Takzvaná zelená syntéza nanočástic je šetrná vůči životnímu prostředí, nevyužívá toxické sloučeniny a spotřebovává podstatně méně energie. Houby tak lze využít například k ekologické syntéze nanočástic stříbra využitelných např. jako léky, nosiče léků, k boji proti mikrobům, k likvidaci rostlinných patogenů a ke snižování množství tradičních hnojiv v zemědělství.
S nanočásticemi se dnes můžeme setkat v mnoha různých aplikacích od léčebných postupů a prevence v nemocnicích až po likvidaci rostlinných patogenů a omezování množství hnojiv v zemědělství. Mimo jiné jsou nanočástice často aktivní proti rozmanitým mikroorganismům.
Jde o nepatrné částice, jejichž velikost je typicky menší než 100 nm. Díky tomu mívají proti větším materiálům podobného složení odlišné fyzikální, chemické i biologické vlastnosti. Nanočástice je možné vyrobit mnoha způsoby. V poslední době si získává pozornost tzv. zelená syntéza založená na výrobě nanočástic biologickými organismy.
Prof. Rai a prof. Golińska editovali mimo jiné dvě knihy: Mikrobiální nanotechnologie a Mykonanotechnologie: vznikající trendy a aplikace © Andrzej Romański
Jak upozorňuje Mahendra Rai z indické Sant Gadge Baba Amravati University, zelená syntéza je šetrná vůči životnímu prostředí. Na rozdíl od dnes používaných metod fyzikální či chemické syntézy nanočástic zelená syntéza nevyužívá toxické sloučeniny a zároveň spotřebovává podstatně méně energie.
Rai a biologové polské Nicolaus Copernicus University v Toruni se zaměřili na mykosyntézu, specifický postup v rámci zelené syntézy, kdy jsou nanočástice vyráběny pomocí živých hub. V rámci svého projektu syntetizovali nanočástice stříbra s využitím hub rodu srpovnička (Fusarium) patřících k patogenům rostlin a dále např. štětičkovců (rod Penicillium).
Houby jsou podle badatelů pro zelenou syntézu velmi vhodné, protože produkují velké množství metabolitů, včetně řady enzymů. Mnohé z těchto látek se přitom mohou podílet na tvorbě požadovaných nanočástic, například na redukci iontů stříbra na nanočástice stříbra.
Mikrofotografie TEM nanočástic stříbra z kmene F. culmorum JTW1 (A—C) a SAED (D) © Frontiers in Microbiology
Využití nanočástic
Nanotechnologie lze využít v nejdůležitějších oblastech: medicína, zemědělství a obalový průmysl a skladování potravin. Nanočástice jsou vysoce aktivní proti různým mikroorganismům. Velmi dobře bojují s patogenními mikroby a brzdí jejich šíření, čehož lze využít k výrobě různých povrchů a materiálů v nemocnicích, jako jsou masky s nanostříbrným filtrem, které vznikly během pandemie covidu-19. Jsou účinné proti bakteriím, které jsou odolné vůči běžně používaným antibiotikům. Nanočástice stříbra mají také protirakovinné vlastnosti.
„Nanomateriály jsou ‚chytré‘, dají se podávat třeba nitrožilně, ale fungují v cílovém místě, tedy v rakovinovém nádoru, a ne jako chemoterapie, která putuje do celého těla a ničí i zdravé buňky,“ vysvětluje profesor Rai. „V případě nanočástic můžeme využít cílenou terapii, kdy se protirakovinný lék uvolní až v místě nádoru. Samotné nanočástice mohou být léčivem a také nosičem léčiva.“
V zemědělství se nanotechnologie využívá ve třech aspektech. Prvním je včasná detekce rostlinných patogenů dříve, než se objeví první příznaky onemocnění rostlin. „Elektronický nos je technologie, kterou se v současné době nezabýváme, ale díky použití nanomateriálů, jako jsou nanodrátky nebo nanotyčinky oxidu zinečnatého v tomto zařízení, detekuje těkavé látky produkované patogenními houbami. Lze použít i jiné typy nanobiosenzorů detekujících DNA rostlinných patogenů,“ říká prof. Golińska. „Díky tomu lze aplikovat vhodná agrotechnická ošetření dříve, než uvidíme příznaky napadení rostlin, např. odbarvení, nálety nebo nekrózy listových čepelí.“
Kmen Fusarium culmorum na médiu v Petriho misce používané při biologické syntéze kovových nanočástic © Andrzej Romański
Druhým aspektem je použití roztoku nanočástic k přímému boji proti patogenům, které se již vyvinuly na rostlinách. Takové nanočástice obvykle působí v mnohem nižších koncentracích než chemické fungicidy, takže jejich koncentrace v prostředí je také mnohem nižší.
Třetí oblastí použití nanomateriálů v zemědělství je dodávání živin rostlinám. Stejně jako v medicíně mohou být nanomateriály samy o sobě živinou nebo nosičem obsahujícím živinu, kterou lze řízeně uvolňovat. Když zemědělci používají tradiční hnojiva, dodávají jich na pole v krátké době obrovské množství, které rostliny nedokážou využít a velká část z nich proniká hluboko do půdy až do podzemních vod a následně i do vodních nádrží (povrchové vody). To nepříznivě ovlivňuje vodní prostředí a vede k jeho eutrofizaci. Nadměrné hnojení škodí i půdním mikroorganismům a vede k tzv. „půdní únavě“, tedy k neustálé nerovnováze v obsahu živin, negativně ovlivňující velikost plodin.
„Pomocí nanoenkapsulace, tj. umístěním nanočástic, které jsou živinami pro rostliny, do kapslí nebo matric, můžete tyto živiny aplikovat aplikací na list nebo do půdy,“ říká prof. Rai. Největší výhodou tohoto řešení je uvolňování živin kontrolovaným, pomalým a konstantním způsobem. To je prvek udržitelného rozvoje, který je v dnešní době nesmírně důležitý.