biosíntesis resumen

5/17/2018 Bios ntesis Resumen - slidepdf.com

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Review Article

Biosíntesis de Nanopartículas

ABRIL 2012

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Biosíntesis Resumen

Abstract En el trabajo se abordan de forma general los mecanismos de la biosíntesis

de nanopartículas mediante bacterias, microorganismos, actinomicetos, hongos,plantas y virus, en varias tablas se muestran las relaciones de nanopartícula con elmicroorganismo que lo sintetiza. Esto con la finalidad de ver como en la naturalezaes posible la nanotecnología de manera segura, eficiente, sin daño al medioambiente, es decir, ecológicamente amigable. Además vemos las ventajas ydesventajas que se tienen al usar la biosíntesis en sus diferentes formas, parapoder aplicarlo en la vida diaria a favor del ser humano en los aspectos de salud,por medicamento y tratamiento, en la tecnología que facilita y mejora la calidad devida y con el tratamiento de los residuos peligrosos ya sean tóxicos y dañinos.

ContenidoBiosíntesis Resumen. ................................................................................... 1

Resumen. ...................................................Error! Bookmark not defined.

Introducción. .............................................................................................. 3

Fundamentos. ........................................................................................... 4

Biosíntesis. ............................................................................................ 4

Ventajas ................................................................................................. 7

Desventajas. .......................................................................................... 7

Aplicaciones. ............................................................................................. 7

Ejemplos. ................................................................................................ 10

Nanopartículas de oxido ...................................................................... 12

Nanopartículas sulfatadas ................................................................... 14

Otras Nanopartículas: .......................................................................... 15

Conclusiones. .......................................................................................... 16

Bibliografía. ............................................................................................. 17

0.1Diagrama de flujo que denota la biosíntesis de las nanopartículas……………4

Tabla 1.- Nanopartículas metálicas sintetizadas por microorganismos…………...12

Tabla 2.- Nanopartículas Oxidas sintetizadas por microorganismos…………..…..14

Tabla 3.- Nanopartículas Sulfatadas sintetizadas por microorganismos…………..15

Tabla 4.- Otras nanopartículas sintetizadas por microorganismos…………………16



Introducción.

Las nanopartículas han atraído gran atención debido a sus inusuales y

fascinantes propiedades que dan ventajas sobre las contrapartes en masa. Setienen métodos físicos, químicos, biológicos e híbridos para sintetizar diferentesnanopartículas. Aunque los métodos físicos y químicos son más populares, el usode químicos tóxicos limita mucho su uso en aplicaciones biomédicas i. De ahí queel desarrollo de un método confiable, no toxica y ambientalmente amigable, para lasíntesis de nanopartículas es de suma importancia poder aumentar susaplicaciones biomédicas. Una de las opciones de este método es usarmicrorganismos para sintetizar nanopartículas.ii

Nanopartículas producidas por un proceso enzimático bio-génico son muysuperiores, de varias maneras, que aquellas producidas por métodos químicos i. A

pesar de que los últimos métodos son capaces de producir grandes cantidades denanopartículas con un tamaño y forma definido, en un tiempo relativamente corto,son complicados, costosos, obsoletos, ineficientesy producen peligrosos desechostóxicos que son perjudiciales, no sólo para el medio ambiente, sino también parala salud humana. Con un proceso enzimático, el uso de productos químicoscaros se elimina y una ruta “verde” no tan energético como el método químico yfavorable al medio ambiente. El enfoque “biogenético” se ve apoyado por el hechode que la mayoría de las bacterias habitan condiciones ambientales de diferentestemperaturas, pH, y presión. Las partículas generadas por estos procesos tienenmayor reactividad catalítica, una mayor área de superficie y un mejor contactoentre la enzima y la sal de metal en cuestión, debido a la matriz de la bacteriana. iii

Las nanopartículas son biosintetizadas cuando los microorganismos tomaniones de su entorno y luego los reducen en iones metálicos a través de enzimasgeneradas por actividades de las célulasii. Se pueden clasificar en intracelular yextracelular dependiendo de la localización en donde se forman lasnanopartículas. El método Intracelular cosiste en el transporte de iones en lacélula microbiana para formar nanopartículas en presencia de enzimas. La síntesisExtracelular de nanopartículas implica atrapar los iones metálicos sobre lasuperficie de las células y la reducción de los iones en la presencia de enzimas.Las nanopartículas biosintetizadas se han utilizado en una variedad deaplicaciones, incluyendo las liberación fármacos localizada, tratamientos decáncer, terapia genética y análisis de ADN, agentes anti-bacteriales, biosensores,mejorando las velocidades de reacción, e imágenes de resonancia magnética(MRI por sus siglas en ingles).iv



Fundamentos.

