Exploration des activités antimicrobiennes, antioxydantes, anticancéreuses, de biocompatibilité et larvicides des nanoparticules de sélénium fabriquées par la souche fongique endophyte Penicillium verhagenii

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 9054 (2023) Citer cet article

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Ici, quatre souches fongiques endophytes vivant dans des racines saines d'ail ont été utilisées pour produire des nanoparticules de sélénium (Se-NP) via la synthèse verte. Penicillium verhagenii s'est avéré être le producteur de Se-NPs le plus efficace avec une couleur rouge rubis qui a montré une résonance plasmonique de surface maximale à 270 nm. Les Se-NP telles que formées étaient cristallines, sphériques et bien disposées sans agrégation, et variaient de 25 à 75 nm avec une valeur de potentiel zêta de -32 mV, indiquant une stabilité élevée. Des activités biomédicales dépendantes de la concentration des Se-NPs à base de P. verhagenii ont été observées, y compris une activité antimicrobienne prometteuse contre différents agents pathogènes (Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Candida albicans, C. glabrata, C. tropicalis et C. parapsilosis) avec une concentration minimale inhibitrice (CMI) de 12,5 à 100 µg mL–1. Les Se-NPs biosynthétisés ont montré une activité antioxydante élevée avec des pourcentages de piégeage du DPPH de 86,8 ± 0,6 % à une concentration de 1000 µg mL–1 et diminué à 19,3 ± 4,5 % à 1,95 µg mL–1. Fait intéressant, les Se-NP ont également montré une activité anticancéreuse contre les lignées cellulaires PC3 et MCF7 avec une IC50 de 225,7 ± 3,6 et 283,8 ± 7,5 µg mL–1, respectivement, tout en restant biocompatible avec les lignées cellulaires normales WI38 et Vero. De plus, les Se-NP synthétisés en vert étaient efficaces contre les larves d'un insecte médical, Aedes albopictus, avec une mortalité maximale de 85,1 ± 3,1, 67,2 ± 1,2, 62,10 ± 1,4 et 51,0 ± 1,0 % à une concentration de 50 µg mL–1 pour les larves de stade I, II, III et IV, respectivement. Ces données mettent en évidence l'efficacité des souches fongiques endophytes pour la synthèse rentable et écologique de Se-NPs avec différentes applications.

Le sélénium est un oligo-élément important pour l'épanouissement des micro-organismes et un micronutriment essentiel pour la santé animale et humaine. Malgré ses propriétés bénéfiques, il est régi par une fenêtre thérapeutique étroite. Une consommation excessive de composés de sélénium organiques et inorganiques peut entraîner une toxicité. Heureusement, les nanoparticules de sélénium (Se-NPs) sont moins toxiques que les composés de sélénium organiques et inorganiques1. Les nanomatériaux (1–100 nm) sont uniques dans de nombreuses propriétés chimiques et physiques qui les distinguent de leurs homologues dans les matériaux en vrac. Ces matériaux ont été adoptés et appliqués dans les domaines agricole, environnemental et médical2,3. De plus, les Se-NPs biosynthétisés se distinguent de ceux fabriqués par des méthodes chimiques et physiques en ce qu'ils sont plus compatibles avec les tissus et organes humains4. Les voies de synthèse biologique ont été explorées en utilisant des plantes et des champignons pour produire des nanoparticules de manière durable et sans danger pour l'environnement5,6. Les endophytes sont des micro-organismes comprenant des champignons, des bactéries et des actinomycètes qui colonisent les tissus végétaux internes sans provoquer de symptômes pathologiques ou nocifs7. Récemment, des microbes endophytes ont émergé dans le domaine de la nano-biosynthèse en raison de leur production efficace de métabolites actifs potentiellement utilisés pour la fabrication de NPs de différentes formes et tailles avec une grande stabilité. Dans ce contexte, les champignons endophytes sont supérieurs aux autres espèces fongiques en termes de quantité et d'activité des métabolites produits8. Des études antérieures ont indiqué que les endophytes pouvaient accomplir de nombreux métabolites secondaires biologiquement actifs dans la plante hôte tels que les flavonoïdes, les alcaloïdes, les saponines, les sesquiterpènes, les cyclopeptides, les polycétones, les acides organiques et les lactones. De plus, la plante hôte et ses symbiotes endophytes partagent de nombreuses propriétés biologiques telles que des activités anticancéreuses, antimicrobiennes, anti-VIH et anti-inflammatoires9.

Allium sativum L. (Ail) est une plante vivace largement utilisée depuis plus de 4000 ans comme agent de cure en médecine traditionnelle. Les papyrus égyptiens ont enregistré des recettes pour l'utilisation de l'ail dans le traitement des morsures de serpent, de la rhinite et des troubles cardiaques. Dans la Grèce antique, l'ail était utilisé pour traiter les problèmes pulmonaires et intestinaux. Il a également été utilisé pendant la Seconde Guerre mondiale pour traiter les ulcères et les plaies des blessés. En général, l'ail possède de nombreuses propriétés antifongiques, antimicrobiennes, anticancéreuses, antiprotozoaires, antihypertensives, anticoagulantes, anticonvulsivantes, anticoagulantes, antipyrétiques, antipyrétiques, analgésiques et antioxydantes10.

Différentes espèces fongiques ont été utilisées comme catalyseurs pour la biosynthèse des Se-NPs, notamment Trichoderma harzianum, Aureobasidium pullulans, Phoma glomerata et Mortierella humilis, en plus des champignons endophytes Aspergillus quadrilineatus, Aspergillus ochraceus, Aspergillus terreus et Fusarium equiseti11,12 . Récemment, les applications médicales prometteuses des Se-NPs mycosynthétisées dérivées de Penicillium citrinum et leur efficacité en tant qu'anticancéreux et antioxydants ont été rapportées13. De plus, les Se-NPs biogéniques obtenues par l'endophyte Penicillium crustosum ont démontré une puissante efficacité anticancéreuse et antimicrobienne à large spectre (contre les bactéries Gram-négatives, Gram-positives et quatre espèces différentes de Candida) et une activité catalytique durable pour la dégradation du bleu de méthylène. Ces activités étaient plus prononcées sous un éclairage lumineux que dans des conditions d'obscurité14. De plus, les moustiques sont considérés comme le principal vecteur de transmission d'agents responsables de maladies humaines et animales telles que les virus, les protozoaires, les champignons et les bactéries. Des maladies mortelles telles que la fièvre jaune, la dengue, la filariose, le paludisme, le chikungunya, le virus du Nil occidental et le virus Zika sont des maladies transmises par des vecteurs de moustiques15. Les Se-NPs spécialement synthétisées par les approches vertes, en raison de leurs faibles impacts négatifs sur l'homme et l'écosystème, présentent une forte activité moustiquecide16.

En conséquence, la présente étude a été conçue pour explorer la capacité des champignons endophytes à fabriquer des Se-NPs de manière simple, efficace et sans danger pour l'environnement. Dans un premier temps, différentes souches fongiques endophytes ont été isolées des tissus de l'ail et identifiées. Leur potentiel dans la biosynthèse des Se-NPs a été exploré. Ensuite, les NP telles que formées ont été caractérisées à l'aide de la spectroscopie UV-Vis, de l'infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR), de la diffraction des rayons X (XRD), de la microscopie électronique à transmission (TEM), de la diffusion dynamique de la lumière (DLS) et du potentiel zêta. Enfin, leurs propriétés antibactériennes, anti-Candida, antioxydantes, anticancéreuses, de biocompatibilité et larvicides ont été étudiées.

