Инновационный биосинтез, искусственный интеллект

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 21851 (2022) Цитировать эту статью

1665 Доступов

3 цитаты

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Стратегия нанотехнологий, основанная на микробах, предлагает экономические, экологические и биобезопасные преимущества по сравнению с традиционными химическими и физическими протоколами. В текущем исследовании описан новый протокол биосинтеза наночастиц хитозана (CNP) с использованием пионера Streptomyces sp. штамм NEAE-83, обладающий значительным потенциалом биосинтеза CNP. Он был идентифицирован как штамм Streptomyces microflavus NEAE-83 на основании морфологических и физиологических свойств, а также последовательности 16S рРНК (инвентарный номер GenBank: MG384964). CNP были охарактеризованы с помощью SEM, TEM, EDXS, дзета-потенциала, FTIR, XRD, TGA и DSC. Биосинтез CNP был максимизирован с использованием математической модели центрально-гранецентрированного композитного дизайна (CCFCD). Наибольший выход CNP (9,41 мг/мл) получен в опыте № 1. 27, с использованием начального pH 5,5, 1% хитозана, 40°C и 12-часового инкубационного периода. Инновационная искусственная нейронная сеть (ИНС) была использована для проверки и прогнозирования биосинтеза CNP на основе данных испытаний CCFCD. Несмотря на высокую степень точности обеих моделей, ANN превосходила CCFCD в предсказании биосинтеза CNP. ИНС имела более высокую эффективность прогнозирования и более низкие значения ошибок (RMSE, MDA и SSE). УНЧ, биосинтезированные штаммом Streptomyces microflavus NEAE-83, показали in vitro антибактериальную активность в отношении Pectobacterium carotovorum, вызывающего мягкую гниль картофеля. Эти результаты позволили предположить его потенциальное применение для борьбы с разрушительными болезнями мягкой гнили картофеля. Это первый отчет о биосинтезе CNP с использованием недавно выделенного; Штамм Streptomyces microflavus NEAE-83 как экологически чистый подход и оптимизация процесса биосинтеза с помощью искусственного интеллекта.

Актиномицеты составляют обширную уникальную группу грамположительных и аэробных актинобактерий, имеющих высокое содержание GC в геноме (69–73%). Актиномицеты производят ветвящийся субстрат и воздушный мицелий, который развивается в цепочки спор, образуя поперечные стенки в многоядерных воздушных нитях. Эта группа бактерий широко распространена в почве и имеет обильную пигментацию1,2. Благодаря своей способности производить многочисленные вторичные метаболиты с добавленной стоимостью и различным применениям в биологических процессах виды Streptomyces являются наиболее важными в промышленном отношении среди актиномицетов3,4,5. Одним из новых и многообещающих применений актиномицетов является их применение в биосинтезе наночастиц1,6.

В последние годы наночастицы привлекли значительное внимание благодаря своим удивительным свойствам7. По сравнению с объемными материалами наночастицы обладают высокой реакционной активностью из-за большего соотношения площади поверхности к объему8. Как правило, наночастицы могут быть получены химическим, физическим, механическим или биологическим путем9.

Существуют небиологические методы, позволяющие получить биосовместимые наноструктурированные системы без использования вредных или дорогостоящих материалов, таких как хитозан или альбумин с триполифосфатом натрия (ТФП)10,11,12. Несмотря на это, ряд препятствий вносит свой вклад в ограничения небиологических методов, включая высокую стоимость, использование высокого давления, энергии, температуры, опасных соединений и большого размера частиц13. Опасные химические вещества ограничивают использование наночастиц в медицинских и клинических областях. Следовательно, существует острая необходимость создания экологически чистых альтернативных методов синтеза наночастиц9. Кроме того, экологически чистый и экономичный синтез наночастиц на основе микробов обеспечивает чистоту, безопасность и быстроту, кроме того, восстановительные способности микробных метаболитов позволяют легко генерировать монодисперсные наночастицы9.

Хитозан представляет собой деацетилированное производное хитина, состоящее из линейного полисахарида, состоящего из связанных (β1 → 4) остатков N-ацетил-2-амино-2-дезокси-d-глюкозы (глюкозамина) и 2-амино-2-дезокси-d. -глюкоза (N-ацетилглюкозамин). Он биоразлагаем, растворим в водной кислой среде посредством протонирования первичного амина, а свободные аминогруппы генерируют положительный заряд на его полимерных цепях14,15.