Biosíntesis.Biosíntesis se refiere a la aplicación de principios biológicos para la

formación de materiales. Es uno de los procesos primarios en la biomimética(sistema de biosíntesis) que implica biorreducción. Inicialmente las bacteriasfueron utilizadas para sintetizar nanopartículas y esto se consiguió después con eluso de hongos, actinomicetos, y más recientemente plantas. A continuación unaexplicación general de los diferentes formas en que se aplica biosíntesis.

0.1Diagrama de flujo que denota la biosíntesis de las nanopartículas iV .

El uso de bacterias para sintetizar nanopartículas.

El uso de células microbianas para la síntesis de materiales nanométricasha surgido como un nuevo método para la síntesis de nanopartículas metálicas. Apesar de los esfuerzos dirigidos hacia la biosíntesis de los nanomateriales sonrecientes, las interacciones entre los microorganismos y los metales han sido biendocumentados y la capacidad de los microorganismos para la extracción y / oacumulación de estos metales se emplea en los procesos comerciales de labiotecnología como la biolixiviación y la biorremediaciónv.

Se sabe que las bacterias producen materiales inorgánicos. Losmicroorganismos son considerados como una biofábrica potencial para la síntesisde nanopartículas como el oro, la plata y el sulfuro de cadmio. Algunos ejemplosbien conocidos de bacterias sintetizan materiales inorgánicos incluyen bacteriasmagnetotácticas (sintetizan nanopartículas magnéticas) y bacterias de capa S queproducen yeso y capas de carbonato de calciovi.



Algunos microorganismos pueden sobrevivir y crecer incluso en unaconcentración elevada de iones de metal debido a su resistencia al metal. Losmecanismos involucrados son: sistemas de flujo de salida, la alteración de lasolubilidad y la toxicidad a través de reducción u oxidación, biosorción,bioacumulación, complejación extracelular o la precipitación de los metales y la

falta de sistemas específicos de transporte de metal.Muchos microorganismos son conocidos para producir cristales minerales

nanoestructurados y nanopartículas metálicas con propiedades similares a losmateriales sintetizados químicamente, mientras que se puede ejercer un controlestricto sobre el tamaño, forma y composición de las partículas.vii

En el caso de bacterias, la mayoría de los iones metálicos son tóxicos y porlo tanto, la reducción de los iones o la formación de complejos insolubles en aguaes un mecanismo de defensa desarrollado por las bacterias para superar dichatoxicidad.

El uso de actinomicetos para sintetizar nanopartículas.

Actinomicetos son microorganismos que comparten característicasimportantes de los hongos. Los actinomicetos se han utilizado principalmente porsu habilidad excepcional para producir metabolitos secundarios, como losantibióticos. Se ha observado que un nuevo tipo de actinomiceto, puede serutilizado para el sintetizado de nanopartículas (extracelularmente) cuando seexpone a los iones correctos bajo condiciones alcalinasviii.

En un esfuerzo para elucidar el mecanismo o los procesos que favorecen laformación de nanopartículas con características deseadasix [9], estudió laformación de las nanopartículas monodispersas de oro en la especieThermomonospora y concluyó que a extremas condiciones biológicas tales comolas condiciones de temperatura elevada y un ambiente ligeramente alcalino, fueronfavorables para la formación de partículas monodispersas. En este estudio seobservó que la concentración de nanopartículas era mayor en la membranacitoplasmática. Esto podría haberse debido a la reducción de iones metálicos porlas enzimas presentes en la pared celular y en la membrana citoplasmática, perono en el citosol. De los iones metálicos se encontró que son no tóxicos para lascélulas, que siguen multiplicandose incluso después de la formación de lasnanopartículas.

El uso de hongos para sintetizar nanopartículas.

Los hongos han sido ampliamente utilizados para la biosíntesis de lasnanopartículas y los aspectos mecanicistas que rigen la formación denanopartículas también se han documentado para algunos de ellos. Además de lamonodispersidad, las nanopartículas con dimensiones bien definidas se puedenobtener utilizando los hongos. En comparación con las bacterias, los hongos



podrían ser utilizados como una fuente para la producción de grandes cantidadesde nanopartículas. Esto es debido al hecho de que los hongos secretan máscantidades de proteínas que se traducen directamente a una mayor productividaden la formación de nanopartículasx.

La secreción extracelular de los microorganismos ofrece la ventaja deobtener grandes cantidades en un estado relativamente puro, libre de otrasproteínas celulares asociadas con el organismo con el procesamientorelativamente sencillo.

