Biologische Aktivitäten und Biosorptionspotenzial von Rotalgen (Corallina officinalis) zur Entfernung des giftigen Malachitgrünfarbstoffs

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 13836 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Diese Forschung zielt darauf ab, die umweltfreundliche Corallina officinalis als Adsorbens zur Entfernung schädlicher malachitgrüner Farbstoffströme aus Industrieabwässern zu verwenden, um ein nachhaltiges Leben zu fördern und das mikrobielle Wachstum wirksam zu hemmen. Die Biomasse von Corallina officinalis wurde auf die Biosorption von Textilfarbstoffen sowie auf ihre antibakteriellen, antioxidativen und zytotoxischen Eigenschaften getestet. Die Auswirkungen bestimmter Parameter, darunter pH-Wert der Lösung, anfängliche Farbstoffkonzentration, Algendosis und Kontaktzeit, wurden auf die Farbstoffsorption untersucht. Auch Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie und Rasterelektronenmikroskopie kamen zum Einsatz und die Ergebnisse zeigten, dass die funktionellen Gruppen auf der Oberfläche von Algen eine wichtige Rolle im Biosorptionsprozess spielten. Es wurde festgestellt, dass die kinetischen Daten durch das Pseudo-Modell zweiter Ordnung mit Werten des Regressionskorrelationskoeffizienten \({r}_{2}^{2}\) mit einem Durchschnitt von 0,95232 deutlich hervorgehoben wurden. Die Biosorption war sowohl mit der Freundlich- (R2 = 0,9843) als auch mit der Langmuir-Isotherme (R2 = 0,9653) kompatibel und die maximale Entfernungseffizienz für Farbstoff erreichte bis zu 99,9 % in 2 Stunden, 27 °C, Rührgeschwindigkeit 120 U/min, pH 6 , anfängliche Farbstoffkonzentration 20 mg L−1 und Biomassedosis 0,03 g L−1. Corallina officinalis hatte eine höhere antimikrobielle Aktivität, wobei die minimalen Hemmkonzentrationen zwischen 0,156 und 5 mg mL-1 lagen. Corallina officinalis übte eine erhebliche Radikalfängeraktivität gegen getestete freie Radikale aus. Der Extrakt wurde anhand von neun Krebszelllinien auf zytotoxische Aktivität untersucht, die mit einem IC50-Wert von 25,895 µg mL−1 eine hohe Zytotoxizität für Kolonadenokarzinome aufwiesen.

Auch die wirtschaftlichen Aspekte der Wasserqualität und die natürlichen Ressourcen wiederverwendbarer Wasserstraßen werden durch die Wasserverschmutzung beeinflusst. Die Kontrolle der Wasserqualität, die Reduzierung der Wasserverschmutzung und der Schutz der Umwelt sind die wichtigsten Anliegen, die angegangen werden müssen, um unsere Zukunft zu sichern. Die Verbreitung von Infektionskrankheiten verringert die Chancen eines Landes auf nachhaltiges Wachstum und gefährdet die öffentliche Gesundheit1. Zahlreiche Branchen nutzen synthetische Farbstoffe in großem Umfang zum Färben von Produkten wie Textilien, Papier, Ledergerbereien, Kunststoffen, Lebensmitteln, Polymeren und Druckereien. Die Einleitung unbehandelten Abwassers ist aufgrund der erhöhten Toxizität und des chemischen Sauerstoffbedarfs des Abwassers sowie der verringerten Lichteindringung die Hauptursache für die weit verbreitete Verschmutzung von Oberflächen- und Grundwasserressourcen2. Das Hauptziel der industriellen Abwasserbehandlung ist der Schutz der menschlichen Gesundheit und der Umwelt.

Ein organischer Farbstoff namens Malachitgrün (MG) wird in der Textilindustrie zum Färben von Leder, Seide, Wolle, Jute, Keramik, Baumwolle, Acrylfasern und Papier verwendet. MG ist eine krebserregende, mutagene und teratogene Substanz; Es wurde als Lebertumor-Promotor identifiziert3. Mutagene, giftige, allergische, krebserregende und nicht abbaubare Industrieabwässer wie MG-Farbstoffe geben Anlass zu großer Sorge. Um die schädlichen Auswirkungen organisch verunreinigter Abwässer auf Mensch und Umwelt zu verringern, muss das Abwasser vor der Einleitung in große Wasserläufe gründlich gereinigt werden4.