Les champignons endophytes sont l'un des organismes importants ayant un large éventail d'applications biomédicales et biotechnologiques, y compris la production de métabolites actifs, l'utilisation comme biofertilisants en raison de leur activité favorisant la croissance des plantes, le contrôle phytopathogène et la synthèse verte de nanomatériaux aux propriétés uniques17,18 . Dans la présente étude, les racines d'ail ont été utilisées comme source pour l'isolement de souches fongiques endophytes. Quatre isolats fongiques désignés par AR.1 à AR.4 ont été obtenus à partir de racines saines collectées. Ces souches ont été identifiées à l'aide de méthodes traditionnelles basées sur des caractérisations culturales et microscopiques comme Penicillium sp. (AR.1), Aspergillus niger (AR.2), Alternaria alternata (AR.3) et Penicillium sp. (AR.4) (Fig. 1). Dans une étude similaire, douze souches fongiques endophytes appartenant à Aspergillus spp., Alternaria spp., Penicillium spp., Cladosporium sp., Chaetomium sp. et Fusarium sp. ont été isolés à partir d'Allium sativum19.

Isolement et identification primaire de souches fongiques isolées de la racine d'Allium sativum.

Récemment, les chercheurs ont eu tendance à produire de nouveaux composés actifs avec une approche respectueuse de l'environnement. Parmi ces composés actifs, les nanomatériaux possèdent une activité élevée dans divers domaines de l'agriculture, de la médecine et de l'industrie20. La synthèse de ces matériaux par des approches vertes est privilégiée pour éviter les impacts négatifs provenant des approches chimiques et physiques21. Les microbes endophytes, notamment les champignons, les bactéries et les actinomycètes, sont considérés comme des sources prometteuses pour la synthèse verte de nanomatériaux en raison de la sécrétion d'énormes métabolites actifs qui sont utilisés comme agents réducteurs et coiffants8. Dans la présente étude, l'efficacité des souches fongiques endophytes dans la synthèse des Se-NPs a été étudiée. Après avoir ajouté le précurseur métallique (Na2SO3) au filtrat de la biomasse fongique, la couleur est passée de l'incolore à la couleur rouge qui a augmenté progressivement, indiquant la formation de Se0 due à la réduction de SeO32–. Le mélange précédent est resté pendant 24 h dans des conditions sombres pour confirmer la réduction complète du métal et aucun autre changement de couleur. Récemment, la réduction complète de Na2SO3 par l'action de métabolites sécrétés par la souche fongique endophyte, P. crustosum, alors que la forme Se0 s'est achevée après 24h d'incubation14. De plus, la fabrication de Se-NPs par la réduction de Na2SO3 à l'aide de métabolites sécrétés par Trichoderma atroviride a été observée après 24 h, et aucun autre changement de couleur n'a été remarqué22.

Ici, après 24 h, l'absorbance de la couleur formée a été mesurée pour détecter la résonance plasmonique de surface maximale (SPR). Comme indiqué, la période d'incubation a montré un impact positif sur l'intensité de la couleur sans aucun changement dans la plage de SPR. La figure 2 montre que le pic d'absorption a été enregistré à des longueurs d'onde de 270 nm, 265 nm, 265 nm et 280 nm pour les souches fongiques endophytes de AR.1, AR.2, AR.3 et AR.4, respectivement. Fait intéressant, l'intensité de couleur maximale et le pic d'absorption SPR maximal ont été enregistrés pour la souche AR.1. Les résultats obtenus étaient compatibles avec ceux rapportés selon lesquels le SPR maximal pour les Se-NP synthétisés par des souches fongiques se situe dans la plage de 250 à 300 nm. Par exemple, parmi 75 souches fongiques endophytes, seules quatre souches identifiées comme Aspergillus quadrilineatus, A. ochraceus, A. terreus et Fusarium equiseti ont montré une activité élevée pour la synthèse des Se-NPs basée sur le changement de couleur et le SPR maximal qui est apparu à 265 nm11. En outre, le SPR maximal des Se-NPs fabriqués par Penicillium corylophilum et la souche fongique endophyte P. crustosum a été observé à 275 et 270 nm, respectivement14,23.

Spectroscopie UV-Vis de Se-NPs fabriquées par quatre souches fongiques endophytes pour sélectionner les isolats les plus puissants en fonction du SPR maximal.

Selon les données de la spectroscopie UV-Vis, la souche fongique endophyte désignée AR.1 a été sélectionnée comme la souche la plus puissante pour la synthèse verte des Se-NPs. Cette souche a subi une identification moléculaire basée sur l'amplification et le séquençage des gènes de l'espaceur transcrit interne (ITS) et a été identifiée comme Penicillium verhagenii (Fig. 3). La séquence ITS de la souche endophyte AR.1 a été déposée dans GenBank sous le numéro d'accession OP471232. Penicillium est composé d'espèces distinctes qui sont avantagées par leur capacité à produire divers métabolites actifs qui sont utilisés comme agents réducteurs et stabilisants lors de la synthèse verte 24.

Arbre phylogénétique de la souche fongique endophyte la plus puissante.

Comme mentionné, le changement de couleur suivi de la détection du SPR maximal à l'aide de la spectroscopie UV-Vis a été le premier moniteur pour la formation réussie de Se-NPs. L'isolat fongique endophyte AR.1 a montré l'intensité de couleur et le pic d'absorption les plus élevés à 270 nm, ce qui correspond au SPR des Se-NP. Les groupes fonctionnels existent dans la biomasse fongique et leur activité de réduction et de stabilisation des Se-NPs synthétisés a été étudiée par analyse infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR). Comme indiqué, le filtrat de la biomasse fongique ne contenait que quatre pics aux nombres d'onde 3380, 2068, 1634, 535 cm–1, alors que dans le cas des Se-NPs, le nombre de pics est passé à neuf aux nombres d'onde 3400, 2880, 1565, 1415, 1380, 920, 780, 512 et 410 cm–1 (Fig. 4A). Le pic de force et de largeur à 3380 cm–1 pourrait être attribué aux groupes O–H et N–H des protéines et des acides aminés25,26, ce pic a été déplacé à 3400 cm–1 chez Se-NPs. Le pic de largeur à 2068 cm–1 est lié à la fraction glucidique sécrétée par les souches fongiques endophytes. De plus, le pic à 1634 cm–1 correspond au groupe carbonyle (C=O) qui chevauche le groupe NH d'étirement des polysaccharides présents dans le filtrat de biomasse4. Ce pic a été déplacé à 1565 cm–1 après la synthèse verte des Se-NPs. Un pic à 535 cm–1 dans le filtrat de la biomasse pourrait être attribué à l'étirement C–l du composé halo. La présence d'autres pics dans le diagramme FT-IR des Se-NPs pourrait être liée à l'interaction entre les métabolites dans le filtrat de la biomasse avec le sélénite de sodium lors de la réduction et du coiffage des Se-NPs telles que formées. Le pic moyen à 2880 cm–1 signifie C–H étirant l'alcane, tandis que les pics moyens dans la plage de 1380–1420 cm–1 pourraient avoir correspondu à la flexion O–H de l'acide carboxylique27,28. Les pics dans la plage de 400 à 800 cm-1 correspondent à la flexion et à l'étirement du Se-O résultant de la réaction des Se-NP avec des groupes carbonyle formant finalement une couche de revêtement autour de la surface des Se-NP qui empêche l'agrégation et l'agglomération. comme indiqué précédemment29. Sur la base de l'analyse FT-IR, la présence de différents métabolites dans les filtrats de biomasse fongique tels que les protéines, les polysaccharides, les glucides et les acides aminés a montré un rôle crucial dans la réduction du sélénite de sodium pour former des Se-NPs suivi de la formation d'un revêtement qui améliore la Stabilité des NP et empêche l'agrégation.