El uso de enzimas específicas secretadas por hongos en la síntesis denanopartículas parece prometedor. Comprender la naturaleza de lasnanopartículas biogénicas sería igualmente importante. Esto conduciría a laposibilidad de microorganismos genéticamente modificados para generarmoléculas específicas y tener así los reductores y agentes de nivelación correctosy así controlar el tamaño y forma de las nanopartículas biogénicasxi.

El uso de plantas para sintetizar nanopartículas.

La ventaja de usar las plantas para la síntesis de nanopartículas es queson de fácil disposición, seguras de manejar y poseen una amplia variabilidad delos metabolitos que pueden ayudar en la reducción de iones. Un número deplantas están siendo actualmente investigadas por su papel en la síntesis denanopartículas. Las nanopartículas de plata, níquel, cobalto, zinc y cobre tambiénse han sintetizado en el interior de las plantas vivas. Algunas plantas se sabe quese acumulan mayores concentraciones de metales en comparación con los demásy que estas plantas se denominan como hiperacumuladoras. De las plantasinvestigadas, Brassica juncea tiene mejor capacidad para acumular metal y

posteriormente asimilarlo como nanopartículas.Mientras que los hongos y bacterias requieren un tiempo de incubación

relativamente largo para la reducción de los iones metálicos, los fitoquímicossolubles en agua pueden hacerlo en un tiempo mucho menor. Por lo tanto encomparación con las bacterias y los hongos, las plantas son mejores candidatospara la síntesis de nanopartículas. Tomando el uso de técnicas de cultivo detejidos vegetales y los otros procedimientos, es posible sintetizar nanopartículasmetálicas así como nanopartículas de óxido en una escala industrial, una vez quetemas como el estado metabólico de la planta y otros detalles se tratanadecuadamentexii.

Bioplantillas.

La bioplantilla es el uso de estructuras ordenadas de sistemas biológicos,como base para el crecimiento de materiales con dimensiones nanométricas.Aprovechando el ordenamiento se obtienen propiedades ópticas, electrónicas,mecánicas que de otra forma no se podrían obtener fácilmente.



Como ejemplo se tiene al silicio como estabilizador de metales usando elarreglo del virus de mosaico de la planta del tabacoxiii,

Ventajas

La necesidad de la biosíntesis de las nanopartículas aumentó debido a quelos procesos físicos y químicos son muy costosos en su mayoría. Así que, en labúsqueda de vías más baratas para la síntesis de nanopartículas, los científicosutilizaron microorganismos y los extractos de plantas para la síntesis de éstas. Lanaturaleza ha diseñado varios procesos para la síntesis de nano -y micro-partículas a gran escala abriendo el camino a la relativamente nueva e inexploradainvestigación basada en la biosíntesis de los nano materiales.

La biosíntesis de las nanopartículas es una especie de enfoque de “bottom-up”, donde la reacción principal es la reducción / oxidación. Las enzimasmicrobianas o los fitoquímicos de las plantas con propiedades antioxidantes o lareducción son generalmente responsables de la reducción de los compuestosmetálicos en las nanopartículas.

La Síntesis de partículas usando bioorganismos es compatible con losprincipios de la química “verde”: el organismo biológico es(i) ecológico como son(ii) el agente reductor empleado y (iii) el agente de nivelación en la reacción. Amenudo los métodos de síntesis química conducen a la presencia de algunasespecies químicas tóxicas adsorbidos sobre la superficie que pueden tener efectosnegativos en las aplicaciones médicas (xiv). Este no es un problema cuando setrata de nanopartículas biosintetizadas ya que son ecológicas y biocompatibles

para aplicaciones farmacéuticas.

Desventajas.

Métodos microbiológicos generan nanopartículas a un ritmo mucho máslento que el observado cuando se utilizan los extractos de plantas. Este es uno delos mayores inconvenientes de la síntesis biológica de nanopartículas utilizandomicroorganismos y debe ser corregido si debe competir con otros métodos

Aplicaciones.

Bioanálisis: El mercado de las investigaciones de las ciencias de la vidabusca continuamente mejoras en las herramientas bioanalíticas de investigacióncon respecto a la miniaturización, capacidad para llevar a cabo experimentos enparalelo y mejoras en la sensibilidad. Existen limitaciones asociadas con laprecisión y resolución de los métodos de etiquetado fluorescente y a menudo la



velocidad y el costo de métodos de amplificación también crean un cuello debotella crítico en el diseño de sistemas bioanalítico de ultra-alto rendimiento.

