جداسازي و شناسايي سويه بومي قارچي Aspergillus niger ZRS14 با قابليت تحمل پذيري بالا به يون روي و كاربرد سوپرناتانت آن در سنتز خارج سلولي نانو ذره اكسيد روي

Isolation and characterization of a native strain of Aspergillus niger ZRS14 with capability of high resistance to zinc and its supernatant application towards extracellular synthesis of zinc oxide na

مقدمه: نانوذره اكسيد روي كاربرد وسيعي در زيست واكنشگرها، اپتيك، مكانيك، مغناطيس و انرژي، پزشكي و بهداشتي دارد. در ساخت نانوذرات روي به روش‏ها‏ي فيزيكي- شيميايي، مشكلاتي از قبيل آلودگي محيط زيست، هزينه بر و پيچيده بودن فرآيند سنتز وجود دارد. بنابراين، نياز به توسعه روش‏ها‏ي زيستي توليد نانوذرات از نظر دستيابي به ذراتي متحد الشكل، مصرف انرژي پايين، خلوص بالا، آلودگي زيست محيطي كمتر و سهولت كار وجود دارد. اين تحقيق بر غربال‏گري و جداسازي سويه‏ها‏ي بومي قارچي با قابليت تحمل پذيري بالا به يون سمي روي و امكان استفاده از ترشحات قارچي به‏عنوان كاتاليزورهاي زيستي براي سنتز خارج سلولي نانوذرات اكسيد روي متمركز شده است. مواد و روش‏‏ها: در يك‏سري آزمايش‏هاي غربال‏گري تعداد 15 سويه قارچي براساس مشاهدات ميكروسكوپي، ماكروسكوپي و آزمايش‏هاي ريخت شناسي تشخيصي، از خاك‏هاي معادن روي و سرب انگوران زنجان، براساس تكنيك غني سازي انتخابي، جدا‏سازي شدند. تحمل‏پذيري ذاتي سويه‏ها‏ي جدا شده نسبت به يون سمي روي در محيط‏ها‏ي كمپلكس و سنتتيك به روش رقت در آگار تعيين شد. سوپرناتانت‏ها‏ي حاصل از قارچ‏ها‏ي جداسازي شده با محلول استات روي در شيكر انكوباتوردار به مدت 72 ساعت گرماگذاري شدند و گونه قارچي كه قادر به سنتز نانوذرات اكسيد روي بود، شناسايي شد. نانوذره اكسيد روي تشكيل شده در محلول واكنش زيست تبديلي با استفاده از روش‏ها‏ي اسپكتروفتومتري، طيف سنجي و ميكروسكوپي بررسي شد. نتايج: از ميان 15سويه قارچي غربال‏گري شده، سويه ZRS14 كه داراي بالاترين تحمل پذيري نسبت به يون سمي روي بود، به‏عنوان سويه منتخب از نظر صفات فيزيولوژيك، بيوشيميايي و همچنين، فيلوژني و مولكول تحت عنوان Aspergillus niger strain ZRS14 شناسايي و در بانك جهاني اطلاعات ژني NCBI، با شماره قابل دسترسي KF414527، ثبت شد. در ادامه اين تحقيق، سوپرناتانت حاصل از قارچ A. niger ZRS14 جداسازي شده، با محلول استات روي (با غلظت نهايي 250 ميلي‏گرم در ليتر يون روي) در شيكر انكوباتوردار با دور rpm 150 و به دور از نور، در دماي 28 درجه سانتي‏گراد به مدت 72 ساعت گرماگذاري شد. سپس، بررسي توليد نانوذرات به‏صورت ماكروسكوپي با تغيير رنگ محلول واكنش، بررسي طيف سنجي UV-vis مربوط به پلاسمون رزونانس سطحي نانوذرات، تحليل طيف پراكندگي عنصري اشعه ايكس (XRD) و ميكروگراف‏ها‏ي بدست آمده از تصاوير ميكروسكوپ الكتروني SEM، انجام شد. يافته‏ها‏ي بدست آمده نشان داد كه سوپرناتانت جمع آوري شده از قارچ A. niger ZRS14، قادر به سنتز نانوذرات اكسيد روي با توزيع كمابيش باريك اندازه ذرات و متوسط اندازه ذرات 32 نانومتر بود. بحث و نتيجه‏گيري: با توجه به سنتز خارج سلولي نانوذره اكسيد روي، مي توان اميدوار بود از سويه بومي A. niger ZRS14 غربال‏گري شده در پژوهش اخير، به‏عنوان يك بيوكاتاليزور كارآمد و سازگار با محيط زيست براي تهيه زيستي نانوذرات فلزي اكسيد روي در مقياس‏ها‏ي بزرگتر از مقياس آزمايشگاهي استفاده شود.

Introduction: Zinc oxide nanoparticles have quite a few applications in the fields of biology, optics, mechanics, magnetism, energy, hygiene and medicine. Due to serious problems associated with physiochemical synthesis of ZnO nanoparticles, including environmental pollution, complicated and costly processes, there is a growing need to develop a simple biological procedure for synthesis of nanoparticles to achieve the monodisperse-sized particles with a higher purity, low energy consumption and a cleaner environment. We conducted this investigation to screen and isolate native fungi strains capable of high zinc metal tolerance ability and a potential for extracellular synthesis of ZnO nanoparticles using fungal secretions as biological catalysts. Materials and methods: 15 different strains of fungi were isolated from soil samples collected from lead and zinc mines of Angoran-Zanjan using conventional enrichment process and characterized initially based on macroscopic and microscopic characteristics and colony morphology. The intrinsic tolerance of the isolated strains to zinc toxic metal was measured in the synthetic and complex media using the agar dilution method. The supernatants of isolated fungi were incubated with zinc acetate solution in a shaker incubator for 72h; then, the strain that was able to synthesis ZnO nanoparticle was identified. The ZnO nanoparticles formation was investigated by using spectroscopic techniques and microscopic observations. Results: Among the 15 isolated strains, the strain ZRS14 had highest zinc metal tolerance ability and was selected and identified as Aspergillus niger strain ZRS14 (GenBank accession number KF414527) based on morphological and molecular phylogenetic analysis. For synthesis of ZnO nanoparticles by isolated A. niger ZRS14, fungal cell-free filtrate of the strain was collected and incubated in the presence of zinc acetate solution at a final concentration of 250 mg/l zinc metal ion at 28? C for 72 h on a rotary shaker (150 rpm) under dark conditions. Results obtained by visual observations, spectral data achieved from UV–vis, XRD spectrum and SEM micrographs revealed the extracellular formation of ZnO nanoparticles with narrow size distribution and average particle size of 32 nm with the collected cell-free filtrate of A. niger isolate ZRS14. Discussion and conclusion: Owing to the extracellular synthesis of ZnO nanoparticles, the obtained results in the current study suggest that the A. niger strain ZRS14 has a considerable potentiality that can be efficiently used as an eco-friendly biocatalyst for the preparative synthesis of ZnO nanoparticles. The present investigation is the first report on the biological synthesis of ZnO nanoparticles using newly isolated strain of Aspergillus niger ZRS14. Key words: Aspergillus niger ZRS14, Biological synthesis, Tolerance pattern, ZNO nanoparticles