Bionanotechnology of Selenite Ions Recovery into Nanoselenium by Probiotic Strains of Lactobacteria and Tolerance of Lactobacteria to Sodium Selenite
Green synthesis of nanoparticles (NPs) using living cells is a promising and new tool in bionanotechnology. Chemical and physical methods are used to synthesize NPs, but biological methods are preferred because of their environmentally friendly, clean, safe, cost-effective, simple, and efficient sou...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/39 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Microbiological Journal |
Репозитарії
Microbiological Journal| id |
oai:ojs2.ojs.microbiolj.org.ua:article-39 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Microbiological Journal |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
green synthesis sodium selenite selenium nanoparticles probiotic strains L. plantarum IMV B-7679 L. casei IMV B-7280 TEM зелений синтез селеніт натрію наночастинки селену пробіотичні штами L. plantarum IMВ В-7679 L. casei ІМВ В-7280 ТЕМ |
| spellingShingle |
green synthesis sodium selenite selenium nanoparticles probiotic strains L. plantarum IMV B-7679 L. casei IMV B-7280 TEM зелений синтез селеніт натрію наночастинки селену пробіотичні штами L. plantarum IMВ В-7679 L. casei ІМВ В-7280 ТЕМ Tymoshok, N.O. Demchenko, О.А. Bityutskyy, V.S. Tsekhmistrenko, S.I. Kharchuk, M.S. Tsekhmistrenko, О.S. Тимошок, Н.А. Демченко, О.А. Бітюцький, В.С. Цехмістренко, C.І. Харчук, М.С. Цехмістренко, О.С. Bionanotechnology of Selenite Ions Recovery into Nanoselenium by Probiotic Strains of Lactobacteria and Tolerance of Lactobacteria to Sodium Selenite |
| topic_facet |
green synthesis sodium selenite selenium nanoparticles probiotic strains L. plantarum IMV B-7679 L. casei IMV B-7280 TEM зелений синтез селеніт натрію наночастинки селену пробіотичні штами L. plantarum IMВ В-7679 L. casei ІМВ В-7280 ТЕМ |
| format |
Article |
| author |
Tymoshok, N.O. Demchenko, О.А. Bityutskyy, V.S. Tsekhmistrenko, S.I. Kharchuk, M.S. Tsekhmistrenko, О.S. Тимошок, Н.А. Демченко, О.А. Бітюцький, В.С. Цехмістренко, C.І. Харчук, М.С. Цехмістренко, О.С. |
| author_facet |
Tymoshok, N.O. Demchenko, О.А. Bityutskyy, V.S. Tsekhmistrenko, S.I. Kharchuk, M.S. Tsekhmistrenko, О.S. Тимошок, Н.А. Демченко, О.А. Бітюцький, В.С. Цехмістренко, C.І. Харчук, М.С. Цехмістренко, О.С. |
| author_sort |
Tymoshok, N.O. |
| title |
Bionanotechnology of Selenite Ions Recovery into Nanoselenium by Probiotic Strains of Lactobacteria and Tolerance of Lactobacteria to Sodium Selenite |
| title_short |
Bionanotechnology of Selenite Ions Recovery into Nanoselenium by Probiotic Strains of Lactobacteria and Tolerance of Lactobacteria to Sodium Selenite |
| title_full |
Bionanotechnology of Selenite Ions Recovery into Nanoselenium by Probiotic Strains of Lactobacteria and Tolerance of Lactobacteria to Sodium Selenite |
| title_fullStr |
Bionanotechnology of Selenite Ions Recovery into Nanoselenium by Probiotic Strains of Lactobacteria and Tolerance of Lactobacteria to Sodium Selenite |
| title_full_unstemmed |
Bionanotechnology of Selenite Ions Recovery into Nanoselenium by Probiotic Strains of Lactobacteria and Tolerance of Lactobacteria to Sodium Selenite |
| title_sort |
bionanotechnology of selenite ions recovery into nanoselenium by probiotic strains of lactobacteria and tolerance of lactobacteria to sodium selenite |
| title_alt |
Біонанотехнологія відновлення селеніт-іонів у наноселен пробіотичними штамами лактобактерій та толерантність лактобактерій до селеніту натрію |
| description |