Las plataformas tecnológicas bioanalíticas a nanoescala tratan de eliminaralgunas de estas limitaciones. Estas plataformas incluyen el uso de nanopartículas(puntos, barras, varillas), como las etiquetas de las biomoléculas para laseparación y detección, así como los sistemas de fluidos, nanoporos y el auto-montaje de las matrices de las nanopartículas.

Estas aplicaciones son más susceptibles a los formatos de ultra-altorendimiento y, teóricamente, proporcionar una detección más sensible, altamenteespecífica y de capacidad de análisis. Por ejemplo, los avances actuales que seestán realizando con nanopartículas prometen mejorar significativamente lageneración de la señal y la detección de alto rendimiento, ensayos biológicosmultiplexados.

Si tiene éxito, estos acontecimientos en gran medida mejorar la

productividad de la investigación en ciencias de la vida, se reduceríansignificativamente el tiempo, esfuerzo y los gastos de preparación de ADN demuestras y análisis y encontrar una amplia aplicación en la clínica de alimentos,agricultura y medio ambiente, los mercados.

Diagnóstico: La nanotecnología es la base de los avances en el campo debiosensores mediante el uso de nuevos materiales, ingeniería de superficies ytécnicas mejoradas de modelado e integración de sistemas. Los biosensores seestán desarrollando con el uso de nanocables, las matrices de nanopartículas ynanofluidos como sistemas principales de los dispositivos, es probable que incluyala integración de muchos de estos componentes. Estos materiales permiten unasensibilidad sin precedentes en nuestro entorno interno y externo.

Por ejemplo, con la capacidad de detectar las proteínas hasta unas pocasmoléculas, el campo del diagnóstico puede ser llevado al nivel fundamental de unasola célula. Y para la monitorización del paciente y el diagnóstico, el análisispuede requerir solamente un solo aliento. La clave para biosensores radica en lasensibilidad de detección molecular, que a menudo se determina por el método defijación de biomoléculas a la superficie del sensor. Métodos generales deacoplamiento de las biomoléculas a los sensores incluyen la adsorción física,enlace covalente, el atrapamiento de membrana porosa y la encapsulación. Ladetección puede ser realizada ópticamente, electroquímicamente, térmicamente omediante otras técnicas. El mercado biosensor se puede dividir en tres categorías

básicas: diagnóstico para su uso clínico y de investigación, la seguridad deproductos alimenticios y de consumo y de defensa química y guerra biológica.

Terapéutica: Si bien algunas de las primeras aplicaciones han aparecidoen los protectores solares y cosméticos, se han desarrollado métodos para laadministración de fármacos in vivo a través de nanopartículas como nanocristales,nanoesferas y nanocápsulas. Por la naturaleza de su tamaño, estos sistemas desuministro de nano pueden atravesar los límites de la membrana y puede ser



fácilmente absorbido por el torrente sanguíneo. Su química de superficie puedeser modificada para mostrar una alta concentración de un fármaco terapéutico otejidos específicos de moléculas dirigidas; alternativamente, el fármaco puede serencapsulado por actividad controlada de modo silencioso.

El mercado de entrega de la droga se estima en $ 20 millones en 2002 ycreciente a causa de las nuevas tecnologías que reviven los medicamentos conmenos de lo favorable de la biodisponibilidad oral. Las drogas pueden serreformulada como nanocristales o encapsulado para la captación más eficiente. Lananotecnología puede ser capaz de acelerar la acción terapéutica de proteínas ymacromoléculas de drogas, para atacar enfermedades infecciosas y el cáncer.Tecnología de nanopartículas por inhalación proporciona una alternativa amigablecon el paciente a la inyección y puede permitir una estrategia de dosis más bajacon fármacos de proteínas como la insulina. Con la capacidad de cruzar la barrerasangre-cerebro, puede haber nuevos métodos para diagnosticar y tratar lasenfermedades neurodegenerativas. Y, por último, hay nuevos tratamientosprometedores utilizando nanocápsulas para la eliminación de colesterol.

Los dispositivos médicos: Los dispositivos de nanoescala abre un nuevohorizonte en el diagnóstico y tratamiento médico, ya que los avances tecnológicosen materiales y biosensores ser precursores para avanzar en aplicacionesmédicas. Los nanomateriales tendrá un fuerte impacto en los mercados de losagentes de contraste de resonancia magnética y rayos X, estimada en cerca de $400 millones y US $ 3 mil millones por año, respectivamente. Los agentes decontraste actuales requieren cateterismo y tienen especificidad tisular limitado ylas tasas de retención, lo que requiere de imágenes inmediata. Aquí, lasnanopartículas pueden ser útiles en dosis más bajas para el tejido específico delos beneficiarios y la retención.

