Bioactivity characteristic of silver nanoparticles synthesized by streptomyces Sp.BSP1

Abstract

The members of the phylum Actinobacteria are considered one of the most prolific microbial groups because of their high potential for synthesis of various bioactive metabolites. Especially endophytic actinobacteria are characterized by high secretion of proteins, enzymes and secondary metabolites that promote nanoparticle synthesis by reducing activity. In this thesis study, Streptomyces sp. BSP1 strain isolated from a legume nodule in a previous study was used to synthesize silver nanoparticles. The synthesized silver nanoparticles were confirmed by UV-vis spectroscopy, FTIR, XRD, SEM and EDX analyses. The UV-vis spectrum analysis exhibited maximum absorbance peak at 439 nm. The SEM analysis showed that the nanoparticles have regular spherical shapes and their average size ranges between 7.7 nm and 15.3 nm. The XRD analysis revealed that the synthesized silver nanoparticles have crystalline structure. In addition, the whole genome sequence of Streptomyces sp. BSP1 was downloaded from the NCBI GenBank to conduct a comprehensive genome analysis. The genome sequence of Streptomyces sp. BSP1 was annotated on the RAST server (https://rast.nmpdr.org/rast.cgi) and found to be about 7.4 Mb with 73.1% GC content. The number of protein coding sequences and RNAs were determined as 6868 and 76, respectively. From a phylogenetical point of view, the comparative genome analysis of Streptomyces sp. BSP1 performed on the TYGS (https://tygs.dsmz.de/) revealed that Streptomyces sp. BSP1 was closely related to Streptomyces albidoflavus NRRL B-1271 by sharing the highest digital DNA- DNA hybridization value of 65.2%, which is lower than the threshold value of 70% to delineate genomic species. Moreover, a comprehensive genome analysis was performed on the antiSMASH server (https://antismash.secondarymetabolites.org/#!/start) to reveal the biosynthetic gene clusters for secondary metabolites. The genome of Streptomyces sp. BSP1 has gene clusters encoding for terpenes, polyketide synthases, non-ribosomal peptide synthetases, lanthipeptides, thiopeptides and siderophores. The antimicrobial activity analysis showed that the silver nanoparticles synthesized by Streptomyces sp. BSP1 inhibited the growth of Bacillus cereus EMC15 and Candida albicans ATCC 10231. Consequently, it is considered that the silver nanoparticles synthesized by Streptomyces sp. BSP1 may have applications in pharmaceutical industry.

Actinobacteria üyeleri, çeşitli biyoaktif metabolitleri üretmelerinden dolayı en üretken mikrobiyal gruplardan biri olarak kabul edilmektedir. Özellikle endofitik aktinobakteriler, indirgeme aktivitesi ile nanopartikül sentezini kolaylaştıran proteinleri, enzimleri ve sekonder metabolitleri yüksek düzeyde salgılamaları ile karakterize edilmektedir. Bu tez çalışmasında, daha önce yapılan bir çalışmada bir baklagil nodülünden izole edilmiş olan Streptomyces sp. BSP1 kullanılarak gümüş nanopartikülleri sentezlenmiştir. Sentezlenen gümüş nanopartikülleri UV-vis spektroskopi, FTIR, XRD, SEM ve EDX analizleri ile doğrulanmıştır. UV-vis spektrum analizinde 439 nm’de maksimum absorbans gözlenmiştir. SEM analizi, sentezlenen nanopartiküllerin düzenli küresel biçimde ve ortalama 7.7-15.3 nm boyutta olduğunu göstermiştir. XRD analizi, sentezlenen gümüş nanopartiküllerinin kristal yapıda olduğunu ortaya çıkarmıştır. Ayrıca, Streptomyces sp. BSP1’in tüm genom dizisi NCBI GenBank’tan indirilerek kapsamlı genom analizi yapılmıştır. Streptomyces sp. BSP1’in genom dizisi RAST sunucusunda (https://rast.nmpdr.org/rast.cgi) annote edilmiş ve genom büyüklüğünün 7.4 Mb, GC içeriğinin %73.1 olduğu tespit edilmiştir. Genomda protein kodlayan 6868, RNA kodlayan 76 dizi bulunmaktadır. Filogenetik açıdan Streptomyces sp. BSP1’in karşılaştırmalı genom analizi TYGS sunucusunda (https://tygs.dsmz.de/) gerçekleştirilmiştir. Streptomyces sp. BSP1’in Streptomyces albidoflavus NRRL B1271 ile yakın ilişkili olduğu ve bu tür ile en yüksek DNA-DNA hibridizasyon değerinin %65.2 olduğu tespit edilmiş olup bu değer genomik türleri sınırlandırmak için kullanılan %70 değerinden düşüktür. Ayrıca, sekonder metabolit kodlayan biyosentetik gen kümelerini tespit etmek amacıyla kapsamlı bir genom analizi antiSMASH sunucusunda (https://antismash.secondarymetabolites.org/#!/start) gerçekleştirilmiştir. Streptomyces sp. BSP1’in tüm genom dizisi terpen, poliketid sentaz, ribozomal olmayan polipeptid sentetaz, lantipeptid, tiyopeptid ve siderofor kodlayan gen kümeleri içermektedir. Antimikrobiyal aktivite testi, Streptomyces sp. BSP1 tarafından sentezlenen gümüş nanopartiküllerinin Bacillus cereus EMC15 ve Candida albicans ATCC 10231’in gelişimini inhibe ettiğini göstermiştir. Sonuç olarak, Streptomyces sp. BSP1 tarafından sentezlenen gümüş nanopartiküllerinin farmasötik endüstride kullanım alanı olabileceği düşünülmektedir.