Nitrogen-fixing Cyanothece sp. as a mixotroph and silver nanoparticle synthesizer: a multitasking exceptional cyanobacterium / Cyanothece sp. fixadora de nitrogênio como um sintetizador de nanopartículas mixotrófico e prata: uma cianobactéria excepcional multitarefa

ABSTRACT

To investigate the best carbon source for mixotrophic growth of Cyanothece sp. This cyanobacterium is also used as a source of biogenic silver nanoparticles. The study also investigates the antimicrobial activity of nanoparticles (both gold and silver) biosynthesized by this cyanobacterium. Those particles are tested solely and in combination as antimicrobial agents against two farm bacteria commonly found in Al Ahsa. Soil extract was prepared from pesticide-free soil whereas dextrose was prepared in 6 mM concentration and the cyanobacterial culture cell density was determined after two weeks. Cultures of Cyanothece sp. were incubated with silver nitrate until turning brown. The external solution of culture was analyzed using chemical analyses including UV- visible and FTIR to confirm nano silver formation. Previously-biosynthesized nano gold particles by Cyanothece sp. were used solely and in combination with newly biosynthesized nano silver particles for antimicrobial bioassay against the two farm bacterial pathogens. The best mixotrophic cyanobacterial growth was obtained for soil extract followed by dextrose which were significantly different from control. The synthesis of nanoparticles using this cyanobacterium was confirmed using UV-visible light spectrophotometry which detected the characteristic surface plasmon resonance peak in the range of 410-450 nm and the FTIR spectroscopy which showed the characteristic silver nanoparticles peak at 3.297 cm-1 which overlaps with -OH- in addition to the other functional groups associated with nano silver particles detected at 2,927, 1,631 and 1,383 cm−1. Silver nanoparticles showed the strong antimicrobial effect against both pathogens Staphylococcus aureus (MRSA) and Staphylococcus warneri with inhibition zone diameter 1.3 cm for both followed by the combination of silver and gold nanoparticles. Soil extract is a natural medium rich in all types of organic and inorganic nutrients which enhance algal mixotrophic growth. Biosynthesized silver nanoparticles showed the strongest antibacterial action against both pathogens most likely due to its ease of penetration, interaction with cellular components, generation of reactive oxygen species and induction of oxidative stress leading to bacterial death.

RESUMO

Investigar a melhor fonte de carbono para o crescimento mixotrófico de Cyanothece sp. Esta cianobactéria também é utilizada como fonte de nanopartículas de prata biogênicas. O estudo também investiga a atividade antimicrobiana de nanopartículas (ouro e prata) biossintetizadas por essa cianobactéria. Essas partículas são testadas isoladamente e em combinação como agentes antimicrobianos contra duas bactérias agrícolas comumente encontradas em Al Ahsa. O extrato do solo foi preparado a partir de solo livre de pesticidas, enquanto a dextrose foi preparada na concentração de 6 mM e a densidade celular da cultura de cianobactérias foi determinada após duas semanas. Culturas de Cyanothece sp. foram incubadas com nitrato de prata até ficarem marrons. A solução externa de cultura foi analisada usando análises químicas incluindo UV-visível e FTIR para confirmar a formação de nano prata. Nano partículas de ouro previamente biossintetizadas por Cyanothece sp. foram usados ​​apenas e em combinação com nano partículas de prata recém-biossintetizadas para bioensaio antimicrobiano contra os dois patógenos bacterianos da fazenda. O melhor crescimento de cianobactérias mixotrópicas foi obtido para o extrato de solo seguido pela dextrose que foram significativamente diferentes do controle. A síntese de nanopartículas usando esta cianobactéria foi confirmada por espectrofotometria de luz UV-visível que detectou o pico característico de ressonância plasmônica de superfície na faixa de 410-450 nm e a espectroscopia FTIR que mostrou as nanopartículas de prata características - pico em 3.297 cm-1 que se sobrepõe com -OH- além dos outros grupos funcionais associados a nanopartículas de prata detectadas em 2.927, 1.631 e 1.383 cm−1. As nanopartículas de prata mostraram forte efeito antimicrobiano contra ambos os patógenos (Staphylococcus aureus (MRSA) e Staphylococcus warneri com diâmetro de zona de inibição de 1,3 cm para ambos, seguido pela combinação de nanopartículas de prata e ouro. O extrato do solo é um meio natural rico em todos os tipos de nutrientes orgânicos e inorgânicos que favorecem o crescimento mixotrófico de algas. As nanopartículas de prata biossintetizadas mostraram a ação antibacteriana mais forte contra ambos os patógenos, provavelmente devido à sua facilidade de penetração, interação com componentes celulares, geração de espécies reativas de oxigênio e indução de estresse oxidativo levando à morte bacteriana.