Más significativamente, las nanopartículas tienen la ventaja de la lentadifusión de la circulación sanguínea, lo que podría permitir la obtención deimágenes del sistema circulatorio especialmente útil en casos de accidentecerebrovascular. En el área del tratamiento del cáncer, la eliminación de lostumores se realiza normalmente a través de una combinación de cirugía,quimioterapia y radiación, en diversos grados de éxito, pero con algún costo parala salud general del paciente. Similar a la entrega de fármacos, las nanopartículaspueden ser útiles como sondas específicas del sitio para la destrucción de tejidos.Para aplicaciones futuras, silicio nanoestructurado puede resultar útil comoandamiaje temporal en cirugía reconstructiva hueso. Prótesis puede ser diseñado

con interfaz nanoporoso para mejorar la integración de las estructuras artificiales ytejidos vivos.

Proteína de diseño para el procesamiento de la información óptica: Porejemplo, las biopelículas revestidas con la proteína puede ser producido por lotanto la creación de sistemas ópticos de memoria de datos con capacidadesextremadamente altas. En los últimos años, las herramientas biotecnológicasnecesarias se han establecido de manera que se puede bacteriorodopsina



tecnológicamente explotado. La investigación se realiza actualmente en laintegración del nuevo material en los sistemas ópticos listo para su aplicación.

Ejemplos

Nanopartículas de Oro:

Biosíntesis de nanopartículas emerge como bionanotecnología (que es elcruce de nanotecnología con biotecnología), Y ha recibido mucha atención debidoa la creciente necesidad de crear tecnologías amables con el medio ambiente ensíntesis de materiales.

Sastry y su equipo han reportado síntesis extracelular de nanopartículas deoro por hongos fasarium oxyporum y por actionomycete thermomonospora .También reportaron síntesis de nanopartículas de oro intracelularmente por elhongo Verticilium xiv. Southam y Beridge demostraron que las partículas de oro condimensión nanométrica pueden fácilmente ser precipitados dentro de las célulasde la bacteria incubándolas con iones de Au3+ xv. Nanoparticulas de oromonodispersas han sido sintetizadas usando alkalotolerant Rhodococcus bajocondiciones biológicas extremas como ambiente alcalino y temperaturas elevadastenuemente. Lengke et al. Se le atribuye la síntesis de nanoestructuras de oro dediferentes estructuras por filamentos complejos de cyanobacteria a partir de Auanalizando sus mecanismos de formaciónxvi. Otros autores reportan el crecimientode nano cristales y nano aleaciones usando Lactobacilus. Los ejemplos seresumen en la tabla 1.

Nanopartículas de plata:

Como sus contrapartes en masa, las nanopartículas de plata muestranpropiedades antimicrobiales en contra de bacteria “Gram-positiva y Gram-negativa”, incluyendo variantes multiresistentes. Recientemente científicos se hanesforzado para usar microorganismos como posibles nanofabricas amigables alambiente durante la síntesis de nanopartículas de plataxvii. Varios microbios sonconocidos por reducir los iones de Ag+ para formar nanopartículas de plata, lamayoría de las cuales son partículas esféricasxviii. Klaus y colaboradores hanmostrado que cuando la bacteria Pseudomonas stutzari AG259, es colocada en

una solución controlada de nitrato de plata, juega un papel importante en lareducción de los iones de Ag+ y en la formación de nanopartículas de plata de untamaño definido y una topografía distintiva dentro del espacio periplasmico de labacteriaxix. Nanoparticulas de plata fueron sintetizadas en forma de una película,procesadas en solución y se acumularon en la superficie de sus células, cuandohongos como Ventricilium , Fusarium oxysporum , o Aspergillus flavus fueronusados respectivamente.xx xxi xxii xxiii. Algunos otros microrganismos usados paraproducir nanopartículas de plata son citados en tabla 1.



Nanopartículas de Aleaciones:

Estas son de gran interés debido a sus aplicaciones en catálisis,electrónica, como materiales ópticos y recubrimientos. Senapati et al. reportaron lasíntesis de la aleación bimetálica Au-Ag por F.oxyporum y se discute que el factorclave NADH juega un rol muy importante en determinar la composición de lasnanopartículas de Au-Agxxiv. Zheng et al. Estudiaron la síntesis de Au-Ag mediantecélulas de levadura. Fluorescencia y caracterizaciones por el microscopioelectrónico de trasmisión, indican que la aleación de nanopartículas de Au-Agfueron mayormente sintetizadas mediante un enfoque extracelular y generalmenteexistieron en forma de polígonos irregularesxxv. Otros autores muestran que lasíntesis de nanopartículas de Au-Ag tipo núcleo-coraza (core-shell) a partir deespecies de hongos Fusarium semitectum y mostraron que las suspensiones denanopartículas son estables por algunas semanas xxvi