Caractérisation des Se-NPs synthétisés en utilisant FT-IR (A) et XRD (B).

La structure cristalline des Se-NPs telles que formées a été étudiée par analyse par diffraction des rayons X (DRX) (Fig. 4B). Comme indiqué, le diagramme XRD affichait huit pics d'absorption de (100), (101), (110), (102), (111), (201), (112) et (202) qui correspondaient à la diffraction de Bragg à 2θ valeurs de 23,5°, 29,3°, 41,3°, 45,51°, 52,53°, 55,71° et 62,74°, respectivement. Le diagramme XRD obtenu a été mis en correspondance avec ceux qui ont confirmé la structure cristalline des Se-NPs selon la carte standard JCPDS n° 06-0362. Le modèle XRD obtenu est compatible avec les études publiées sur la synthèse verte de Se-NPs14,30,31. L'absence de pics supplémentaires dans le graphique XRD a indiqué la grande pureté des Se-NPs synthétisés (vérifiées par les spectres EDX). La taille moyenne des cristallites des Se-NP a été calculée sur la base d'une analyse XRD à l'aide de l'équation de Debye – Scherrer à 55 nm. Dans une étude récente, les tailles moyennes des cristallites fabriquées par quatre colorants fongiques endophytes, Aspergillus quadrilineatus, A. ochraceus, A. terreus et Fusarium equiseti ont été calculées sur la base d'une analyse XRD comme étant de 55,4, 45,2, 30,9 et 30,1 nm, respectivement11.

Les caractéristiques morphologiques des Se-NPs synthétisées par les champignons, telles que la taille, la forme et l'agrégation, sont les principaux facteurs qui affectent les activités biologiques, ont été étudiées par analyse par microscopie électronique à transmission (TEM). Les figures 5A et B affichent la forme sphérique des Se-NPs synthétisés qui sont bien disposés sans agglomération et ont des tailles comprises entre 25 et 75 nm avec une taille moyenne de 44, 1 ± 15, 4 nm. L'image TEM des Se-NP formées à une concentration de 1,5 mM en exploitant les métabolites d'Acinetobacter sp. SW30 a montré la fabrication réussie d'une forme sphérique d'une taille de 78 nm32. L'incorporation de NP dans différentes applications dépend principalement de divers facteurs tels que l'agent de coiffage, la charge de surface, la forme, la taille et l'agglomération21. À mesure que la taille diminuait, l'activité augmentait. Par exemple, les Se-NPs synthétisés par le filtrat de biomasse de Pantoea agglomerans ont montré une activité antioxydante plus élevée à des tailles plus petites33. De plus, les activités des NP varient selon la forme. Par exemple, les Se-NPs ont montré une activité antioxydante élevée pour la forme cubique et une activité antimicrobienne élevée pour la forme sphérique34.

(A) Microscopie électronique à transmission montrant la forme sphérique, (B) la distribution de taille, (C) la diffusion dynamique de la lumière et (D) l'analyse du potentiel Zeta des Se-NPs fabriquées par la souche fongique endophyte P. verhagenii.

La taille des Se-NPs à base de champignons en solution colloïdale a été détectée par diffusion dynamique de la lumière (DLS). Comme indiqué, la taille hydrodynamique moyenne des Se-NP synthétisés était de 91, 2 nm (Fig. 5C). Dans l'étude actuelle, la taille moyenne obtenue par DLS est plus grande que celles obtenues par TEM et XRD. Cette découverte pourrait être attribuée au DLS mesurant le résidu hydrodynamique (état hydraté) alors que le TEM calcule le diamètre de l'état solide35. De plus, le DLS est affecté par les agents de revêtement et la distribution non homogène qui augmente les tailles36,37. Dans une étude similaire, les tailles moyennes des particules de Se-NPs obtenues par TEM étaient de 15 à 40 nm alors que celles obtenues par DLS étaient de 20 à 60 nm 4 , ce qui s'expliquait par le revêtement hydrodynamique autour des particules.

La stabilité des Se-NP synthétisés a été étudiée par le potentiel Zeta qui mesure la charge électrique à la surface du NP. Dans l'étude actuelle, les Se-NP à base de champignons ont une valeur de potentiel Zeta de -32 mV, ce qui fait référence à la stabilité élevée (Fig. 5D). De même, la valeur du potentiel Zeta des Se-NPs fabriquées par extrait aqueux de Carica papaya était de -32 mV38. La stabilité des Se-NPs fabriqués dans la présente étude pourrait être attribuée à la présence d'une charge négative qui augmente la force électrostatique négative entre les particules et améliore donc la dispersion. De plus, la stabilité des NP peut être classée selon les valeurs du potentiel Zeta comme suit : stabilité instable, modérée, stable et élevée pour les valeurs de ± 0–10, ± 10–20, ± 20–30, ˃ ± 30, respectivement39 . De plus, l'absence de charges doubles (positives et négatives) et la présence d'une seule charge (négative) sur les surfaces des NPs pourraient augmenter la stabilité car la dispersion entre les particules porte la même charge pour éviter l'agrégation. Dhanjal et Cameotra40 ont rapporté que la présence de charges positives à la surface de certaines particules et de charges négatives sur d'autres dans la même solution améliore leur agrégation.

La majeure partie de la mortalité ou de la morbidité dans le monde est due à des maladies infectieuses microbiennes. Les infections bactériennes augmentent de jour en jour en raison de l'abus d'antibiotiques entraînant l'émergence de souches résistantes aux antibiotiques6,41. De plus, les souches de Candida sont des champignons opportunistes et sont considérées comme l'agent le plus courant de maladies infectieuses telles que la candidose buccale, la candidémie, la vaginite, les infections systématiques et la candidose cutanée chez les patients immunodéprimés42. Par conséquent, il est important de construire de nouveaux composés actifs, sûrs et rentables pour surmonter ces défis. Les ions sélénium ont montré une efficacité en tant qu'agents antimicrobiens et étaient auparavant utilisés comme additifs dans les shampooings antipelliculaires en raison de leur activité antifongique prometteuse43. Malheureusement, ils sont utilisés en petites quantités en raison de leur toxicité pour les cellules de mammifères38. Par conséquent, les chercheurs se sont concentrés sur la réduction de leur toxicité en les convertissant à l'échelle nanométrique.

Dans l'étude actuelle, l'activité des Se-NP synthétisés verts pour inhiber la croissance des bactéries pathogènes représentées par Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis et Staphylococcus aureus ainsi que différentes espèces de Candida pathogènes désignées comme C. albicans, C. glabrata , C. tropicalis et C. parapsilosis ont été étudiés par la méthode de diffusion en puits. L'analyse des données a montré que l'activité antimicrobienne des Se-NPs dépendait de la concentration. Les résultats obtenus étaient compatibles avec les littératures publiées. Par exemple, les Se-NPs formées par l'action des métabolites dans l'extrait aqueux de Ceropegia bulbosa ont montré une activité antimicrobienne élevée contre B. subtilis et E. coli à 100 µg mL–1 suivis de concentrations de 75, 50 et 25 µg mL–116. Dans la présente étude, l'activité antibactérienne et anti-Candida la plus élevée a été enregistrée à 400 µg mL–1 avec des zones d'inhibition de 15,7 ± 0,6, 15,3 ± 0,6, 20,7 ± 0,7, 18,3 ± 0,6, 18,3 ± 0,6, 17,7 ± 0,5, 17,3 ± 0,5 et 16,7 ± 0,6 mm pour B. subtilis, S. aureus, P. aeruginosa, E. coli, C. albicans, C. tropicalis, C. glabrata et C. parapsilosisme respectivement (Fig. 6A,B). L'activité a diminué à de faibles concentrations à 12,3 ± 0,6, 11,7 ± 0,5, 16,7 ± 0,7, 14,0 ± 0,0, 12,3 ± 0,6, 14,0 ± 0,0, 13,0 ± 1,0 et 12,7 ± 0,6 à 200 µg mL–1 de Se- synthétisé NP pour la même séquence d'organismes d'essai mentionnés ci-dessus. Les Se-NPs telles que formées par l'extrait aqueux de feuilles de Withania somnifera ont montré une activité antibactérienne contre B. subtilis, S. aureus et Klebsiella pneumoniae avec une zone d'inhibition de 14,0 ± 0,0, 19,7 ± 0,6 et 12,0 ± 0,0 mm, respectivement sans activité contre E. coli6. De plus, les Se-NPs fabriquées par le filtrat de biomasse de Penicillium corylophilum ont montré une large activité antibactérienne contre les bactéries Gram-positives (B. subtilis et S. aureus) et les bactéries Gram-négatives (P. aeruginosa et E. coli)23.

Activité antimicrobienne des Se-NPs fabriquées par une souche fongique endophyte de P. verhagenii contre les bactéries Gram-positives et Gram-négatives (A) et les champignons unicellulaires (B) à différentes concentrations. Les différentes lettres à la même concentration indiquent les données sont des différences significatives (p ≤ 0,005) (n = 3).

La concentration minimale inhibitrice (MIC) est la concentration la plus faible qui a l'efficacité d'inhiber la croissance microbienne. Le choix des composés bioactifs à incorporer dans le secteur biomédical dépend de l'évaluation de la valeur CMI44. Ici, les Se-NPs synthétisés ont montré des valeurs de CMI variées en fonction de l'organisme. Par exemple, la valeur de la CMI pour les bactéries Gram-positives était de 50 µg mL–1, alors qu'elle était de 12,5 et 25 µg mL–1 pour les bactéries Gram-négatives, P. aeruginosa et E. coli, respectivement (Fig. 6A). D'autre part, la valeur de la CMI pour les champignons unicellulaires testés se situait entre 50 et 100 µg mL –1 (Fig. 6B). Récemment, la valeur de la CMI des NP Se synthétisées vertes contre les espèces de Candida a été modifiée pour se situer entre 25 et 200 µg mL–1 selon le type d'espèce14. En outre, l'activité antibactérienne et les valeurs de CMI ont varié selon l'approche biosynthétique. Par exemple, la valeur de la CMI des Se-NPs synthétisées par Aspergillus quadrilineatus et A. ochraceus contre E. coli était de 62,5 µg mL–1, alors qu'elle était de 250 µg mL–1 pour celles fabriquées par A. terreus et Fusarium equiseti11. Cette découverte peut être attribuée à l'agent de coiffage sécrété par des micro-organismes ou des plantes qui ont un rôle crucial dans la stabilisation des nanomatériaux8,45. Sur la base des données obtenues, les Se-NPs telles que formées par la souche fongique endophyte P. verhagenii ont affiché une activité antimicrobienne élevée contre les bactéries pathogènes et Candida spp.

L'activité antibactérienne des Se-NPs pourrait être liée à la structure de la paroi cellulaire, qui dans les souches Gram-positives est composée de couches épaisses de peptidoglycane par rapport aux couches minces dans les souches Gram-négatives. Cette différence peut affecter la diffusion des NP à l'intérieur des cellules. La couche épaisse de peptidoglycane peut empêcher ou retarder la diffusion des Se-NPs conduisant à une activité antimicrobienne moindre envers les bactéries Gram-positives que les bactéries Gram-négatives46. L'activité envers les bactéries Gram-positives peut être attribuée à la forte répulsion électrostatique des Se-NP envers la charge négative du lipopolysaccharide qui existe en grande quantité chez les bactéries Gram-négatives que chez les Gram-positives. Cela a conduit à un dépôt élevé de Se-NPs à la surface des souches Gram positives qui aboutissent à la mort cellulaire47. Un autre mécanisme antimicrobien des Se-NPs pourrait être la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) lors de l'entrée dans les cellules microbiennes. Ces ROS tels que H2O2, O2•– et •OH peuvent détruire la fonction de perméabilité sélective de la membrane cytoplasmique, augmenter le stress à l'intérieur de la cellule, inhiber la réplication de l'ADN, détruire la synthèse des protéines et inhiber le métabolisme cellulaire normal. Tous ces dysfonctionnements conduisent à la mort cellulaire48,49.

Fait intéressant, la synthèse verte à médiation fongique des Se-NPs a montré une activité élevée contre différentes souches de Candida. Cette découverte pourrait être liée à son activité de destruction du profil des stérols dans la paroi cellulaire de Candida en inhibant la voie de biosynthèse des ergostérols50. De plus, une forte accumulation de Se-NPs sur la paroi cellulaire de Candida conduit à la réaction de Se avec des acides aminés soufrés tels que la méthionine et la cystéine51. Suite à cette interaction, la nouvelle structure qui était S-Se-S s'est formée et a modifié la structure des protéines conduisant au blocage de ses fonctions catalytiques52.

L'activité de piégeage des radicaux libres par les Se-NPs synthétisées vertes a été étudiée par la méthode DPPH par rapport au témoin (acide ascorbique) (Fig. 7). L'analyse des données a montré que l'activité de piégeage des radicaux libres est de nature concentration-dépendante. L'activité est directement proportionnée à la concentration de Se-NPs synthétisés verts. La découverte obtenue était compatible avec les littératures publiées qui rapportaient que l'activité de piégeage des Se-NPs fabriquées par les plantes, les champignons et les actinomycètes dépendait de leurs concentrations4,11,53. L'activité maximale de piégeage du DPPH a été enregistrée à 1000 µg mL–1 avec des pourcentages de 86,8 ± 0,6 % par rapport à l'acide ascorbique à la même concentration qui a enregistré un pourcentage de 97,3 ± 0,2 % (Fig. 7). L'activité de piégeage du DPPH a atteint 19,3 ± 4,5 % à la plus faible concentration de Se-NPs de 1,95 µg mL–1. Cela indique que les Se-NPs synthétisés possèdent une activité antioxydante à de faibles concentrations. Dans une étude similaire, les Se-NP fabriquées par des souches fongiques endophytes d'A. quadrilineatus, A. ochraceus, A. terreus et F. equiseti ont montré une activité de piégeage du DPPH avec des pourcentages de 93,8 ± 9,5, 83,6 ± 6,3, 79,2 ± 9,3, et 79,8 ± 4,7 %, respectivement à 1 000 µg mL–1 par rapport à une activité de piégeage de 100 % pour l'acide ascorbique. Ces pourcentages ont atteint 25,8 ± 2,1, 28,4 ± 2,6, 18,0 ± 3,5 et 10,3 ± 2,1 % à une concentration de 25 µg mL–1 par rapport au témoin (21,3 ± 1,5 %) à la même concentration11. Dans la présente étude, les valeurs de CE50 (concentration efficace pour piéger 50 % des radicaux libres) étaient de 28,7 ± 1,6 µg mL–1 et 5,4 ± 0,8 µg mL–1 pour les Se-NPs et l'acide ascorbique, respectivement. Nos données étaient incompatibles avec celles enregistrées selon lesquelles la CE50 des Se-NPs synthétisées par le filtrat de biomasse de la souche fongique Monascus purpureus était de 85,9 µg mL–154, indiquant l'activité antioxydante prometteuse des Se-NPs synthétisées ici.

Activité de piégeage du DPPH des Se-NPs synthétisées par l'endophyte P. verhagenii par rapport à l'acide ascorbique comme témoin.

Les substances antioxydantes ou piégeurs de radicaux libres sont celles qui interdisent les dommages cellulaires causés par des molécules instables ou des radicaux libres synthétisés sous des contraintes telles que des agents pathogènes, des contaminants, des substances radioactives, des toxines, etc.55. Les principaux symptômes de ces radicaux libres sont les rhumatismes, les dysfonctionnements immunitaires, la maladie de Parkinson, la leucémie, les crises cardiaques, les troubles métaboliques et l'insuffisance respiratoire56. L'origine de ces piégeurs de radicaux libres est soit des sources naturelles telles que les composés phénoliques, les flavonoïdes, les phytoestrogènes et les tanins, soit des sources synthétiques telles que les nanomatériaux38. Les nanoparticules de métal et d'oxyde métallique se caractérisent par leur capacité à éliminer les radicaux libres33,56. L'activité des Se-NPs en tant qu'antioxydants pourrait être attribuée à leur efficacité dans la remontée des sélénoenzymes telles que la glutathion peroxydase qui protègent les cellules de l'effet délétère des radicaux libres dans des conditions in vivo4,45. De plus, les antioxydants des NP pourraient être dus à l'inhibition et à la neutralisation des formations de radicaux libres DPPH par transfert d'électrons57. De plus, les propriétés uniques des NP, en particulier leur rapport surface/taille élevé, peuvent améliorer l'activité antioxydante58.

L'activité anticancéreuse des Se-NP synthétisées vertes a été étudiée contre deux cellules cancéreuses désignées par MCF7 et PC3, tandis que la biocompatibilité a été évaluée vis-à-vis de deux cellules normales représentées par Vero et WI38. La viabilité cellulaire et la prolifération cellulaire dues au traitement Se-NPs ont été évaluées par la méthode de dosage MTT. L'analyse des données a montré que la synthèse verte médiée par les souches fongiques endophytes des Se-NPs a une activité anticancéreuse prometteuse contre les lignées cellulaires cancéreuses testées d'une manière basée sur la concentration. À de faibles concentrations (≤ 62,5 µg mL–1), les Se-NP n'ont pas d'effets significatifs sur la viabilité des lignées cellulaires cancéreuses et normales (la viabilité cellulaire se situe entre 89 et 99 % pour toutes les cellules), alors qu'à un concentration de 125 µg mL–1, la viabilité de PC3 était de 89,7 ± 0,9 % par rapport aux lignées cellulaires cancéreuses de MCF7 (99,6 ± 3,2 %) et deux lignées cellulaires normales (98,4 ± 3,1 % et 99,9 ± 1,2 % pour Vero et WI38, respectivement) (Fig. 8). En augmentant la concentration de Se-NPs à 500 µg mL–1, la viabilité a été fortement diminuée pour les lignées cellulaires cancéreuses qui ont atteint 26,3 ± 1,8 % et 8,3 ± 0,9 % pour MCF7 et PC3, respectivement par rapport à la viabilité des lignées cellulaires normales (44,4 ± 0,7 % et 43,1 ± 0,9 % pour Vero et WI38, respectivement). Compatible avec les résultats obtenus, l'activité des Se-NPs phytosynthétisés dépendait des concentrations contre les lignées cellulaires cancéreuses de MCF-7, Caco-2, IMR-32 et de la lignée cellulaire normale Vero38. En outre, l'activité antiproliférative des Se-NPs synthétisées en exploitant les métabolites d'Acinetobacter sp. SW30 contre 4T1, MCF7, NIH/3T3 et HEK293 étaient de manière dépendante de la concentration32. L'analyse des données a montré que la toxicité de la synthèse verte à médiation fongique des Se-NP était la plus élevée contre PC3 par rapport à MCF7 (Fig. 8). D'autre part, la sensibilité de deux cellules normales à diverses concentrations de Se-NPs était similaire, sauf qu'à 250 µg mL–1, la viabilité de WI38 était diminuée par rapport aux cellules Vero.

Viabilité cellulaire en utilisant la méthode de dosage MTT des cellules cancéreuses (PC3 et MCF7) et des cellules normales (Vero et WI38) après traitement avec diverses concentrations de Se-NPs.

L'IC50 (concentration pour inhiber 50 % de la viabilité cellulaire) des Se-NPs a été évaluée à 225,7 ± 3,6, 283,8 ± 7,5, 454,8 ± 29,9 et 472,8 ± 5,8 µg mL–1 pour les cellules PC3, MCF7, WI38 et Vero lignes, respectivement. Les données obtenues révèlent l'orientation cible des Se-NPs vers les lignées cellulaires cancéreuses à de faibles concentrations par rapport aux lignées cellulaires normales. Cette découverte a confirmé la capacité d'intégrer les Se-NPs dans les secteurs biomédicaux à une concentration inférieure à 300 µg mL–1 pour être plus actifs contre les cellules cancéreuses avec des effets négligeables sur les cellules normales. Les effets cytotoxiques minimaux des Se-NPs synthétisés vis-à-vis des cellules normales pourraient être liés à l'équilibre redox normal, comme indiqué précédemment59.

L'examen microscopique des cellules traitées avec Se-NPs a montré la destruction complète ou partielle d'une monocouche de cellules épithéliales sous des concentrations élevées (voir données supplémentaires, Fig. S1, S2, S3, S4). De plus, à ces concentrations, les cellules ont tendance à s'arrondir ou à être granuleuses, à rétrécir, à flotter et à diminuer en nombre total. Ces impacts négatifs ont été réduits à de faibles concentrations, en particulier pour les cellules normales. La petite taille est la raison de l'activité cytotoxique en raison de leur efficacité à pénétrer les membranes cellulaires des mammifères et à interagir avec les composants cellulaires tels que les protéines, les acides nucléiques et les acides aminés entraînant un dysfonctionnement cellulaire60. De plus, la présence de Se-NPs à l'intérieur des cellules peut augmenter la génération de ROS qui ont des effets néfastes sur les mitochondries, et finalement à la mort apoptotique14. Shiny et al., ont rapporté que l'exposition de cellules de carcinome pulmonaire (A549) à des nanoparticules d'argent et de platine conduit à la destruction du cytosquelette cellulaire et donc à la libération d'enzymes spécifiques appelées enzymes LDH cytosoliques qui sont responsables de la lyse des cellules60.

L'utilisation de substances chimiques pour lutter contre les moustiques vecteurs a eu des impacts négatifs non seulement sur la santé humaine mais aussi sur l'environnement et l'émergence de nouveaux vecteurs résistants61. Par conséquent, il est urgent de construire des composés actifs sûrs, écologiques, rentables et à effet rapide. Ici, les Se-NPs à base de champignons ont montré une mortalité élevée contre les différents stades larvaires (I, II, III et IV) d'Aedes albopictus à diverses concentrations (10, 20, 30, 40 et 50 µg mL–1) (tableau 1). Comme indiqué, l'activité des Se-NPs contre les larves de stade était d'une manière dépendante de la concentration. La découverte obtenue était compatible avec la littérature sur l'effet des nanomatériaux verts synthétisés contre les moustiques vecteurs62,63. L'analyse des données a montré que la mortalité la plus élevée (85,1 ± 3,1 %) pour la larve de stade I a été enregistrée à une concentration de 50 µg mL–1, alors que ce pourcentage a diminué en diminuant la concentration pour atteindre 59,0 ± 2,0 % à 10 µg mL– 1. D'autre part, les Se-NPs telles que formées ont montré une activité élevée contre les larves de stade IV avec des pourcentages de mortalité de 31,3 ± 1,5, 34,1 ± 0,0, 42,2 ± 1,0, 46,2 ± 1,6 et 51,0 ± 1,0% pour des concentrations de 10 à 50 µg mL–1, respectivement.

L'analyse de la variance a révélé que la CL50 et la CL90 pour les larves des stades I, II, III et IV d'A. albopictus étaient (15,2, 33,6, 45,5 et 54,3 µg mL–1) et (132,8, 138,9, 142,4 et 180,3 µg mL–1), respectivement (tableau 1). Dans une étude similaire, la CL50 et la CL90 des Se-NPs d'origine végétale contre les larves d'A. albopictus se situaient entre (15,2–52,3 mg L–1) et (132,7–178,3 mg L–1), respectivement16. Les Se-NP fabriquées à partir d'extrait aqueux de feuilles de Clausena dentata ont montré une activité larvicide contre Culex quinquefasciatus, Aedes aegypti et Anopheles stephensi avec des valeurs de CL50 de 99,6, 104,1 et 240,7 mg L–1, respectivement64.

L'activité des Se-NPs envers A. albopictus pourrait être attribuée à leur efficacité à pénétrer la membrane cellulaire et à interagir avec différents composants cellulaires conduisant à un dysfonctionnement16. De plus, la présence de Se-NPs à l'intérieur de la cellule peut augmenter le stress oxydatif qui est ultime dans la mort cellulaire en générant des ROS toxiques. De plus, les Se-NP peuvent détruire les cellules en réagissant avec le groupe -SH des acides aminés ou des acides nucléiques contenant du phosphore65.

Les racines d'ail (Allium sativum L.) de plantes saines ont été collectées et utilisées comme source pour l'isolement d'endophytes fongiques. Notre travail est conforme aux directives et législations institutionnelles, nationales et internationales. L'ail est commun dans le monde entier et n'a pas besoin d'autorisation ou de licence car l'espèce avec laquelle nous travaillons est une culture cosmopolite qui n'est pas à risque ou endémique selon l'UICN. Les échantillons de racines ont été prélevés sur des terres agricoles dans le gouvernorat d'El-Menofia, en Égypte (30° 38′ 40,9″ N 30° 56′ 49,9″ E) avec l'autorisation (numéro : EM2/2022) du bureau agricole local du gouvernorat. Les racines de plants d'ail sains ont été collectées et conservées dans des sacs en polyéthylène stérilisés avant d'être transférées au laboratoire à l'aide d'une glacière. Au cours de la collecte d'échantillons, cinq plantes individuelles ont été obtenues, et de chaque plante, trois racines individuelles ont été collectées.

Les racines collectées sont rincées trois fois avec de l'eau du robinet pour éliminer toutes les particules adhérentes, puis rincées avec H2O distillée stérilisée. Après cela, les racines ont été soumises à une stérilisation de surface en les immergeant dans les solutions suivantes dans l'ordre : H2O distillé stérilisé pendant 60 s, éthanol (70 %) pendant 30 s, hypochlorite de sodium (2,5 %) pendant quatre minutes, éthanol (70 % ) pendant 30 s, et enfin laver les racines avec du dis stérilisé. H2O. Pour confirmer le processus de stérilisation de surface, le disque stérilisé. L'H2O du dernier lavage a été inoculée dans des milieux gélosés appropriés pour la croissance de différents micro-organismes (gélose nutritive pour les bactéries, Czapek Dox pour les champignons et nitrate d'amidon pour les actinomycètes). Les plaques inoculées ont été incubées dans des conditions appropriées et observées quotidiennement pour vérifier la croissance des microbes. L'absence de croissance microbienne dans les milieux gélosés inoculés indique le succès du processus de stérilisation de surface.

Les racines stérilisées ont été coupées en petits segments (4 mm/segment) et dix parties par plante individuelle ont été placées à la surface de la plaque de gélose Czapek Dox (5 segments/plaque) additionnée de chloramphénicol pour supprimer la croissance bactérienne. Les plaques ont été incubées à 25 ± 2 °C pendant 15 jours et observées quotidiennement pour vérifier l'apparition de la croissance fongique à partir des tissus végétaux internes, donc prélevées et réinoculées dans une nouvelle plaque. Les isolats fongiques purifiés ont été identifiés sur la base des caractéristiques morphologiques et culturelles selon les clés standard pour Penicillium spp.66, Aspergillus spp.67 et Alternaria spp.68.

L'efficacité de souches fongiques endophytes isolées à agir comme biocatalyseur pour fabriquer des Se-NPs a été étudiée. Un disque (10 mm) de chaque souche fongique a été inoculé séparément dans 100 ml de milieu de bouillon Czapek Dox et incubé à 25 ± 2 ° C pendant 7 jours sous agitation (150 tr/min). A la fin de la période d'incubation, la biomasse fongique a été recueillie par filtration du milieu de bouillon inoculé à l'aide de Whatman n° 1 et lavée trois fois avec du dis stérilisé. H2O pour retirer tous les composants de support adhérents. Environ 7 g de biomasse collectée pour chaque souche fongique ont été mis en suspension dans 100 ml de dis. H2O et incubé à 25 ± 2 °C pendant 24 h suivi d'une centrifugation pour recueillir le filtrat de biomasse qui a été utilisé pour fabriquer des Se-NP comme suit : 85,5 mg de précurseur métallique (Na2SO3) ont été dissous dans 10 mL de dis. H2O et ajouté à 90 mL de biomasse fongique pour obtenir une concentration finale de 5 mM. Le mélange a été soumis à une agitation à 40 °C pendant une heure et ajusté le pH à 8 en utilisant du NaOH 1 N, avant d'être laissé à température ambiante pendant une nuit dans des conditions sombres. La conversion de la couleur de l'incolore à la couleur rouge rubis indique la formation de Se-NP suivie de la mesure de leur absorbance à une longueur d'onde comprise entre 200 et 700 nm pour détecter la résonance plasmonique de surface maximale (SPR)31. Le filtrat de biomasse fongique sans précurseur métallique a été utilisé comme témoin. La souche fongique la plus puissante a été sélectionnée en raison de son efficacité à former la couleur rouge rubis la plus élevée et la valeur SPR maximale. Le résultat a été recueilli et rincé trois fois avec dis. H2O avant d'être séché à l'étuve à 200 °C pendant 4 h.

L'isolat fongique endophyte le plus puissant sélectionné, désigné par AR.1, a été soumis à une identification moléculaire par amplification et séquençage des gènes ITS selon le protocole de White et al.69. Le gène ITS a été amplifié à l'aide d'une amorce de ITS1 (5'CTTGTCATTTAGAGGAAGTAA-3') et ITS4 (5'TCCTCCGCTTATTGATATGC 3'). Le mélange PCR contenant les éléments suivants : 0,5 mM MgCl2, tampon PCR, 2,5 U Taq polymérase (QIAGEN, GERMANTOWN, MD-20874, USA), 0,5 µM de chaque amorce, 2,25 mM dNTP, ADN génomique extrait (5 ng). L'analyse a été réalisée à l'aide du DNA Engine Thermal Cycler (PTC-200, BIO-RAD, USA) et ajustée à 94 °C pendant trois minutes, suivies de 30 cycles à 94 °C pendant une demi-minute, 55 °C pendant une demi-minute, 72 °C pendant une minute, et enfin 72 °C pendant dix minutes. Les produits de PCR ont été contrôlés à l'aide de gel d'agarose (1%) avant d'être séquencés sur GATC Biotech [Société utilisant un séquenceur d'ADN (ABI-3730xl) en tant que partenaire de Sigma Aldrich, Le Caire, Egypte]. Les séquences obtenues ont été comparées par la base de données déposée dans GenBank par le progiciel ClustalX 1.8 (http://www.clustal.org/clustal2)70,71. L'analyse phylogénétique a été réalisée à l'aide du logiciel de méthode de jonction de voisins (MEGA v6.1), avec une confiance testée par analyse bootstrap (1000 répétitions).

L'infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) (modèle Cary-660) a été utilisé pour détecter les différents groupes fonctionnels dans la biomasse fongique ainsi que dans les Se-NPs telles que formées. Dans cette analyse, 10 mg de Se-NPs synthétisés ont été mélangés avec du KBr et pressés pour former un disque soumis à un balayage à une longueur d'onde comprise entre 400 et 4000 cm-122. La structure cristallographique de la synthèse verte médiée par les champignons des Se-NP a été évaluée par diffraction des rayons X (XRD, PANalytical-X'Pert-Pro-MRD) contenant une électrode CuKα comme source de rayons X (λ = 1, 54 Å). L'analyse a été réalisée à un courant et une tension de 30 mA et 40 kV respectivement dans la plage de valeurs 2θ de 10° à 80°. La taille des cristallites a été calculée sur la base de l'analyse XRD par l'équation de Debye-Scherrer comme suit :

où K est une constante de Scherrer qui était de 0,94, λ est la longueur d'onde du rayon X qui était de 1,54, β est la pleine largeur du pic de diffraction à un demi-maximum et θ est l'angle de diffraction.

Les caractéristiques morphologiques (forme et taille) ont été vérifiées par microscopie électronique à transmission (TEM, JEOL, Ltd-1010, Tokyo, Japon). La poudre de Se-NPs synthétisée verte a été mise en suspension dans H2O sous ultrasons et ajoutée quelques gouttes sur la grille de carbone TEM. La grille chargée a été laissée sécher avant d'être soumise à l'analyse72,73.

La diffusion dynamique de la lumière (DLS) (Nano-ZS, Malvern Ltd, Malvern, Royaume-Uni) a été utilisée pour étudier la distribution de taille dans la solution colloïdale. Les Se-NPs synthétisés ont été dispersés dans un solvant hautement pur (MiliQ H2O) pour éviter l'apparition d'ombre sur le signal lors de l'analyse de diffusion. De plus, la charge de surface des Se-NP synthétisés a été évaluée à l'aide d'un appareil Zeta-sizer (Nano-ZS, Malvern, Royaume-Uni)74.

L'activité des Se-NP à base de champignons en tant qu'agents antimicrobiens a été étudiée vis-à-vis d'un groupe de microbes pathogènes, notamment Escherichia coli ATCC8739, Pseudomonas aeruginosa ATCC9027 (bactéries Gram-négatives), Bacillus subtilis ATCC6633 et Staphylococcus aureus ATCC6538 (bactéries Gram-positives). En outre, l'activité a été évaluée par rapport à un groupe de souches cliniques de Candida désignées comme C. albicans, C. glabrata, C. tropicalis et C. parapsilosis qui ont été recueillies auprès du Laboratoire de microbiologie, Centre national de recherche, Gizeh, Égypte. L'activité antimicrobienne a été évaluée à l'aide de la méthode de diffusion en puits de gélose75. Dans cette méthode, les souches bactériennes et fongiques sélectionnées ont été repiquées sur des plaques de gélose nutritive (Ready-prepared, Oxoid) et de gélose sabouraud dextrose (contenant gL-1 : dextrose, 40 ; peptone, 10 ; gélose, 15), respectivement pendant une nuit à 35 ± 2 °C. Après cela, une seule colonie de chaque organisme a été prélevée et étalée uniformément par un écouvillon stérilisé sur la surface de la plaque de gélose Muller-Hinton (Prêt à l'emploi, Oxoid) suivi de la réalisation de quatre puits (0,6 mm de diamètre) dans chaque plaque. Ces puits ont été remplis avec 100 µL de la solution Se-NPs préparée (400, 300, 200, 100, 50, 25, 12,5 et 6,25 µg mL–1). Le système de solvant (DMSO) fonctionnait avec l'expérience comme témoin. Les plaques remplies ont été incubées à 35 ± 2 °C pendant 24 h. A la fin du temps d'incubation, les résultats ont été enregistrés sous la forme d'un diamètre d'une zone claire formée autour de chaque puits. La plus faible concentration de Se-NPs qui inhibe la croissance microbienne (valeur MIC) a été déterminée. L'expérience a été menée en triple.

L'activité antioxydante de la biosynthèse à médiation fongique des Se-NPs a été évaluée par la méthode DPPH (2,2-diphényl-1-picrylhydrazyl). Dans cette méthode, diverses concentrations de Se-NPs biosynthétisées (1,95–1000 µg mL–1) ont été préparées dans de l'eau très pure (Milli-Q H2O). Après cela, un ml de solution préparée a été ajouté à un tube à essai contenant un ml de DPPH (préparé dans du méthanol) et 450 µl de tampon Tris-HCl (pH 7,4, 50 mM), bien mélangé avant d'être incubé à 37 ° C pour une demi-heure sous agitation (100 rpm) dans l'obscurité. Une autre série d'expériences utilisant de l'acide ascorbique (témoin positif) a été menée dans les mêmes conditions/concentrations. De plus, le contrôle négatif qui était le tampon DPPH et Tris – HCl en l'absence de Se-NPs ou d'acide ascorbique fonctionnait avec l'expérience dans les mêmes conditions d'incubation. A la fin de la période d'incubation, l'absorbance de la couleur formée a été mesurée à 517 nm. Les pourcentages de piégeage des radicaux libres ont été calculés à l'aide de l'équation 6 suivante :

où AbC et AbT sont les absorbances du contrôle (acide ascorbique) et du traitement (Se-NPs), respectivement.

