📄 agriculture

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

A bactéria marinha *Pseudoalteromonas shioyasakiensis* VB17 foi utilizada para sintetizar nanopartículas de selênio biogênicas revestidas com proteínas e polissacarídeos estáveis que não exibem toxicidade em relação a micróbios específicos e aumentam efetivamente a germinação de sementes e o crescimento inicial de plântulas em trigo e trigo sarraceno.

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

Publicado 2026-08-25

📖 5 min de leitura🧠 Leitura aprofundada

CC BY 4.0

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

Artigo original sob licença CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta é uma explicação gerada por IA do artigo abaixo. Não foi escrita nem endossada pelos autores. Para precisão técnica, consulte o artigo original. Ler aviso legal completo

O selênio é um elemento traço que desempenha um papel vital na saúde de humanos e animais, atuando como um escudo contra danos celulares e ajudando a regular hormônios. Embora as plantas não precisem estritamente dele para sobreviver, pequenas quantidades podem agir como uma vitamina para elas, ajudando as culturas a crescerem mais fortes e a resistirem melhor a condições adversas, como a seca ou o solo salino. No entanto, o selênio é uma faca de dois gumes. Em suas formas químicas comuns encontradas na natureza, pode ser tóxico para as plantas se a dose for muito alta, causando estresse que retarda o crescimento ou mata a plântula. Cientistas buscam há muito tempo uma maneira de entregar este elemento às plantas de forma segura, visando uma forma que a planta possa absorver facilmente sem sofrer com a toxicidade. Uma solução promissora envolve transformar o selênio em partículas minúsculas, tão pequenas que são medidas em bilionésimos de metro. Essas nanopartículas podem interagir com a biologia das plantas de maneiras únicas, potencialmente oferecendo os benefícios do elemento enquanto evitam os perigos de suas formas químicas brutas.

Para criar essas partículas, os pesquisadores frequentemente recorrem à própria natureza, em vez de fábricas industriais. Em vez de usar produtos químicos agressivos ou alta energia para fabricar nanopartículas, os cientistas podem aproveitar as habilidades naturais de microrganismos. Certas bactérias atuam como pequenas fábricas, transformando o selênio dissolvido em seu ambiente em partículas sólidas e inofensivas. Esse processo, conhecido como síntese biogênica, é considerado uma forma mais verde e sustentável de produzir esses materiais. A bactéria específica utilizada pode influenciar o tamanho, a forma e as propriedades de superfície das partículas resultantes, o que, por sua vez, determina quão bem elas funcionam quando aplicadas às culturas. O desafio reside em encontrar a cepa bacteriana certa e as condições perfeitas para produzir partículas que sejam tanto eficazes quanto seguras.

Em um estudo recente, os pesquisadores voltaram sua atenção para uma bactéria marinha específica chamada Pseudoalteromonas shioyasakiensis VB17, originalmente isolada das águas da Baía de Nha Trang, no Vietnã. A equipe queria ver se esse micróbio oceânico poderia converter eficientamente o selênio tóxico em nanopartículas úteis e, se fosse o caso, se essas partículas poderiam ajudar as plantas a crescer. Eles começaram testando como as bactérias se comportavam sob diferentes condições. Misturaram as bactérias com quantidades variadas de selênio e ajustaram o número de células bacterianas na mistura para encontrar o ponto ideal de produção. Eles descobriram que ter mais bactérias inicialmente ajudava a acelerar o processo de transformação do selênio tóxico em partículas sólidas, mas apenas até certo ponto. Se a concentração de selênio fosse muito alta, ter muitas bactérias na verdade retardava o processo e reduzia a quantidade total de selênio convertido. Os pesquisadores identificaram um equilíbrio específico: um número moderado de bactérias misturado com uma quantidade específica e moderada de selênio funcionava melhor. Sob essas condições, as bactérias transformavam rapidamente o selênio, criando uma suspensão estável de nanopartículas.

Uma vez produzidas as nanopartículas, os pesquisadores as examinaram de perto para entender do que eram feitas e como eram. Usando microscópios poderosos e ferramentas de análise baseadas em luz, descobriram que as partículas eram majoritariamente redondas ou levemente ovais. As partículas individuais variavam em tamanho de cerca de 80 a 135 nanômetros, o que é incrivelmente pequeno, mas grande o suficiente para serem vistas com equipamentos de imagem avançados. Dentro dessas partículas, o selênio formava uma estrutura cristalina, o que significa que os átomos estavam arranjados em um padrão limpo e repetitivo, um sinal de um material estável e bem formado. A análise também revelou que a superfície dessas partículas era revestida por moléculas biológicas naturais, especificamente proteínas e açúcares, que as bactérias liberaram durante o processo. Esses revestimentos agem como uma casca protetora, mantendo as partículas estáveis na água e evitando que se agrupem imediatamente. As partículas também carregavam uma forte carga elétrica negativa, o que as ajuda a repelir umas às outras e a permanecerem suspensas no líquido, uma característica crucial para a aplicação em plantas.