Otro tipo de Nanopartículas metálicas

Se sabe que metales pesados son tóxicos para los microrganismos. En lanaturaleza, la resistencia microbiana a los metales pesados se debe a ladesintoxicación química, así como, a su flujo de iones dependiente de la energíade la célula por proteínas de membrana que funciona como ATPase o como catiónquemiosmotica o anti transportadores de protones. La alteración en la solubilidadtambién juega un papel muy importante en la resistencia microbial3. Konishi ycolaboradores reportan que las nanopartículas de platino fueron logradas usandoreducción de iones con la bacteria Shawanella algae xxvii. Reposando las célulasde S. algae fueron capaces de reducir PtCl6

2- en iones de platino a temperatura

ambiente y pH neutral dentro de 60 minutos cuando lantánidos fueron aplicadoscomo donadores de electrones. Dichas nanopartículas se encontraron alrededorde los 5nm dentro de periplasma17.Sinha y Khare demostraron que lasnanopartículas de mercurio pueden ser sintetizadas por células de Enterobacter sp. Las condiciones de cultivo (pH 8.0 y menor concentración de mercurio)promueven la síntesis uniforme de esferas de 2-5nm y buena monodispersidadintracelularxxviii.

Microrganismos ProductosTemperaturade Cultivo

Tamaño(nm)

Tipo deBiosíntesis

Trichoderma viride Ag 27 5 a 40 ExtracelularPhaenerochaete chryiporium Ag 37 50 a 200 Extracelular

Bacilius lucheniformis Ag 37 50 Extracelular

Echerichia coli Ag 37 50 Extracelular

Corynebacterium glutamicum Ag 30 5 a 50 Extracelular

Trichoderma viride Ag 10 a 40 2 a 4 Extracelular

Aspergillus flavus Ag 258.92 +-1.61

Extracelular



Aspergillus fumigatus Ag 25 5 a 25 Extracelular

Verticilium sp. Ag 25 25+-8 Extracelular

Fasarium oxyporum Ag 25 5 a 50 Extracelular

Bacililus cereus Ag 37 4 a 5 Intracelular

Sagrassum wightii Au N/A 8 a 12 Extracelular

Shewenella oneidensis Au 30 12 a 5 Extracelular

Plectonema boryanumUtex 845

Au 2510nm -6µm

Extracelular

Escherichia coli Au 37 20 30 Extracelular

Yarrowia lipolytica Au 30 15 Extracelular

Pseudomonas aeruginosa Au 37 15 a 30 Extracelular

Rhodopseudomonascapsúlate

Au 30 10 a 20 Extracelular

Ureibacillus thermophaericus Au 60 a 80 50 a 70 Extracelular

Rhodococcus sp. Au 37 5 a 15 Intracelular

Plectonemboryanum Au 25-100 <10 a 25 Intracelular

Candida utulis Au 37 NA Intracelular

V. Luteoalbum Au 37 NA Intracelular

Shewanella algae Au 25 10 a 20 Intracelular

Brevibacterium casei Au,Ag 37 10 a 50 Intracelular

Neurospora crassa Au,Au/Ag 2832, 20 a50

Intracelular,Extracelular

Yeast Au/Ag 30 9 a 25 Extracelular

Fasarium oxyporum Au-Ag alloy 25 8 a 14 Extracelular

Enchirichia coli CdTe 37 2 a 3.2 Extracelular

Entrobacter sp Hg 30 2 a 5 Intracelular

Desulfovibrio desulfuricans Pd 25 50 Extracelular

Shewanella algae Pt 25 5 Intracelular

Shewanella sp Se 30 181 +- 40 Extracelular

Pyrobaculum islandicumU(VI),Tc(VII),Cr(VI),Co(III),Mn(IV)

100 NA Extracelular

Tabla 1 Nanoparticulas metálicas sintetizadas por microrganismos

Nanopartículas de oxido

En esta sección se revisaran las nanopartículas de oxido sintetizadas pormicroorganismos, se han dividido en dos secciones debido a sus propiedades:Nanopartículas de Oxido magnéticas y Nanopartículas de Oxido NOmagnéticasxxix.



Nanopartículas de Oxido Magnéticas.

Nanopartículas magnéticas como Fe3O4 (magnetita) y Fe2O3 (maghemita)

se sabe que son bio-compatibles. Estas han sido investigadas de manera activapara el tratamiento de cáncer (hipertermia magnética), la clasificación de lascélulas madre y la manipulación de estas, la admisión de fármacos guiada, terapiagenética, análisis del ADN, y la resolución magnética20.