Green synthesis of nanoparticles (NPs) using living cells is a promising and new tool in bionanotechnology. Chemical and physical methods are used to synthesize NPs, but biological methods are preferred because of their environmentally friendly, clean, safe, cost-effective, simple, and efficient sources for high productivity and purity. Aim. To investigate the processes of bioreduction of selenite ions into nanoselenium by probiotic strains of lactobacilli Lactobacillus plantarum IMV B-7679 and L. casei IMV B-7280. Methods. Cultivation of lactobacilli L. plantarum IMV B-7679 and L. casei IMV B-7280 was carried out in vials (500 cm3) on a rotary shaker (220 rpm) at 30 °C for 2 days on the Man, Rogosa, and Sharpe (MRS) broth nutrient medium. Sodium selenite was additionally added to the environment in different concentrations from 1 to 30 ppm by Se. The number of viable bacterial cells in 1 mL of suspension was determined by the method of limiting dilutions in the case of sowing aliquots on a nutrient medium containing 0.2% agar-agar. Cultures of L. plantarum IMV B-7679 or L. casei IMV B-7280 were grown in the liquid MRS broth medium with low pH in the presence or absence of Na2SeO3. The concentration of sodium selenite ranged from 1 to 30 ppm by Se level. The number of microorganisms was determined by inoculation (0.1 mL of suspension) in dense media on cups with MRS agar medium, and the seeding dose was 107 cells/Petri dish. The tolerance of lactobacilli to the selenite ions was evaluated by the decrease in the number of CFU when sowing aliquots taken from culture samples grown in the presence or absence of selenite. The results of the experiments were presented in CFU and transferred to Log CFU/cm3. The characteristics of Nano-Se were studied using transmission electron microscopy (TEM). Results. It was found that after 48 h incubation in an MRS medium with the addition of sodium selenite from 1 to 30 ppm, the culture of L. plantarum IMV В-7679 was the most resistant. Thus, enrichment of the culture medium with 30 ppm of Se in the Na2SeO3 composition led to a decrease in the number of L. plantarum IMV B-7679 to 5.17 ± 0.09 Log CFU/cm3 against 4.41 ± 0.11 Log CFU/cm3 for L. casei IMV B-7280 in the control. The use of lower concentrations (1—3 ppm of Se in Na2SeO3) did not affect the change in morphology and cultural properties of L. plantarum IMV B-7679. The ability of L. casei IMV B-7280 and L. plantarum IMV B-7679 cultures to grow on MRSA nutrient medium in the presence of 3 ppm Se was shown. Higher tolerance to sodium selenite was found for L. plantarum IMV B-7679. Thus, increasing the concentration to 30 ppm of Se in the form of Na2SeO3 led to a decrease in the viability of only the culture of L. casei IMV B-7280. That is, the studied lactobacilli showed different ability to grow in the presence of selenite ions. The formation of round electron-dense granules sizing from 30 nm to 250 nm was observed using TEM. Both probiotic strains showed the ability to restore selenite ions with the accumulation of intracellular Nano-Se and the release of Nano-Se into the culture medium, which was accompanied by color shifts from yellowish to red-brown. The partial destruction of L. casei IMV B-7280 cells under the influence of oxyanions was revealed, which was accompanied by the release of culture-synthesized electron-dense Nano-Se particles. Conclusions. The optimal conditions for the growth of L. plantarum IMV B-7679 and L. casei IMV B-7280 in the presence of Na2SeO3 were established, and it was proved that lactobacilli have different abilities to grow in the presence of selenite ions. The obtained data indicate that the investigated probiotic strains showed the ability to restore selenite ions along with the accumulation of intracellular Nano-Se and the release of Nano-Se into the culture medium. |
| publisher |
PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/39 |
| work_keys_str_mv |
