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Biogenic selenium nanoparticles from marine Pseudoalteromonas shioyasakiensis VB17: Physicochemical characterization and preliminary stimulation of seed germination

La bacteria marina *Pseudoalteromonas shioyasakiensis* VB17 fue utilizada para sintetizar nanopartículas de selenio biogénicas, recubiertas de proteínas y polisacáridos, que son estables, no presentan toxicidad hacia microbios específicos y mejoran eficazmente la germinación de semillas y el crecimiento temprano de plántulas en trigo y alforfón.

Autores originales: Le Thi My Hiep, I. A Beleneva, U. V Kharchenko, Nguyen Duc Anh, Sidorenko M. Marina L.

Publicado 2026-08-25

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CC BY 4.0

Autores originales: Le Thi My Hiep, I. A Beleneva, U. V Kharchenko, Nguyen Duc Anh, Sidorenko M. Marina L.

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

El selenio es un oligoelemento que desempeña un papel vital en la salud de humanos y animales, actuando como un escudo contra el daño celular y ayudando a regular las hormonas. Aunque las plantas no lo necesitan estrictamente para sobrevivir, pequeñas cantidades pueden actuar como una vitamina para ellas, ayudando a los cultivos a crecer más fuertes y a resistir mejor condiciones adversas como la sequía o el suelo salino. Sin embargo, el selenio es un arma de doble filo. En sus formas químicas comunes encontradas en la naturaleza, puede ser tóxico para las plantas si la dosis es demasiado alta, causando estrés que frena el crecimiento o mata la plántula. Los científicos han buscado durante mucho tiempo una forma de entregar este elemento a las plantas de manera segura, con el objetivo de encontrar una forma que la planta pueda absorber fácilmente sin sufrir toxicidad. Una solución prometedora consiste en convertir el selenio en diminutas partículas, tan pequeñas que se miden en milmillonésimas de metro. Estas nanopartículas pueden interactuar con la biología de las plantas de maneras únicas, ofreciendo potencialmente los beneficios del elemento mientras se evitan los peligros de sus formas químicas puras.

Para crear estas partículas, los investigadores suelen recurrir a la propia naturaleza en lugar de a las fábricas industriales. En lugar de utilizar productos químicos agresivos o alta energía para fabricar nanopartículas, los científicos pueden aprovechar las capacidades naturales de los microorganismos. Ciertas bacterias actúan como diminutas fábricas, tomando el selenio disuelto de su entorno y transformándolo en partículas sólidas e inofensivas. Este proceso, conocido como síntesis biogénica, se considera una forma más verde y sostenible de producir estos materiales. La bacteria específica utilizada puede influir en el tamaño, la forma y las propiedades de la superficie de las partículas resultantes, lo que a su vez determina qué tan bien funcionan cuando se aplican a los cultivos. El desafío radica en encontrar la cepa bacteriana adecuada y las condiciones perfectas para producir partículas que sean tanto efectivas como seguras.

En un estudio reciente, los investigadores centraron su atención en una bacteria marina específica llamada Pseudoalteromonas shioyakiensis VB17, que fue aislada originalmente de las aguas de la bahía de Nha Trang, en Vietnam. El equipo quería ver si este microbio que habita en el océano podía convertir eficientemente el selenio tóxico en nanopartículas útiles y, si era así, si esas partículas podrían ayudar al crecimiento de las plantas. Comenzaron probando cómo se comportaban las bacterias bajo diferentes condiciones. Mezclaron las bacterias con cantidades variables de selenio y ajustaron el número de células bacterianas en la mezcla para encontrar el punto ideal de producción. Descubrieron que tener más bacterias inicialmente ayudaba a acelerar el proceso de convertir el selenio tóxico en partículas sólidas, pero solo hasta cierto punto. Si la concentración de selenio era demasiado alta, tener demasiadas bacterias en realidad ralentizaba el proceso y reducía la cantidad total de selenio convertido. Los investigadores identificaron un equilibrio específico: un número moderado de bacterias mezclado con una cantidad específica y moderada de selenio funcionaba mejor. Bajo estas condiciones, las bacterias transformaron rápidamente el selenio, creando una suspensión estable de nanopartículas.

Una vez producidas las nanopartículas, los investigadores las examinaron de cerca para comprender de qué estaban hechas y cómo se veían. Utilizando potentes microscopios y herramientas de análisis basadas en la luz, descubrieron que las partículas eran mayoritariamente redondas o ligeramente ovaladas en su forma. Las partículas individuales variaban en tamaño desde unos 80 hasta 135 nanómetros, lo cual es increíblemente pequeño, pero lo suficientemente grande como para ser visto con equipos de imagen avanzada. Dentro de estas partículas, el selenio formaba una estructura cristalina, lo que significa que los átomos estaban dispuestos en un patrón ordenado y repetitivo, lo cual es signo de un material estable y bien formado. El análisis también reveló que la superficie de estas partículas estaba recubierta con moléculas biológicas naturales, específicamente proteínas y azúcares, que las bacterias liberaron durante el proceso. Estos recubrimientos actúan como una cáscara protectora, manteniendo las partículas estables en el agua y evitando que se aglutinen inmediatamente. Las partículas también poseían una fuerte carga eléctrica negativa, lo que ayuda a que se repelan entre sí y permanezcan suspendidas en el líquido, una característica crucial para su aplicación en las plantas.

El siguiente paso fue comprobar si estas partículas fabricadas biológicamente eran seguras y efectivas. Los investigadores primero las probaron contra bacterias y hongos comunes del suelo para asegurar que no dañarían a los microorganismos beneficiosos. En la concentración que probaron, las nanopartículas no mostraron signos de matar o detener el crecimiento de estos microbios, lo que sugiere que son compatibles con el entorno del suelo. Luego pasaron a probar las partículas en semillas. Trataron semillas de trigo y alforfón con una solución que contenía las nanopartículas y observaron cómo crecían en comparación con las semillas no tratadas. Los resultados fueron alentadores. Las semillas de trigo tratadas brotaron de manera más fiable y crecieron como plántulas más fuertes. Las plantas de trigo jóvenes desarrollaron raíces y tallos más largos, y su peso total aumentó significativamente en comparación con el grupo de control. Las semillas de alforfón también mostraron una mejora notable en las tasas de germinación, con muchas más semillas brotando con éxito.

Estos hallazgos sugieren que la bacteria marina VB17 es una productora capaz de nanopartículas de selenio que son tanto seguras para los microbios beneficiosos como beneficiosas para el crecimiento de las plantas. El estudio proporciona un ejemplo claro de cómo una cepa específica de bacteria puede ajustarse para producir partículas con características específicas, como el tamaño y el recubrimiento superficial, que son esenciales para el uso agrícola. Aunque los resultados son prometedores, los investigadores señalan que esta es una etapa temprana de investigación. Los experimentos se realizaron en un entorno controlado de laboratorio, y solo se probó una concentración específica de las nanopartículas. El trabajo futuro deberá determinar la dosis óptima para diferentes cultivos y verificar si estos beneficios se mantienen en campos y invernaderos del mundo real. No obstante, este estudio ofrece un vistazo fascinante a un futuro donde las bacterias oceánicas podrían ayudar a resolver desafíos agrícolas terrestres, convirtiendo un elemento potencialmente tóxico en una herramienta para cultivos más sanos y resilientes.

Resumen Técnico: Nanopartículas de Selenio Biogénicas de la bacteria marina Pseudoalteromonas shioyasakiensis VB17

Planteamiento del Problema
El selenio (Se) es un elemento traza vital, pero su aplicación en la agricultura se ve complicada por la estrecha ventana entre los efectos beneficiosos y la toxicidad. Las especies de selenio inorgánico, como el selenito [Se(IV)], pueden inducir estrés oxidativo en concentraciones elevadas. Aunque las nanopartículas de selenio (SeNPs) ofrecen una alternativa prometedora para la entrega controlada y una mejora de la biodisponibilidad, los métodos de síntesis físicos y químicos convencionales suelen implicar un alto consumo de energía y agentes reductores peligrosos. En consecuencia, existe la necesidad de rutas de síntesis verde y biogénica utilizando microorganismos marinos. Sin embargo, aún existen brechas significativas al vincular cepas microbianas específicas con las características fisicoquímicas de las nanopartículas resultantes y su eficacia biológica subsiguiente. Específicamente, no se comprenden completamente las variaciones dependientes de la cepa en el rendimiento de reducción de Se(IV) y las propiedades resultantes de las nanopartículas, ni se ha evaluado sistemáticamente el potencial agrícola de las SeNPs derivadas de aislados marinos específicos.

Metodología
Este estudio utilizó la bacteria marina Pseudoalteromonas shioyasakiensis VB17, aislada de la bahía de Nha Trang, Vietnam, para sintetizar SeNPs biogénicas. La investigación siguió un enfoque de cuatro etapas:

Optimización de la Reducción de Se(IV): La bacteria fue cultivada en Caldo Marino con diversas densidades celulares iniciales (OD600 = 0.3, 0.6 y 1.0) y concentraciones de Se(IV) (0.5–10 mM). La cinética de reducción se monitoreó durante 72 horas para determinar el tiempo requerido para la reducción del 90% ( $T_{90}$ ), la eficiencia de reducción final y las tasas de reducción iniciales aparentes ( $V_0$ ).
Caracterización Fisicoquímica: Basándose en las condiciones óptimas de reducción, las SeNPs fueron sintetizadas y recolectadas. Se caracterizaron mediante:
- Microscopía Electrónica de Barrido (SEM): Para morfología y tamaño de partícula.
- Difracción de Rayos X (XRD): Para determinar la estructura cristalina y el tamaño de cristalita.
- Espectroscopía de Infrarrojo por Transformada de Fourier (FTIR): Para identificar los grupos funcionales asociados a la superficie.
- Dispersión de Luz Dinámica (DLS): Para medir el tamaño hidrodinámico, el índice de polidispersidad (PDI) y el potencial zeta a diversas concentraciones.
Compatibilidad Microbiana: Las SeNPs sintetizadas fueron probadas para su actividad antimicrobiana contra Bacillus subtilis BKM B501 y Trichoderma viride 471 mediante un ensayo de difusión en pozo a 100 ppm.
Evaluación Agrícola: Los efectos de las SeNPs (a 1.5 g L⁻¹) sobre la germinación de semillas y el crecimiento temprano de plántulas se evaluaron en trigo (Triticum aestivum L.) y alforfón (Fagopyrum esculentum L.) bajo condiciones de laboratorio. Los parámetros incluyeron energía de germinación, porcentaje de germinación, longitud de raíz/tallo, peso fresco y número de raíces.

Contribuciones Clave y Resultados

Rendimiento de Reducción: El estudio demostró que la densidad celular inicial y la concentración de Se(IV) interactúan para determinar los resultados de la reducción. Si bien el aumento de la densidad celular aceleró las tasas de reducción en las etapas iniciales ( $V_0$ ), no mejoró consistentemente la conversión final ante cargas elevadas de Se(IV). Específicamente, a 10 mM de Se(IV), la densidad celular más alta (OD600 = 1.0) no logró alcanzar el 90% de reducción en 72 horas, mostrando una eficiencia final (85.17%) menor en comparación con densidades más bajas. El equilibrio óptimo para la producción se identificó en OD600 = 0.6 y 3 mM de Se(IV).
Propiedades Fisicoquímicas: Las SeNPs resultantes son predominantemente esféricas a subesféricas con un rango de tamaño de partícula de 80.6–135 nm (SEM). El análisis XRD confirmó la presencia de selenio elemental cristalino (fase trigonal/hexagonal) con un tamaño de cristalita de aproximadamente 20 nm. Los espectros FTIR indicaron la presencia de grupos funcionales asociados a proteínas y polisacáridos (Amida I/II, C-O, C-H) en la superficie de la nanopartícula, lo que sugiere una capa de recubrimiento biomolecular.
Estabilidad Coloidal: El análisis DLS reveló diámetros hidrodinámicos de 304.2–450.2 nm, significativamente mayores que el tamaño de la cristalita, lo que indica la presencia de capas superficiales y asociación de partículas. Las nanopartículas exhibieron potenciales zeta fuertemente negativos (−60.2 a −43.7 mV), los cuales disminuyeron en magnitud a medida que la concentración aumentó, correlacionándose con un incremento en la polidispersidad y la agregación a concentraciones más altas (0.50 mg mL⁻¹).
Compatibilidad Biológica: A una concentración de 100 ppm, las SeNPs derivadas de VB17 no mostraron ninguna inhibición del crecimiento detectable contra B. subtilis o T. viride, lo que indica compatibilidad con estos microorganismos específicos.
Efectos Agrícolas: El tratamiento con 1.5 g L⁻¹ de SeNPs mejoró significativamente la germinación de semillas y el crecimiento temprano. En el trigo, la energía de germinación aumentó del 45.0% al 60.0%, y la germinación de laboratorio subió del 25.0% al 52.0%. Los parámetros de crecimiento de la plántula mostraron mejoras notables: la longitud del tallo aumentó de 2.80 cm a 7.00 cm, la longitud de la raíz de 2.20 cm a 4.45 cm y el número de raíces de 3.00 a 6.73. Tendencias positivas similares se observaron en la germinación del alforfón.

Significancia y Reivindicaciones
Los autores sostienen que este estudio proporciona un vínculo sistemático entre el rendimiento de reducción de Se(IV) de una cepa marina específica (P. shioyasakiensis VB17) y las propiedades fisicoquímicas y biológicas resultantes de las nanopartículas. El trabajo destaca que:

Optimización Específica de la Cepa: La eficiencia de la producción de SeNPs depende altamente de parámetros de cultivo específicos (densidad celular vs. concentración de sustrato), y una mayor biomasa no siempre equivale a un mejor rendimiento bajo estrés por selenio elevado.
Características Distintivas de las Nanopartículas: Las SeNPs derivadas de VB17 poseen una combinación única de un núcleo de Se⁰ cristalino, una capa superficial biomolecular (proteínas/polisacáridos) y comportamientos coloidales específicos que las distinguen de las variantes sintetizadas químicamente u otras biogénicas.
Potencial Agrícola Preliminar: El estudio ofrece evidencia preliminar de que estas SeNPs biogénicas específicas pueden actuar como agentes efectivos para mejorar la germinación de semillas y el vigor temprano de las plántulas en trigo y alforfón sin toxicidad detectable para las cepas microbianas probadas.

El artículo mantiene un tono modesto respecto a sus conclusiones, declarando explícitamente que estos hallazgos son preliminares. Los autores señalan que el estudio se realizó bajo condiciones de laboratorio con una única concentración, no midió la captación o acumulación de selenio en los tejidos vegetales (por lo tanto, no confirma la biofortificación) y evaluó la compatibilidad microbiana solo en dos cepas. Por lo tanto, los resultados respaldan la necesidad de investigaciones adicionales sobre las relaciones dosis-respuesta, los mecanismos fisiológicos y el desempeño en campo antes de que estas SeNPs puedan ser recomendadas para una aplicación agrícola amplia.

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