Die Entfernung von Farbstoffen aus Industrieabwässern stößt derzeit auf großes Interesse. Zur Entfernung dieser industriellen Verunreinigungen aus flüssigen Abfällen wurden verschiedene physikalisch-chemische Techniken eingesetzt, darunter Koagulation-Flockung, Oxidation, Membranfiltration und Adsorption. Konventionelle Abwasserbehandlung und Schadstoffentfernung aus wässrigen Lösungen sind erfolglos und aufwändige Techniken zu teuer. Daher besteht Bedarf an der Erforschung neuartiger Methoden, deren Effizienz und Kosten faszinierend wären5.

Um eine nachhaltige globale Entwicklung bei wachsender Weltbevölkerung zu unterstützen, sind wissenschaftlich fundierte Maßnahmen erforderlich. Es ist von entscheidender Bedeutung, die Umwelt zu schützen, wiederherzustellen und der menschlichen Gesellschaft dabei zu helfen, die Gefahren der Industrialisierung und der unhaltbaren exponentiellen Expansion zu überwinden6. In diesem Zusammenhang haben viele Studien gezeigt, dass Makroalgen eine wichtige Meeresressource für ein ökologisches und nachhaltiges Leben sind und zur Lösung heutiger globaler Probleme wie Wasserverschmutzung, Ozeanversauerung und globale Erwärmung beitragen.

Makroalgen gehören zu den häufigsten photosynthetischen Organismen auf dem Planeten und können laut Azam et al.7 in einer Vielzahl von Umgebungen unter schwierigen Bedingungen wachsen und überleben.7 Algen gelten aufgrund ihrer hohen Biosorptionskapazität als vielversprechende Quelle für Biosorbentien einfache Verfügbarkeit. Es besteht großes Interesse daran, Algen als potenzielle Adsorptionsmittel zur Abwasserbehandlung einzusetzen.

Das Vorhandensein sulfatierter Polysaccharide in den Zellwänden von Makroalgen, insbesondere in der Fibrillenmatrix und den interzellulären Lücken, ist die Haupterklärung für ihre große Fähigkeit, Schadstoffe zu binden. Die Hydroxyl-, Sulfat- und Carboxylgruppen des Polysaccharids sind starke Ionenaustauscher8. Makroalgen verfügen aufgrund ihrer Fülle an verschiedenen bioaktiven Substanzen über besondere Eigenschaften wie Antioxidantien, antibakterielle und antitumorale sowie antimykotische Eigenschaften. Zu diesen bioaktiven Substanzen gehören einige primäre und sekundäre Metaboliten wie Phytochrome (Lutein und Carotinoide), DHA, Tannine, Peptide, Lipide, Enzyme, Vitamine, Terpenoide und andere Substanzen9. Makroalgen bieten umweltfreundliche, nahrhafte Nahrungsquellen und natürliche Komponenten für verschiedene Branchen.

Motiviert durch diese Erkenntnisse untersuchten wir in der aktuellen Untersuchung die Entfernung von MG mithilfe von getrockneter Corallina officinalis als kostengünstigem Adsorptionsmittel, die an der Küste des Roten Meeres gesammelt wurde. In diesem Zusammenhang wurden die Adsorptionskinetik und -isothermen untersucht. Der Acetonextrakt von Corallina officinalis wurde auf seine antioxidativen, antibakteriellen und zytotoxischen Aktivitäten untersucht. Basierend auf den Studienergebnissen versuchen wir, einen Zusammenhang herzustellen und zu erforschen, wie Makroalgen uns bei der Erreichung von drei der siebzehn Ziele für nachhaltige Entwicklung unterstützen können und wie sie dies tun kann eine nachhaltigere Lebensweise der Zukunft fördern.