En orden para distinguir las partículas magnéticas creadas artificialmente(PMA), se les referirá como Partículas magnéticas bacterianas (PMBac). LasPMBac pueden ser fácilmente dispersadas en soluciones porque están envueltaspor membranas orgánicas que consisten en fosfolípidos y proteínas. Mas enpartículas, las PMBac individuales contienen un dominio magnético propio que essuperior en propiedades.xxx

Zhou et al. reporto que los materiales magnéticos Fe3O4 con estructurameso porosa fueron sintetizados por co-precipitación usando células de levaduracomo plantilla.xxxi Algunas otras nanopartículas se mencionan en la tabla 2.

Nanopartículas de óxidos NO magnéticas.

Dentro de este tipo de nanopartículas se enfocan en TiO2, Sb2O3, SiO2,BaTiO3 ZrO2. Jha y colaboradores encontraron una manera de ecológica y de

bajo costo y reproducible Saccharomyces ceravisiae mediante biosíntesis denanopartículas Sb2O3. La síntesis fue realizada semejando temperatura ambiente.Los análisis indican que las nanopartículas de Sb2O3 resultaron esféricas detamaño 2-10 nmxxxii. Bansal et al. uso F. oxyporum (hongos) para producirnanopartículas de SiO2 y TiO2 a partir de los complejos anionicos SiF6

2- y TiF6 2-

respectivamente, del mismo modo prepararon BaTiO3 tetragonal, ZrO2 casiesférico a partir de F. oxyporum en rangos de tamaño de 4-5 nm y de 3-11 nm xxxiii xxxiv. Más ejemplos de este tipo de nanopartículas se muestran en la tabla 2.

Microorganismos productoTemperatura

de cultivo (C˚)

Tamaño (nm) forma Locación

Lactobacillus sp. BaTiO3 25 20 a 80 tetragonal Extracelular

Fusarium oxyporum BaTiO3 25 4 a 5 esférica Extracelular

Shewanellaoneidensis

Fe3O4 28 40 a 50Rectangular, rómbica,hexagonal

Extracelular

células levadura Fe3O4 36 NA como túnel de gusano Extracelular

QH-2 Fe3O4 22 a 26 81 ± 23 × 58 ± 20 rectangular Intracelular



AMB-1 Fe3O4 28 20 cubo octaédrico Intracelular

WM-1 Fe3O4 28 54 ± 12.3 × 43 ± 10.9 cubico Intracelular

Shewanellaoneidensis MR-1

Fe3O4 25 30 a 43Pseudo hexagonalirregular

Intracelular

HSMV-1 Fe3O4 63 113 ± 34 × 40 ± 5 forma de bala Intracelular

células levadura FePO4 36 NA nano polvos Extracelular

Saccharomycesceravisiae

Sb2O3 25 a 60 2 a 10 esférica Intracelular

Lactobacillus sp. TiO2 25 8 a 35 esférica Extracelular

Fusarium oxyporum TiO2 300 6 a 13 esférica Extracelular

Fusarium oxyporum ZrO2 25 3 a 11 esférica Extracelular

Tabla 2 Nanopartículas Oxidas sintetizadas por microorganismos.

Nanopartículas sulfatadas

En adición a las partículas oxidadas, las sulfatadas también tienen muchaatención en la investigación y aplicaciones técnicas como puntos cuánticosfluorescentes y agentes de etiquetación de células por sus novedosaspropiedades ópticas y eléctricas18.

Cunningham y lundie encontraron que Clostridium thermoaceticum podríaprecipitar CdS en la superficie de la célula así como en medio formar CdCl 2 enpresencia de hidrocloruro de cristeniaxxxv.

Algunas nanopartículas metálicas estables, tales como sulfuro de CdS,ZnS, PBS y MoS2, pueden ser producidos extracelularmente por el hongo F.oxysporum cuando se expone a la solución acuosa de sulfato de metal. Lospuntos cuánticos fueron formados por la reacción de iones de Cd2+ con ionessulfuro los cuales fueron producidos por la reducción enzimática de iones desulfato a iones sulfuroxxxvi. Algunos otros ejemplos están resumidos en la Tabla 3.



Tabla 3 Nanopartículas Sulfatadas sintetizadas por microorganismos.

