentés avec un rapport azote/carbone spécifique et un calendrier d'alimentation identique a été utilisé dans ce processus de production. Des rendements plus élevés ont été obtenus en adoptant une approche de fermentation contrôlée par lots nourris dans un bioréacteur de 7 L avec un horaire d'alimentation régulier utilisant un rapport azote/carbone de 1:200. Dans l'ensemble, le lot alimenté a produit 89,2 g/l de biomasse à son maximum, soit 2,44 fois plus que le débit de 36,51 g/l du lot. En outre, le rendement maximal du nanocomposite ZnO/MnO du lot alimenté était de 79,81 g/l, soit une augmentation notable de 14,5 fois par rapport au rendement du lot de 5,52 g/l. Enfin, nous avons conçu une approche innovante pour gérer la croissance de la souche endophyte EG99 en utilisant un mode de fermentation contrôlée par lots nourris, en soutenant la myco-fabrication rapide, économique et écologique du nanocomposite ZnO/MnO. À une dose de 210 µg/ml, le nanocomposite de ZnO/MnO myco-fabriqué testé présentait l'activité antibactérienne maximale contre Staphylococcus aureus (98,31 ± 0,8 %), Escherichia coli (96,70 ± 3,29 %) et Candida albicans (95,72 ± 0,95 %). À la même dose, le biofilm de Staphylococcus aureus a été éradiqué en 48 h ; cependant, les biofilms d'Escherichia coli et de Candida albicans nécessitaient 72 et 96 h, respectivement. Notre nanocomposite ZnO/MnO myco-fabriqué a montré des effets antagonistes forts et hautement sélectifs contre une variété d'agents pathogènes humains multirésistants. Par conséquent, dans les prochaines générations d'antibiotiques, il pourrait être utilisé comme nano-antibiotique.Translated Description (Spanish)
Resumen En este estudio, se micofabricó un nanocompuesto de ZnO/MnO utilizando la cepa EG99 endofítica aislada de Clonostachys rosea como nanofábrica. El extracto de la cepa EG99, un agente reductor/protector, se tituló con éxito con cantidades iguales de Zn(NO 3 ) 2 ·6H 2 O y Mn(NO 3 ) 2 ·6H 2 O (precursores) en un solo paso para fabricar el nanocompuesto de ZnO/MnO en forma de varilla de tamaño 6.22 nm. El nanocompuesto ZnO/MnO se mico-fabricó en 20 min, y los resultados se validaron a 350 y 400 nm utilizando espectroscopía UV–Vis. En un biorreactor de 7 L, se utilizó un enfoque biotecnológico industrial para ampliar la biomasa de esta cepa, EG99, y el rendimiento del nanocompuesto ZnO/MNO mico-fabricado. En este proceso de producción se utilizó un sistema de fermentación por lotes alimentados controlado con una relación específica de nitrógeno/carbono y un programa de alimentación idéntico. Se obtuvieron mayores rendimientos adoptando un enfoque de fermentación alimentada por lotes controlada en un biorreactor de 7 L con un programa de alimentación regular utilizando una relación nitrógeno/carbono de 1:200. En general, el lote alimentado produjo 89,2 g/l de biomasa en su máximo, 2,44 veces más que la producción del lote de 36,51 g/l. Además, el rendimiento máximo del nanocompuesto ZnO/MnO del lote alimentado fue de 79.81 g/l, un aumento notable de 14.5 veces sobre el rendimiento del lote de 5.52 g/l. Finalmente, diseñamos un enfoque innovador para gestionar el crecimiento de la cepa endofítica EG99 utilizando un modo de fermentación alimentada por lotes controlada, apoyando la micofabricación rápida, barata y ecológica de nanocompuesto de ZnO/MNO. A una dosis de 210 µg/ml, el nanocompuesto de ZnO/MnO mico-fabricado probado exhibió la máxima actividad antibacteriana contra Staphylococcus aureus (98.31 ± 0.8%), Escherichia coli (96.70 ± 3.29%) y Candida albicans (95.72 ± 0.95%). A la misma dosis, el biofilm de Staphylococcus aureus se erradicó en 48 h; sin embargo, los biofilms de Escherichia coli y Candida albicans necesitaron 72 y 96 h, respectivamente. Nuestro nanocompuesto de ZnO/MnO micofabricado mostró efectos antagonistas fuertes y altamente selectivos contra una variedad de patógenos humanos resistentes a múltiples fármacos. Por lo tanto, en las próximas generaciones de antibióticos, podría emplearse como un nanoantibiótico.Files