Marine Makroalgen sind aufgrund ihrer einfachen Morphologie, Konvergenz, phänotypischen Plastizität und heteromorphen Generationen schwer zu identifizieren. Daher ist es nicht verwunderlich, dass Algensystematiker inzwischen stark auf genetische Werkzeuge zurückgreifen10. Korallenproben wurden auf die Cytochromoxidase-Untereinheit 1 (COI-Gen) sequenziert. Korallenproben aus Ägypten wurden auf das COI-Gen sequenziert. Die Länge der ermittelten Sequenzen lag zwischen 624 und 664 bp. Im phylogenetischen Baum (Abb. 1) wurde GWS002371 als Corallina officinalis identifiziert, die eine gut unterstützte Gruppe bildete (99,84 % Bootstrap-Unterstützung) (Genbank-Zugang: KU501319.1) (Corallina officinalis-Gutschein-GWS002371 (COI)-Gen, teilweise cds ; mitochondrial).

Phylogenetischer Baum für Algenproben basierend auf COI-Sequenzen.

Wie in (Abb. 2) gezeigt, sind die Ergebnisse der beobachteten IR-Spektrenanalyse vor (Abb. 2a) und nach (Abb. 2b) der MG-Biosorption. Basierend auf ihren Wellenzahlen wurden die Peaks im FTIR-Spektrum unterschiedlichen funktionellen Gruppen bei 3444–3239 cm−1 (O–H und N–H), 2960–2920 cm−1 (C–H) und 2200–2552 zugeordnet cm−1 (Carboxylgruppe), 1800–1417 cm−1 (Amid-, Carboxylate-, Sulfat- und Ketongruppen), 1155–1051 cm−1 (C–O, C–C und C–OH) und 876– 414 cm–1 sind mit den aromatischen Gruppen (–C–H) verbunden. Abbildung 2a, b veranschaulichen, dass sich einige Peaks aufgrund des Bindungsprozesses, der auf der Oberfläche der Biomasse stattfindet, ändern oder verschwinden.

FTIR-Peaks der Transmission von MG (a) vor der Biosorption und (b) MG nach der Biosorption.

Die Analyse des IR-Spektrums zeigt, dass sich die Positionen funktioneller Gruppen in Algenbiomassen nach der Farbstoffbehandlung ändern, was darauf hindeutet, dass diese Gruppen an der MG-Entfernung beteiligt sind. Der Bindungsprozess, der auf der Oberfläche der Biomasse stattfindet, führt dazu, dass sich einige Peaks verschieben oder verschwinden, zusätzlich dazu, dass bei der Biosorption von MG-Molekülen neue entstehen. In den Algenzellwänden gibt es viele Polysaccharide, von denen einige an Proteine ​​und andere Elemente gebunden sind11. In diesen Molekülen auf der Algenzelloberfläche sind viele verschiedene funktionelle Gruppen vorhanden, darunter Carboxyl-, Amino- und Phosphatgruppen. Aufgrund der Ergebnisse wird davon ausgegangen, dass der Farbstoff mit den aktiven funktionellen Gruppen interagierte und Teil des Adsorbens wurde, wie von Jayaraj et al.12 vorgeschlagen.

Mittels REM wurden die morphologischen Veränderungen untersucht, die durch die Farbstoffadsorption in den Zellen der Biomasse von Corallina officinalis hervorgerufen wurden. Wie in Abb. 3 dargestellt, gibt es einen deutlichen Unterschied in der Oberfläche der Corallina officinalis vor (Abb. 3a) und nach (Abb. 3b) der MG-Adsorption. Die Algenzellen wiesen hochporöse tiefe Hohlräume auf (Abb. 3a). Nach der Adsorption von MG wurde die Oberfläche aufgrund der Ausfällung von Farbstoffionen fließend (Abb. 3b). Ein einzigartiges Merkmal von Algen, das in REM-Bildern zu sehen ist, sind die tiefen Poren und Hohlräume, die nebeneinander liegen. Basierend auf dem Verhältnis von Oberfläche zu Volumen schafft diese große Hohlraumoberfläche eine große Fläche für MG-Ionen und erhöht die Biosorptionskapazität. Die Oberflächenstruktur und die funktionellen Gruppen der Meeresalgenzellwand spielen eine entscheidende Rolle für die Bioadsorptionskapazität von Algenfarbstoffen13. Deokar (2016)14 und Fakhry (2013)15 beobachteten Veränderungen in der Oberflächenporosität von Algen als Folge der Farbstoffadsorption.