AT tymoshokno bionanotechnologyofseleniteionsrecoveryintonanoseleniumbyprobioticstrainsoflactobacteriaandtoleranceoflactobacteriatosodiumselenite AT demchenkooa bionanotechnologyofseleniteionsrecoveryintonanoseleniumbyprobioticstrainsoflactobacteriaandtoleranceoflactobacteriatosodiumselenite AT bityutskyyvs bionanotechnologyofseleniteionsrecoveryintonanoseleniumbyprobioticstrainsoflactobacteriaandtoleranceoflactobacteriatosodiumselenite AT tsekhmistrenkosi bionanotechnologyofseleniteionsrecoveryintonanoseleniumbyprobioticstrainsoflactobacteriaandtoleranceoflactobacteriatosodiumselenite AT kharchukms bionanotechnologyofseleniteionsrecoveryintonanoseleniumbyprobioticstrainsoflactobacteriaandtoleranceoflactobacteriatosodiumselenite AT tsekhmistrenkoos bionanotechnologyofseleniteionsrecoveryintonanoseleniumbyprobioticstrainsoflactobacteriaandtoleranceoflactobacteriatosodiumselenite AT timošokna bionanotechnologyofseleniteionsrecoveryintonanoseleniumbyprobioticstrainsoflactobacteriaandtoleranceoflactobacteriatosodiumselenite AT demčenkooa bionanotechnologyofseleniteionsrecoveryintonanoseleniumbyprobioticstrainsoflactobacteriaandtoleranceoflactobacteriatosodiumselenite AT bítûcʹkijvs bionanotechnologyofseleniteionsrecoveryintonanoseleniumbyprobioticstrainsoflactobacteriaandtoleranceoflactobacteriatosodiumselenite AT cehmístrenkocí bionanotechnologyofseleniteionsrecoveryintonanoseleniumbyprobioticstrainsoflactobacteriaandtoleranceoflactobacteriatosodiumselenite AT harčukms bionanotechnologyofseleniteionsrecoveryintonanoseleniumbyprobioticstrainsoflactobacteriaandtoleranceoflactobacteriatosodiumselenite AT cehmístrenkoos bionanotechnologyofseleniteionsrecoveryintonanoseleniumbyprobioticstrainsoflactobacteriaandtoleranceoflactobacteriatosodiumselenite AT tymoshokno bíonanotehnologíâvídnovlennâselenítíonívunanoselenprobíotičnimištamamilaktobakteríjtatolerantnístʹlaktobakteríjdoselenítunatríû AT demchenkooa bíonanotehnologíâvídnovlennâselenítíonívunanoselenprobíotičnimištamamilaktobakteríjtatolerantnístʹlaktobakteríjdoselenítunatríû AT bityutskyyvs bíonanotehnologíâvídnovlennâselenítíonívunanoselenprobíotičnimištamamilaktobakteríjtatolerantnístʹlaktobakteríjdoselenítunatríû AT tsekhmistrenkosi bíonanotehnologíâvídnovlennâselenítíonívunanoselenprobíotičnimištamamilaktobakteríjtatolerantnístʹlaktobakteríjdoselenítunatríû AT kharchukms bíonanotehnologíâvídnovlennâselenítíonívunanoselenprobíotičnimištamamilaktobakteríjtatolerantnístʹlaktobakteríjdoselenítunatríû AT tsekhmistrenkoos bíonanotehnologíâvídnovlennâselenítíonívunanoselenprobíotičnimištamamilaktobakteríjtatolerantnístʹlaktobakteríjdoselenítunatríû AT timošokna bíonanotehnologíâvídnovlennâselenítíonívunanoselenprobíotičnimištamamilaktobakteríjtatolerantnístʹlaktobakteríjdoselenítunatríû AT demčenkooa bíonanotehnologíâvídnovlennâselenítíonívunanoselenprobíotičnimištamamilaktobakteríjtatolerantnístʹlaktobakteríjdoselenítunatríû AT bítûcʹkijvs bíonanotehnologíâvídnovlennâselenítíonívunanoselenprobíotičnimištamamilaktobakteríjtatolerantnístʹlaktobakteríjdoselenítunatríû AT cehmístrenkocí bíonanotehnologíâvídnovlennâselenítíonívunanoselenprobíotičnimištamamilaktobakteríjtatolerantnístʹlaktobakteríjdoselenítunatríû AT harčukms bíonanotehnologíâvídnovlennâselenítíonívunanoselenprobíotičnimištamamilaktobakteríjtatolerantnístʹlaktobakteríjdoselenítunatríû AT cehmístrenkoos bíonanotehnologíâvídnovlennâselenítíonívunanoselenprobíotičnimištamamilaktobakteríjtatolerantnístʹlaktobakteríjdoselenítunatríû |
| first_indexed |
2024-09-01T17:43:39Z |
| last_indexed |
2024-09-01T17:43:39Z |
| _version_ |
1809016548210245632 |
| spelling |
oai:ojs2.ojs.microbiolj.org.ua:article-392023-08-22T16:26:53Z Bionanotechnology of Selenite Ions Recovery into Nanoselenium by Probiotic Strains of Lactobacteria and Tolerance of Lactobacteria to Sodium Selenite Біонанотехнологія відновлення селеніт-іонів у наноселен пробіотичними штамами лактобактерій та толерантність лактобактерій до селеніту натрію Tymoshok, N.O. Demchenko, О.А. Bityutskyy, V.S. Tsekhmistrenko, S.I. Kharchuk, M.S. Tsekhmistrenko, О.S. Тимошок, Н.А. Демченко, О.А. Бітюцький, В.С. Цехмістренко, C.І. Харчук, М.С. Цехмістренко, О.