s41598-024-51398-9.pdf.pdf
Files
(4.3 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:dfff6c37a753fe2d9cf327200865a6a9
|
4.3 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- إنتاج على نطاق واسع من المركب النانوي ZnO/MnO المصنوع بالفطريات باستخدام وردة كولونستاشيس الداخلية مع فعاليتها المضادة للميكروبات ضد مسببات الأمراض البشرية
- Translated title (French)
- Production à grande échelle de nanocomposite ZnO/MnO myco-fabriqué à l'aide de Colonstachys rosea endophyte avec son efficacité antimicrobienne contre les agents pathogènes humains
- Translated title (Spanish)
- Producción a gran escala de nanocompuesto de ZnO/MNO micofabricado utilizando Colonstachys rosea endofítico con su eficacia antimicrobiana contra patógenos humanos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4390726341
- DOI
- 10.1038/s41598-024-51398-9
References
- https://openalex.org/W2006095120
- https://openalex.org/W2045216709
- https://openalex.org/W2098561346
- https://openalex.org/W2127176722
- https://openalex.org/W2263486992
- https://openalex.org/W2275376154
- https://openalex.org/W2327954018
- https://openalex.org/W2476227887
- https://openalex.org/W2523201343
- https://openalex.org/W2747370957
- https://openalex.org/W2758565966
- https://openalex.org/W2774866186
- https://openalex.org/W2805626554
- https://openalex.org/W2810784676
- https://openalex.org/W2842491885
- https://openalex.org/W2868126592
- https://openalex.org/W2894978651
- https://openalex.org/W2910951312
- https://openalex.org/W2930810955
- https://openalex.org/W2939817404
- https://openalex.org/W2944909215
- https://openalex.org/W2948509049
- https://openalex.org/W2965604730
- https://openalex.org/W2982652350
- https://openalex.org/W2992337493
- https://openalex.org/W2996658160
- https://openalex.org/W2997802290
- https://openalex.org/W2998812104
- https://openalex.org/W3000851468
- https://openalex.org/W3008917878
- https://openalex.org/W3010235599
- https://openalex.org/W3011076157
- https://openalex.org/W3022651367
- https://openalex.org/W3034537749
- https://openalex.org/W3035869846
- https://openalex.org/W3040709530
- https://openalex.org/W3088361931
- https://openalex.org/W3094084943
- https://openalex.org/W3094210257
- https://openalex.org/W3094529046
- https://openalex.org/W3109534779
- https://openalex.org/W3119472115
- https://openalex.org/W3119830550
- https://openalex.org/W3123918712
- https://openalex.org/W3126473422
- https://openalex.org/W3135490794
- https://openalex.org/W3165259805
- https://openalex.org/W3171190693
- https://openalex.org/W3212289822
- https://openalex.org/W4205287937
- https://openalex.org/W4210278593
- https://openalex.org/W4213456120
- https://openalex.org/W4214735702
- https://openalex.org/W4220826685
- https://openalex.org/W4220841723
- https://openalex.org/W4226366054
- https://openalex.org/W4249486821
- https://openalex.org/W4281390074
- https://openalex.org/W4281550784
- https://openalex.org/W4285743791
- https://openalex.org/W4292479358
- https://openalex.org/W4293374767
- https://openalex.org/W4293769846
- https://openalex.org/W4295419481
- https://openalex.org/W4296112679
- https://openalex.org/W4296295575
- https://openalex.org/W4306661520
- https://openalex.org/W4306938144
- https://openalex.org/W4307210269
- https://openalex.org/W4307927201
- https://openalex.org/W4308204745
- https://openalex.org/W4308365860
- https://openalex.org/W4309663248
- https://openalex.org/W4319164466
- https://openalex.org/W4321607277
- https://openalex.org/W4323047612
- https://openalex.org/W4353016847
- https://openalex.org/W4365444137
- https://openalex.org/W4367048160
- https://openalex.org/W4376136652
- https://openalex.org/W4383872703
- https://openalex.org/W4385481194
- https://openalex.org/W4386727966
- https://openalex.org/W4387034068