REM-Bilder von Corallina officinalis (a) vor der MG-Biosorption und (b) nach der MG-Biosorption.

Einer der kritischsten Parameter, der die Farbstoffaufnahme aus Abwasser und wässrigen Lösungen beeinflusst, ist der pH-Wert. Die Auswirkung des pH-Werts auf die Farbstoffadsorption an C. officinalis wurde bei 27 °C untersucht, indem der pH-Wert der Farbstofflösung von 2 auf 8 geändert wurde. Wie in (Abb. 4) gezeigt, nahm die Wirksamkeit der MG-Biosorption zu, wenn der pH-Wert der Lösung erhöht wurde . Die Entfernungseffizienz % von MG erreicht ein Maximum (99,98 %) bei pH 6.

Einfluss des pH-Werts auf die Entfernungseffizienz von MG, V: 30 ml; Ci: 50 mg L−1; M: 0,03 g; Temperatur: 27 °C.

Der pH-Wert ist ein entscheidendes Element bei Studien zur Farbstoffbiosorption, da er die funktionellen Gruppen auf der Oberfläche der Biomasse beeinflusst und die Löslichkeit des Farbstoffs in wässrigen Lösungen reguliert. Da die OH-Konzentration mit zunehmendem pH-Wert der Lösung zunimmt, führt die elektrostatische Wechselwirkung zwischen der negativ geladenen Adsorptionsmitteloberfläche und den MG-Molekülen kationischer Natur zu einer Erhöhung der Adsorptionskapazität. Frühere Untersuchungen ergaben, dass die Adsorption kationischer Farbstoffe mit zunehmendem pH-Wert von 16 zunimmt. Die Adsorption wird verringert, wenn die Algenoberfläche bei niedrigerem pH-Wert aufgrund der elektrostatischen Abstoßung zwischen den kationischen MG-Molekülen und der positiv geladenen Adsorptionsmitteloberfläche positiv geladen ist17.

Ein weiterer Schlüsselfaktor, der die Biosorptionsleistung bestimmt, ist die Biosorbent-Dosis. Es beurteilt die Zugänglichkeit von Bindungsstellen zur Entfernung von Farbstoffmolekülen bei einer bestimmten Farbstoffkonzentration. Die Wirkung von C. officinalis-Algendosen lag im Bereich von 0,02 bis 0,08 g in 100 mg L−1 anfänglicher Farbstoffkonzentration bei optimalem pH-Wert 6, 10 Stunden lang und bei konstanter Temperatur von 27 °C. Abbildung 5 zeigt, dass bei einer Erhöhung der Adsorptionsmittelmasse von 0,02 auf 0,08 g L−1 die Adsorptionskapazität (qe) von 99,86 auf 37,48 mg g·1 abnimmt und der Adsorptionsprozentsatz steigt. Dadurch erhöht sich die Adsorptionsmenge. Bekanntermaßen gibt es mit zunehmender Adsorbensmasse mehr zugängliche Adsorptionsstellen. Darüber hinaus wird der Rückgang der Adsorptionskapazität mit zunehmender C. officinalis-Masse durch das Vorhandensein ungesättigter Adsorptionsstellen erklärt17. Dies liegt daran, dass die aktiven Stellen effektiv genutzt werden konnten, wenn die Dosierung niedrig war (dh wenn das Adsorbens/Adsorbat-Verhältnis niedrig war). Bei einer Erhöhung der Adsorbens-Dosierung (hohes Adsorbens/Adsorbat-Verhältnis) ist es wahrscheinlicher, dass eine beträchtliche Menge des verfügbaren Adsorbens verbraucht wird. Aktive Bereiche bleiben immer noch unbedeckt, was zu einer verringerten spezifischen Aufnahme führt18. Die aktuellen Beobachtungen stimmen mit früheren Erkenntnissen überein. Deokar et al.14 entdeckten ähnliche QE-Muster bei der Untersuchung mehrerer Adsorbens-Adsorbat-Systeme.