Otras Nanopartículas:

En los sistemas biológicos, una gran variedad de organismos formancompuestos orgánicos / inorgánicos con estructuras ordenadas por el uso debiopolímeros, tales como proteínas y células microbianas. Además de lasnanopartículas se mencionó anteriormente, PbCO3 y CdCO3 y SrCO3, PHB, N3

(PO4) 2, y nanopartículas de CdSe fueron reportados a ser sintetizados pormicrorganismos (Tabla 4) 19. Por mencionar algunos, los Cristales de SrCO3 se pueden obtener cuando los hongos difíciles fueron incubados en solucionesacuosas de iones Sr2+. Los autores creían que la secreción de proteínas durante elcrecimiento del hongo Fusarium oxysporum es responsable de la modulación dela morfología de los cristales estroncianita y la dirección de su asamblea jerárquicaen las superestructuras de orden altoxxxvii. También es de interés polvos defosfato de zinc los cuales fueron sintetizados con levadura como bio-plantilla. Yen

MicroorganismosProducto

Temperaturade cultivo (C˚)

Tamaño(nm)

Forma Locación

Coriolus versicolor CdS 25 100 –200 esférica Extracelular

Fusarium oxysporum CdS NA 5 –20 esférica Extracelular

Sulfate-reducingbacteria

FeS NA 2 esférica Extracelular

Unculturedmagnetotacticbacterium

Probabilidad de polifosfato NA NA rectangular Extracelular

Rhodobactersphaeroides

ZnS NA 10.5 ± 0.15 esférica Extracelular

Rhodopseudomonaspalustris

CdS 30 8 cubico Intracelular

Lactobacillus CdS 25 –60 4.9 ± 0.2 esférica Intracelular

Levadura CdS 25 –60 3.6 ± 0.2 esférica Intracelular

E. coli CdS 25 2 –5 cristal Wurtzite Intracelular

Schizosaccharomyces

pombe

CdS NA 1 –1.5 hexagonal Intracelular

Schizosaccharomycespombe and Candidaglabrata

CdS NA 2 hexagonal Intracelular

Rhodobactersphaeroides

CdS NA 8 hexagonal Intracelular

Desulfobacteraceae CdS NA 2 –5 hexagonal Intracelular

MulticellularProkaryotes

Fe3S4 25 NA NA Intracelular



et al. Demostró que la síntesis de Zn3(PO4)2 con microestructuras parecidas a lasde las mariposas con un rango de 10-80 nm de ancho y de 80-200 nm de largoxxxviii. kumar et al demostró que puntos cuánticos de CdSe pueden ser sintetizadascon F. oxiporum a temperatura ambiente1

Microrganismos ProductoTemperatura decultivo (C˚)

Tamaño (nm) Forma Locación

Fusarium oxysporum PbCO3, CdCO3 27 120 –200 Esférica Extracelular

Fusarium oxysporum SrCO3 27 10 –50 forma de agujas Extracelular

Brevibacterium casei PHB 37 100 –125 NA Intracelular

levadura Zn3(PO4)2 25 10 –80 × 80 –200 Rectangular Extracelular

Fusarium oxysporum CdSe 10 9 –15 Esférica Extracelular

Tabla 4 Otras nanopartículas sintetizadas por microorganismos.

Conclusiones.Definitivamente el mejoramiento de la materia involucra trabajar desde su

formación más pequeña y para lograrlo se tiene que desarrollar connanotecnología, infortunadamente las técnicas convencionales requieren procesosque consumen gran cantidad de energía, matera prima de elevado costo ycondiciones particulares, con lo cual se transforma la materia con ineficiencia deenergía y subproductos indeseables. Teniendo esto en cuenta, se observa almundo natural y nos damos cuenta que hay caminos posibles para hacer cambiosen la materia, en las dimensiones que deseamos, mediante mecanismos de seresvivos existentes como las plantas, microorganismos, bacterias y hongos, ademásde otras formas naturales como virus y bio-moléculas capaces de obtenerpartículas de nuestro interés por sus propiedades de tamaño, actividad química,ópticas, electrónicas, térmicas, mecánicas, magnéticas y eléctricas cuandointeractúan con la materia y energía de su entorno. La biosíntesis denanopartículas es parte de la bio-mimetización, por utilizar mecanismos biológicosnaturales para obtener las partículas de escala nanométrica. En este trabajo se veque hay muchas formas para conseguir las nanopartículas, en varios es solocuestión de tiempo y poder optimizar las condiciones en las que se generanproducto de interés. Aun los métodos físicos y químicos tienen mayor calidad en elproducto final, lo cual quiere decir que hay camino por investigar para lograralcanzar a los métodos actuales, respecto a calidad de nanopartículas. Esto esporque la naturaleza nos lleva unos cuantos millones de años de ventaja, por ello



se debe investigar mucho mejor lo ya existente, aprender de ello y aplicar elconocimiento.

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biosíntesis resumen

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