С. green synthesis sodium selenite selenium nanoparticles probiotic strains L. plantarum IMV B-7679 L. casei IMV B-7280 TEM зелений синтез селеніт натрію наночастинки селену пробіотичні штами L. plantarum IMВ В-7679 L. casei ІМВ В-7280 ТЕМ Green synthesis of nanoparticles (NPs) using living cells is a promising and new tool in bionanotechnology. Chemical and physical methods are used to synthesize NPs, but biological methods are preferred because of their environmentally friendly, clean, safe, cost-effective, simple, and efficient sources for high productivity and purity. Aim. To investigate the processes of bioreduction of selenite ions into nanoselenium by probiotic strains of lactobacilli Lactobacillus plantarum IMV B-7679 and L. casei IMV B-7280. Methods. Cultivation of lactobacilli L. plantarum IMV B-7679 and L. casei IMV B-7280 was carried out in vials (500 cm3) on a rotary shaker (220 rpm) at 30 °C for 2 days on the Man, Rogosa, and Sharpe (MRS) broth nutrient medium. Sodium selenite was additionally added to the environment in different concentrations from 1 to 30 ppm by Se. The number of viable bacterial cells in 1 mL of suspension was determined by the method of limiting dilutions in the case of sowing aliquots on a nutrient medium containing 0.2% agar-agar. Cultures of L. plantarum IMV B-7679 or L. casei IMV B-7280 were grown in the liquid MRS broth medium with low pH in the presence or absence of Na2SeO3. The concentration of sodium selenite ranged from 1 to 30 ppm by Se level. The number of microorganisms was determined by inoculation (0.1 mL of suspension) in dense media on cups with MRS agar medium, and the seeding dose was 107 cells/Petri dish. The tolerance of lactobacilli to the selenite ions was evaluated by the decrease in the number of CFU when sowing aliquots taken from culture samples grown in the presence or absence of selenite. The results of the experiments were presented in CFU and transferred to Log CFU/cm3. The characteristics of Nano-Se were studied using transmission electron microscopy (TEM). Results. It was found that after 48 h incubation in an MRS medium with the addition of sodium selenite from 1 to 30 ppm, the culture of L. plantarum IMV В-7679 was the most resistant. Thus, enrichment of the culture medium with 30 ppm of Se in the Na2SeO3 composition led to a decrease in the number of L. plantarum IMV B-7679 to 5.17 ± 0.09 Log CFU/cm3 against 4.41 ± 0.11 Log CFU/cm3 for L. casei IMV B-7280 in the control. The use of lower concentrations (1—3 ppm of Se in Na2SeO3) did not affect the change in morphology and cultural properties of L. plantarum IMV B-7679. The ability of L. casei IMV B-7280 and L. plantarum IMV B-7679 cultures to grow on MRSA nutrient medium in the presence of 3 ppm Se was shown. Higher tolerance to sodium selenite was found for L. plantarum IMV B-7679. Thus, increasing the concentration to 30 ppm of Se in the form of Na2SeO3 led to a decrease in the viability of only the culture of L. casei IMV B-7280. That is, the studied lactobacilli showed different ability to grow in the presence of selenite ions. The formation of round electron-dense granules sizing from 30 nm to 250 nm was observed using TEM. Both probiotic strains showed the ability to restore selenite ions with the accumulation of intracellular Nano-Se and the release of Nano-Se into the culture medium, which was accompanied by color shifts from yellowish to red-brown. The partial destruction of L. casei IMV B-7280 cells under the influence of oxyanions was revealed, which was accompanied by the release of culture-synthesized electron-dense Nano-Se particles. Conclusions. The optimal conditions for the growth of L. plantarum IMV B-7679 and L. casei IMV B-7280 in the presence of Na2SeO3 were established, and it was proved that lactobacilli have different abilities to grow in the presence of selenite ions. The obtained data indicate that the investigated probiotic strains showed the ability to restore selenite ions along with the accumulation of intracellular Nano-Se and the release of Nano-Se into the culture medium. Зелений синтез наночастинок (НЧ) з використанням живих клітин є перспективним і новим інструментом у біонанотехнологіях. Для синтезу НЧ використовують хімічні та фізичні методи, однак перевага віддається біологічним методам з огляду на їхні