O próximo passo foi verificar se essas partículas biologicamente produzidas eram seguras e eficazes. Os pesquisadores primeiro testaram as partículas contra bactérias e fungos comuns do solo para garantir que não prejudicariam microrganismos benéficos. Na concentração testada, as nanopartículas não mostraram sinais de matar ou interromper o crescimento desses micróbios, sugerindo que são compatíveis com o ambiente do solo. Em seguida, passaram a testar as partículas em sementes. Eles trataram sementes de trigo e trigo sarraceno com uma solução contendo as nanopartículas e observaram como elas cresciam em comparação com as sementes não tratadas. Os resultados foram encorajadores. As sementes de trigo tratadas brotaram de forma mais confiável e cresceram como plântulas mais fortes. As plantas jovens de trigo desenvolveram raízes e brotos mais longos, e seu peso total aumentou significamente em comparação ao grupo de controle. As sementes de trigo sarraceno também mostraram uma melhora marcante nas taxas de germinação, com muito mais sementes brotando com sucesso.

Essas descobertas sugerem que a bactéria marinha VB17 é uma produtora capaz de nanopartículas de selênio que são tanto seguras para micróbios benéficos quanto benéficas para o crescimento das plantas. O estudo fornece um exemplo claro de como uma cepa específica de bactéria pode ser ajustada para produzir partículas com características específicas, como tamanho e revestimento de superfície, que são essenciais para o uso agrícola. Embora os resultados sejam promissores, os pesquisadores observam que esta é uma investigação em estágio inicial. Os experimentos foram conduzidos em um ambiente controlado de laboratório, e apenas uma concentração específica de nanopartículas foi testada. Trabalhos futuros precisarão determinar a dosagem ideal para diferentes culturas e verificar se esses benefícios se mantêm em campos e estufas do mundo real. No entanto, este estudo oferece um vislumbre convincente de um futuro onde bactérias oceânicas podem ajudar a resolver desafios agrícolas terrestres, transformando um elemento potencialmente tóxico em uma ferramenta para culturas mais saudáveis e resilientes.

Resumo Técnico: Nanopartículas de Selênio Biogênicas de Pseudoalteromonas shioyasakiensis VB17 Marinha

Definição do Problema
O selênio (Se) é um elemento traço vital, mas sua aplicação na agricultura é complicada pela estreita janela entre os efeitos benéficos e a toxicidade. Espécies de selênio inorgânico, como o selenito [Se(IV)], podem induzir estresse oxidativo em concentrações elevadas. Enquanto as nanopartículas de selênio (SeNPs) oferecem uma alternativa promissora para entrega controlada e melhor biodisponibilidade, os métodos de síntese física e química convencionais frequentemente envolvem alto consumo de energia e agentes redutores perigosos. Consequentemente, há uma necessidade de rotas de síntese verde e biogênica utilizando microrganismos marinhos. No entanto, lacunas significativas permanecem na ligação entre linhagens microbianas específicas e as características físico-químicas das nanopartículas resultantes e sua subsequente eficácia biológica. Especificamente, variações de linhagem no desempenho de redução de Se(IV) e nas propriedades resultantes das nanopartículas não são totalmente compreendidas, nem o potencial agrícola das SeNPs derivadas de isolados marinhos específicos é sistematicamente avaliado.

Metodologia
Este estudo utilizou a bactéria marinha Pseudoalteromonas shioyasakiensis VB17, isolada da Baía de Nha Trang, Vietnã, para sintetizar SeNPs biogênicas. A pesquisa seguiu uma abordagem de quatro estágios:

Otimização da Redução de Se(IV): A bactéria foi cultivada em Caldo Marinho com variadas densidades celulares iniciais (OD600 = 0,3, 0,6 e 1,0) e concentrações de Se(IV) (0,5–10 mM). A cinética de redução foi monitorada ao longo de 72 horas para determinar o tempo necessário para 90% de redução ( $T_{90}$ ), eficiência de redução final e taxas iniciais de redução aparente ( $V_0$ ).
Caracterização Físico-Química: Com base nas condições ideais de redução, as SeNPs foram sintetizadas e colhidas. Elas foram caracterizadas usando:
- Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV): Para morfologia e tamanho de partícula.
- Difração de Raios X (DRX): Para determinar a estrutura cristalina e o tamanho do cristalito.
- Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR): Para identificar grupos funcionais associados à superfície.
- Espalhamento de Luz Dinâmico (DLS): Para medir o tamanho hidrodinâmico, índice de polidispersão (PDI) e potencial zeta em concentrações variadas.
Compatibilidade Microbiana: As SeNPs sintetizadas foram testadas quanto à atividade antimicrobiana contra Bacillus subtilis BKM B501 e Trichoderma viride 471 usando um ensaio de difusão em disco a 100 ppm.
Avaliação Agrícola: Os efeitos das SeNPs (a 1,5 g L⁻¹) na germinação de sementes e no crescimento inicial de plântulas foram avaliados em trigo (Triticum aestivum L.) e trigo sarraceno (Fagopyrum esculentum L.) sob condições laboratoriais. Os parâmetros incluíram energia de germinação, porcentagem de germinação, comprimento de raiz/caule, peso fresco e número de raízes.

Principais Contribuições e Resultados

Desempenho de Redução: O estudo demonstrou que a densidade celular inicial e a concentração de Se(IV) interagem para determinar os resultados da redução. Embora o aumento da densidade celular tenha acelerado as taxas de redução nas fases iniciais ( $V_0$ ), não melhorou consistentemente a conversão final em cargas elevadas de Se(IV). Especificamente, a 10 mM de Se(IV), a maior densidade celular (OD600 = 1,0) não conseguiu atingir 90% de redução em 72 horas, apresentando uma eficiência final (85,17%) inferior às densidades menores. O equilíbrio ideal para a produção foi identificado em OD600 = 0,6 e 3 mM de Se(IV).
Propriedades Físico-Químicas: As SeNPs resultantes foram predominantemente esféricas a subesféricas, com uma faixa de tamanho de partícula de 80,6–135 nm (MEV). A análise de DRX confirmou a presença de selênio elementar cristalino (fase trigonal/hexagonal) com um tamanho de cristalito de aproximadamente 20 nm. Os espectros de FTIR indicaram a presença de grupos funcionais associados a proteínas e polissacarídeos (Amida I/II, C-O, C-H) na superfície das nanopartículas, sugerindo uma camada de revestimento biomolecular.
Estabilidade Coloidal: A análise de DLS revelou diâmetros hidrodinâmicos de 304,2–450,2 nm, significativamente maiores que o tamanho do cristalito, indicando a presença de camadas superficiais e associação de partículas. As nanopartículas exibiram potenciais zeta fortemente negativos (−60,2 a −43,7 mV), que diminuíram em magnitude conforme a concentração aumentava, correlacionando-se com o aumento da polidispersão e agregação em concentrações mais altas (0,50 mg mL⁻¹).
Compatibilidade Biológica: Na concentração de 100 ppm, as SeNPs derivadas de VB17 mostraram nenhuma inibição de crescimento detectável contra B. subtilis ou T. viride, indicando compatibilidade com esses microrganismos específicos.
Efeitos Agrícolas: O tratamento com 1,5 g L⁻¹ de SeNPs aumentou significativamente a germinação das sementes e o crescimento inicial. No trigo, a energia de germinação aumentou de 45,0% para 60,0%, e a germinação laboratorial subiu de 25,0% para 52,0%. Os parâmetros de crescimento de plântulas mostraram melhorias marcantes: o comprimento do caule aumentou de 2,80 cm para 7,00 cm, o comprimento da raiz de 2,20 cm para 4,45 cm e o número de raízes de 3,00 para 6,73. Tendências positivas semelhantes foram observadas na germinação do trigo sarraceno.

Significância e Alegações
Os autores afirmam que este estudo fornece uma ligação sistemática entre o desempenho de redução de Se(IV) de uma linhagem marinha específica (P. shioyasakiensis VB17) e as propriedades físico-químicas e biológicas resultantes das nanopartículas. O trabalho destaca que:

Otimização Específica da Linhagem: A eficiência da produção de SeNPs é altamente dependente de parâmetros de cultivo específicos (densidade celular vs. concentração de substrato), e uma maior biomassa nem sempre equivale a um melhor desempenho sob estresse de selênio elevado.
Características Distintas das Nanopartículas: As SeNPs derivadas de VB17 possuem uma combinação única de um núcleo de Se⁰ cristalino, uma camada superficial biomolecular (proteínas/polissacarídeos) e comportamentos coloidais específicos que as distinguem das variantes sintetizadas quimicamente ou de outras variantes biogênicas.
Potencial Agrícola Preliminar: O estudo oferece evidências preliminares de que estas SeNPs biogênicas específicas podem atuar como agentes eficazes para aumentar a germinação de sementes e o vigor inicial de plântulas em trigo e trigo sarraceno sem toxicidade detectável para os microrganismos testados.

O artigo mantém um tom modesto em relação às suas conclusões, declarando explicitamente que estas descobertas são preliminares. Os autores observam que o estudo foi conduzido sob condições de laboratório com uma única concentração, não mediu a absorção ou acumulação de selênio nos tecidos vegetais (não confirmando assim a biofortificação) e avaliou a compatibilidade microbiana em apenas duas linhagens. Portanto, os resultados apoiam a necessidade de investigações adicionais sobre as relações dose-resposta, mecanismos fisiológicos e desempenho em campo antes que estas SeNPs possam ser recomendadas para ampla aplicação agrícola.

Mais como este