Les deux cellules cancéreuses, désignées par MCF7 (cancer du sein humain) et PC3 (cellule cancéreuse de la prostate), et deux cellules normales représentées par Vero (cellule épithéliale de rein de singe) et WI38 (fibroblaste pulmonaire humain) ont été achetées à la Holding Company for Biological Products and Vaccines (VACSERA), Le Caire, Égypte.

L'activité anticancéreuse des Se-NPs contre deux cellules cancéreuses (MCF et PC3) et le test de biocompatibilité envers deux cellules normales (Vero et WI38) ont été évalués à l'aide de la méthode de dosage MTT. Dans cette méthode, chaque type de cellule a été inoculé dans des plaques de culture tissulaire à 96 puits avec une intensité de 1 × 105 cellules/100 µL/puits et incubé à 37 °C pendant 24 h dans un incubateur à 5 % de CO2. Une fois la feuille monocouche formée, elle a été rincée deux fois avec un milieu de lavage et en ajoutant 100 µL de milieu de maintenance RPMI avec 2 % de sérum. Après cela, les cellules en croissance ont été traitées avec des concentrations doubles de Se-NPs (31,25–1000 μg mL–1) et incubées pendant 48 h. Trois puits sans Se-NPs ont été utilisés comme contrôle. Après la période d'incubation, le milieu restant dans chaque puits a été jeté et a reçu 50 µL de solution MTT (5 mg mL-1 de solution saline de tampon phosphate) et agité soigneusement pendant 5 min avant d'être incubé pendant 4 h à 37 °C. Après la période d'incubation complète, la solution de MTT a été jetée et l'ajout de 100 µL de DMSO (10 %) consistait à dissoudre le cristal de formazan formé par agitation pendant 30 min. L'absorbance de la couleur formée a été mesurée à 570 nm par un lecteur ELIZA76. Les changements morphologiques dans les cellules dus au traitement Se-NPs ont été observés en utilisant la microscopie inversée (Nikon, ECLIPSE Ts2, Shinjuku, Tokyo, Japon), tandis que les pourcentages de viabilité cellulaire ont été calculés par l'équation suivante :

où AbT et AbC sont respectivement les absorbances du traitement et du contrôle.

L'efficacité des Se-NPs dans la destruction des larves d'Aedes albopictus a été étudiée. Les larves du moustique A. albopictus ont été obtenues auprès du Centre d'entomologie médicale de Gizeh, en Égypte. Les larves collectées ont été conservées dans des gobelets en plastique remplis d'eau déminéralisée et conservées dans des conditions de laboratoire. Un mélange de levure et d'aliments pour chiens (1: 1 w/w) a été utilisé pour nourrir les larves. L'expérience a été menée à 70 % d'humidité relative, à 30 °C et dans des conditions de photopériode de 12 : 12 h (obscurité/lumière). L'expérience a été réalisée selon la norme des directives de l'OMS77. Dans cette méthode, 25 larves saines de chaque stade (I, II, III et IV) ont été incubées séparément dans un récipient contenant 200 ml d'eau du robinet mélangée à une concentration de Se-NPs (50, 40, 30, 20 et 10 µg mL–1) pendant 48 heures. Le récipient contenant de l'eau du robinet sans Se-NPs a été utilisé comme témoin. Les larves étaient considérées comme mortes si elles perdaient leur capacité à atteindre la surface de l'eau du robinet après avoir perturbé le récipient. Les pourcentages de mortalité ont été calculés à l'aide de l'équation suivante :

où A est la mortalité dans le contrôle et B est la mortalité dans le traitement. L'expérience a été réalisée en cinq répétitions pour chaque concentration de Se-NPs.

Le progiciel statistique SPSS v17 a été utilisé pour analyser les données obtenues et représentées au moyen de trois répétitions indépendantes. Le test t ou ANOVA suivi du test Tukey HSD à p < 0,05 a été utilisé pour mesurer la différence entre les traitements. Les pourcentages de mortalité des larves ont été mesurés par analyse probit, avec LC50 et LC90 calculés selon la méthode de Finney.

"Notre travail est conforme aux directives et législations institutionnelles, nationales et internationales."

Parmi quatre souches fongiques endophytes qui ont colonisé les racines d'ail, P. verhagenii a été sélectionné comme le meilleur producteur de Se-NPs. La souche sélectionnée a été identifiée par des méthodes traditionnelles ainsi que par séquençage des gènes ITS. Les Se-NPs synthétisés ont été caractérisés par spectroscopie UV – Vis, FT-IR, XRD, TEM, DLS et analyses potentielles Zeta. L'activité antimicrobienne, antioxydante, la cytotoxicité in vitro contre le cancer et les lignées cellulaires normales, et l'activité larvicide ont été étudiées. Les données ont montré des zones d'inhibition variées dues au traitement de bactéries Gram-positives pathogènes, de champignons Gram-négatifs et unicellulaires avec différentes concentrations et valeurs de CMI dans les plages de 12,5 à 100 µg mL–1. L'activité de piégeage des radicaux libres a été étudiée en utilisant la méthode DPPH par rapport à l'acide ascorbique. Les Se-NP révèlent une activité variée de piégeage du DPPH en fonction des concentrations comprises entre 31 et 87%. De plus, les Se-NPs ciblent les cellules cancéreuses, MCF7 et PC3 avec de faibles concentrations par rapport aux cellules normales, WI38 et Vero. Cette découverte favorise leur intégration dans le traitement du cancer sans effets négligeables sur les cellules normales. De plus, les Se-NPs telles que formées peuvent être utilisées comme agent larvicide pour un insecte biomédical, A. albopictus avec des pourcentages de mortalité de 51 % pour les larves de stade IV et de 85 % pour les larves de stade I à une concentration de 50 µg mL -1. Les données obtenues ont confirmé que les champignons endophytes possèdent un potentiel élevé pour fabriquer des Se-NPs actifs qui peuvent s'intégrer dans divers secteurs.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de la présente étude sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable. La séquence dans l'étude actuelle a été déposée dans NCBI (GenBank) à https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/OP471232.

Nanoparticules de sélénium

Cancer du sein humain

Cellule cancéreuse de la prostate

Cellules épithéliales de rein de singe

Fibroblaste pulmonaire humain

Bromure de 3-(4,5-diméthylthiazol-2-yl)-2,5-diphényltétrazolium

2,2-diphényl-1-picrylhydrazyle

Espaceur transcrit interne

Diméthylsulfoxyde

Organisation Mondiale de la Santé

Concentration minimale inhibitrice

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Hôpital universitaire universel de Tanta, Université de Tanta, Tanta, Égypte

Abdel-Rahman A. Nassar

Département de botanique et de microbiologie, Faculté des sciences, Université Al-Azhar, Nasr City, Le Caire, 11884, Égypte

Ahmed M. Eid, Hossam M. Atta et Amr Fouda

Département de microbiologie médicale et d'immunologie, Faculté de médecine, Université de Tanta, Tanta, Égypte

Wageih S. El Naghy

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Correspondance à Amr Fouda.

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Nassar, AR.A., Eid, AM, Atta, HM et al. Exploration des activités antimicrobiennes, antioxydantes, anticancéreuses, de biocompatibilité et larvicides des nanoparticules de sélénium fabriquées par la souche fongique endophyte Penicillium verhagenii. Sci Rep 13, 9054 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35360-9

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Reçu : 03 novembre 2022

Accepté : 17 mai 2023

Publié: 03 juin 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-35360-9

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