екологічні, чисті, безпечні, рентабельні, прості та ефективні джерела для високої продуктивності та чистоти. Мета. Дослідити процеси біовідновлення селеніт-іонів у наноселен пробіотичними штамами лактобактерій Lactobacillus plantarum IMВ В-7679 і L. casei ІМВ В-7280. Методи. Культивування лактобактерій L. plantarum IMВ В-7679 і L. casei ІМВ В-7280 проводили у флаконах (500 cм3) на ротаційному шейкері (220 об/хв) за температури 30 °С впродовж двох діб культивування в поживному середовищі МRS Broth. В середовище додатково вносили селеніт натрію в різних концентраціях від 1 до 30 ppm за Se. Кількість життєздатних клітин бактерій в 1 см3 суспензії визначали методом граничних розведень у разі висіву аліквот на поживне середовище, яке містило 0,2 % агар-агару. Культури L. plantarum IMВ В-7679 або L. casei ІМВ В-7280 вирощували в рідкому середовищі МRS Broth в присутності або відсутності Na2SeO3. Концентрація селеніту натрію складала від 1 до 30 ppm за Se. Визначення кількості мікроорганізмів проводили шляхом посіву (0,1 см3 суспензії) на щільні середовища на чашки з MRS агаром, посівна доза складала 107 кл/чашку Петрі. Толерантність лактобактерій до впливу селеніт-іонів визначали за зниженням кількості КУО при висіві аліквот, відібраних від зразків культури, що росла у присутності селеніту або за його відсутності. Результати дослідів представляли у КУО та переводили у Log КУО/см3. Характеристики Nano-Se вивчали за допомогою трансмісійної електронної мікроскопії (ТЕМ). Результати. З’ясовано, що після 48 год інкубації на середовищі MRS з додаванням селеніту натрію від 1 до 30 ppm найбільш стійкою виявилась культура L. plantarum IMВ В-7679. Так, збагачення культурального середовища селеном 30 ppm у складі Na2SeO3 приводило до зниження кількості L. plantarum IMВ В-7679 — до 5.17 ± 0.09 Log КУО/см3 проти 4.41 ± 0.11 Log КУО/см3 для L. casei ІМВ В-7280. Використання нижчих концентрацій (1—3 ppm Se у складі Na2SeO3) не вливало на зміну морфології та культуральні властивості L. plantarum IMВ В-7679. Показано здатність культур L. casei ІМВ В-7280 та L. plantarum IMВ В-7679 до росту на поживному середовищі MRSА в присутності 3 ppm Se у вигляді Na2SeO3. Вищу толерантність до селеніту натрію виявила культура L. plantarum IMВ В-7679. Так, підвищення концентрації до 30 ppm Se у складі Na2SeO3 призводило до зниження життєздатності лише культури L. casei ІМВ В-7280. Тобто, досліджувані лактобактерії виявили різну здатність до росту в присутності селеніт-іонів. За допомогою ТЕМ спостерігали утворення круглих електронно-щільних гранул розміром від 30 нм до 250 нм. Обидва пробіотичні штами виявили властивість до відновлення селеніт-іонів з накопиченням внутрішньоклітинно Nano-Se та вивільненням його в культуральне середовище, що супроводжувалось забарвленням бактеріальних культур у відтінки червоно-коричневого кольору. Виявлено часткову деструкцію клітин L. casei ІМВ В-7280 за впливу оксоаніонів селену, що супроводжувалось вивільненням синтезованих культурою електронно-щільних частинок Nano-Se. Висновки. В результаті проведеної роботи встановлено оптимальні умови для збільшення біомаси L. plantarum IMВ В-7679 та L. casei ІМВ В-7280 в присутності Na2SeO3 та доведено, що лактобактерії мають різну здатність до росту в присутності селеніт-іонів. Отримані дані свідчать, що досліджувані пробіотичні штами мають здатність до відновлення селеніт-іонів з накопиченням внутрішньоклітинно Nano-Se та вивільненням його в культуральне середовище. PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine 2023-08-16 Article Article application/pdf https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/39 10.15407/microbiolj85.04.009 Mikrobiolohichnyi Zhurnal; Vol. 85 No. 4 (2023): Mikrobiolohichnyi Zhurnal; 9-20 Мікробіологічний журнал; Том 85 № 4 (2023): Мікробіологічний журнал; 9-20 2616-9258 1028-0987 10.15407/microbiolj85.04 en https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/39/23 Copyright (c) 2023 Mikrobiolohichnyi Zhurnal https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |