A lo largo de la historia de la humanidad, los hongos se han utilizado como fuente de alimentos y se han aprovechado para fermentar y conservar alimentos y bebidas. En el siglo XX, los seres humanos han aprendido a aprovechar los hongos para proteger la salud humana ( antibióticos , estatinas anticolesterol y agentes inmunosupresores), mientras que la industria ha utilizado hongos para la producción a gran escala de enzimas , ácidos y biosurfactantes . [1] Con la llegada de la nanotecnología moderna en la década de 1980, los hongos han seguido siendo importantes al proporcionar una alternativa más ecológica a las nanopartículas sintetizadas químicamente. [2]
Una nanopartícula se define como aquella que tiene una dimensión de 100 nm o menos. Los agentes reductores ambientalmente tóxicos o biológicamente peligrosos suelen estar involucrados en la síntesis química de nanopartículas [2] por lo que se han buscado alternativas de producción más ecológicas. [3] [4] La investigación actual ha demostrado que los microorganismos, los extractos de plantas y los hongos pueden producir nanopartículas a través de vías biológicas. [2] [3] [5] Las nanopartículas más comunes sintetizadas por hongos son la plata y el oro , sin embargo, los hongos se han utilizado en la síntesis de otros tipos de nanopartículas, incluyendo óxido de zinc , platino , magnetita , zirconia, sílice, titanio y puntos cuánticos de sulfuro de cadmio y seleniuro de cadmio .
Se ha investigado la síntesis de nanopartículas de plata utilizando muchas especies de hongos ubicuos, incluidos Trichoderma , [6] [7] Fusarium , [8] Penicillium , [9] Rhizoctonia , [ cita requerida ] Pleurotus y Aspergillus . [10] Se ha demostrado síntesis extracelular en Trichoderma virde , T. reesei , Fusarium oxysporm , F. semitectum , F. solani , Aspergillus niger , A. flavus , [11] A. fumigatus , A. clavatus , Pleurotus ostreatus , Cladosporium cladosporioides , [6] Penicillium brevicompactum , P. fellutanum , una especie endófita de Rhizoctonia sp., Epicoccum nigrum , Chrysosporium tropicum y Phoma glomerata , mientras que se ha demostrado que la síntesis intracelular ocurre en una especie de Verticillium [12] y en Neurospora crassa .
Se ha investigado la síntesis de nanopartículas de oro utilizando Fusarium , [13] Neurospora , [14] Verticillium , levaduras, [15] [16] y Aspergillus . La síntesis de nanopartículas de oro extracelulares se demostró mediante Fusarium oxysporum , Aspergillus niger y extractos citosólicos de Candida albican . La síntesis de nanopartículas de oro intracelulares se ha demostrado mediante una especie de Verticillum , V. luteoalbum , [17].
Además de oro y plata, Fusarium oxysporum se ha utilizado para sintetizar nanopartículas de zirconia, titanio, sulfuro de cadmio y seleniuro de cadmio. Las nanopartículas de sulfuro de cadmio también han sido sintetizadas por Trametes versicolor , Schizosaccharomyces pombe y Candida glabrata . [18] También se ha demostrado que el hongo de podredumbre blanca Phanerochaete chrysosporium es capaz de sintetizar nanopartículas de selenio elemental. [19]
Las técnicas y los medios de cultivo varían según los requisitos del aislado fúngico en cuestión, sin embargo, el procedimiento general consiste en lo siguiente: las hifas fúngicas se colocan típicamente en medios de crecimiento líquidos y se colocan en un cultivo agitado hasta que el cultivo fúngico haya aumentado en biomasa. Las hifas fúngicas se retiran del medio de crecimiento, se lavan con agua destilada para eliminar el medio de crecimiento, se colocan en agua destilada y se incuban en un cultivo agitado durante 24 a 48 horas. Las hifas fúngicas se separan del sobrenadante y se agrega una alícuota del sobrenadante a una solución de iones de 1,0 mM. Luego, la solución de iones se monitorea durante 2 a 3 días para detectar la formación de nanopartículas. Otra técnica de cultivo común es agregar hifas fúngicas lavadas directamente a una solución de iones de 1,0 mM en lugar de utilizar el filtrado fúngico. El nitrato de plata es la fuente de iones de plata más utilizada, pero también se ha utilizado sulfato de plata . [ cita requerida ] El ácido cloroáurico se utiliza generalmente como fuente de iones de oro en varias concentraciones (1,0 mM [13] y 250 mg a 500 mg [17] de Au por litro). La síntesis de nanopartículas de sulfuro de cadmio para F. oxysporum se realizó utilizando una proporción 1:1 de Cd 2+ y SO 4 2− a una concentración de 1 mM. [20] Las nanopartículas de oro pueden variar en forma y tamaño dependiendo del pH de la solución de iones. [17] Gericke y Pinches (2006) informaron que para V. luteoalbum se forman nanopartículas de oro esféricas pequeñas (cc.10 nm) a pH 3, nanopartículas de oro más grandes (esféricas, triangulares, hexagonales y en forma de varilla) se forman a pH 5, y a pH 7 a pH 9 las nanopartículas grandes tienden a carecer de una forma definida. Las interacciones de temperatura para las nanopartículas de plata y oro fueron similares; Una temperatura más baja dio como resultado nanopartículas más grandes, mientras que temperaturas más altas produjeron nanopartículas más pequeñas. [17]
En el caso de las nanopartículas de plata sintetizadas externamente, la solución de iones de plata generalmente se vuelve de color marrón, [7] [8] [9] pero esta reacción de oscurecimiento puede estar ausente. [ cita requerida ] En el caso de los hongos que sintetizan nanopartículas de plata intracelulares, las hifas se oscurecen hasta alcanzar un color marrón mientras que la solución permanece transparente. En ambos casos, la reacción de oscurecimiento se atribuye a la resonancia plasmónica de superficie de las nanopartículas metálicas. [6] [21] En el caso de la producción externa de nanopartículas de oro, el color de la solución puede variar según el tamaño de las nanopartículas de oro; las partículas más pequeñas aparecen de color rosa mientras que las partículas grandes aparecen de color púrpura. La síntesis intracelular de nanopartículas de oro normalmente vuelve las hifas de color púrpura mientras que la solución permanece transparente. Se informó que las nanopartículas de sulfuro de cadmio sintetizadas externamente hacen que el color de la solución parezca amarillo brillante. [20]
La microscopía electrónica de barrido ( SEM ), la microscopía electrónica de transmisión ( TEM ), el análisis de energía dispersiva de rayos X ( EDX ), la espectroscopia UV-vis y la difracción de rayos X se utilizan para caracterizar diferentes aspectos de las nanopartículas. Tanto SEM como TEM se pueden utilizar para visualizar la ubicación, el tamaño y la morfología de las nanopartículas, mientras que la espectroscopia UV-vis se puede utilizar para confirmar la naturaleza metálica, el tamaño y el nivel de agregación. El análisis de energía dispersiva de rayos X se utiliza para determinar la composición elemental, y la difracción de rayos X se utiliza para determinar la composición química y la estructura cristalográfica. Los picos de absorción UV-Vis para nanopartículas de plata, oro y sulfuro de cadmio pueden variar según el tamaño de partícula: las partículas de plata de 25-50 nm alcanzan un pico de aproximadamente 415 nm, las nanopartículas de oro de 30-40 nm alcanzan un pico de aproximadamente 450 nm, mientras que un borde de absorción de sulfuro de cadmio de aproximadamente 450 es indicativo de partículas de tamaño cuántico. [20] Las nanopartículas más grandes de cada tipo tendrán picos o bordes de absorción UV-Vis que se desplazarán a longitudes de onda más largas, mientras que las nanopartículas más pequeñas tendrán picos o bordes de absorción UV-Vis que se desplazarán a longitudes de onda más cortas.
Se sugirió que la nitrato reductasa inicia la formación de nanopartículas por muchos hongos, incluidas las especies de Penicillium , mientras que varias enzimas, reductasas dependientes de α-NADPH, reductasas dependientes de nitrato y una quinona lanzadera extracelular, estuvieron implicadas en la síntesis de nanopartículas de plata para Fusarium oxysporum . Jain et al. (2011) indicaron que la síntesis de nanopartículas de plata para A. flavus ocurre inicialmente por una proteína de "33 kDa" seguida de una atracción electrostática de proteínas (cisteína y grupos amina libres) que estabiliza la nanopartícula formando un agente de recubrimiento. [11] La síntesis intracelular de nanopartículas de plata y oro no se entiende completamente, pero se ha propuesto una atracción electrostática, reducción y acumulación similares en la superficie de la pared celular de los hongos. [20] La síntesis externa de nanopartículas de oro por P. chrysosporium se atribuyó a la lacasa , mientras que la síntesis intracelular de nanopartículas de oro se atribuyó a la ligninasa . [20]
La síntesis de nanopartículas de sulfuro de cadmio por levaduras implica el secuestro de Cd 2+ por péptidos relacionados con el glutatión, seguido de una reducción dentro de la célula. Ahmad et al. (2002) informaron que la síntesis de nanopartículas de sulfuro de cadmio por Fusarium oxysporum se basaba en un proceso de sulfato reductasa (enzima).
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