Einfluss der Biomasse auf die Entfernung von MG V: 30 ml; Ci: 100 mg L−1; Temperatur: 27 °C; pH-Wert: 6.

Die Wirkung der anfänglichen Farbstoffkonzentrationen (20–100 mg L−1) auf die Entfernung von MG durch C. officinalis wurde in (Abb. 6) bei optimalem pH-Wert 6, Temperatur 27 °C und Biomassegewicht 0,03 g L−1 dargestellt. 10 Stunden lang und bei einer Drehzahl von 120 U/min. Der Prozentsatz des von der Corallina-Alge entfernten Farbstoffs nahm mit zunehmender Farbstoffkonzentration leicht ab. Jede Anfangskonzentration zeigte das gleiche Muster in der Geschwindigkeit der MG-Biosorption. Diese Entdeckung (Abnahme der prozentualen Farbstoffentfernung) ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass alle Adsorbentien eine endliche Anzahl aktiver Stellen haben, die bei einer bestimmten Konzentration gesättigt werden19. Die getestete maximale Farbstoffentfernungsrate betrug 99,93 % des MG-Farbstoffs bei einer Konzentration von 20 mg L−1. Die anfängliche MG-Konzentration fungiert als Hauptantriebsfaktor für die Überwindung etwaiger Stoffübergangswiderstände zwischen der wässrigen und der festen Phase20. Das geschwindigkeitsbestimmende Element, das die Gleichgewichtskonzentration des Farbstoffs beeinflusst, ist die Verfügbarkeit von Adsorptionsstellen21, was zeigt, dass der MG-Farbstoff eine starke Affinität zu C. officinalis hat. Die aktuellen Ergebnisse stimmen mit denen von Tsai et al.19 überein, die die Entfernung von MG aus wässrigen Lösungen durch die Verwendung von Biomasse auf Chlorella-Basis untersuchten.

Entfernung verschiedener MG-Konzentrationen durch Corallina officinalis V: 30 ml; M: 0,03 g; Temperatur: 27 °C; pH-Wert: 6.

Abbildung 7 zeigt den Einfluss der Kontaktzeit (0,0–10 h) zwischen der Algenbiomasse und dem MG-Farbstoff auf die Wirksamkeit der Entfernung. Die Entfernung des MG-Farbstoffs durch C. officinalis stieg in der ersten Stunde schnell auf 98,51 % und stieg dann nach 2 Stunden allmählich auf 99,25 %, bis ein Gleichgewicht erreicht war. Der MG-Biosorptionsprozess besteht aus drei Phasen: schnell, langsam und stationär, wobei die anfängliche schnelle Phase aufgrund einer großen Oberfläche und leeren Makroporen, die anschließende Verlangsamung aufgrund der Sättigung und das Gleichgewicht in der dritten Phase als C. officinalis-Partikel waren gesättigt22. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die funktionellen Gruppen an der Oberflächenwand von Algen und dem MG-Farbstoff eine hohe Affinität und eine starke elektrostatische Anziehungskraft aufweisen11.

Einfluss der Kontaktzeit auf MG durch Corallina officinalis V: 30 ml; M: 0,03 g; Ci: 20 mg L−1; pH-Wert: 6; Temperatur: 27°C.

Die Adsorptionskinetik erklärt, wie schnell der Sorptionsprozess abläuft. Die beiden einfachsten kinetischen Modelle, Modelle pseudo-erster und pseudo-zweiter Ordnung, wurden zur Bewertung der Sorptionsdaten in dieser Studie verwendet und werden im Folgenden erläutert:

Dieses Modell legt nahe, dass die zeitliche Variation der Farbstoffkonzentration proportional zur Potenz ist. Es wird auch von der Annahme ausgegangen, dass die folgende Reaktionsgeschwindigkeit r ausgedrückt werden kann als:

Trennen und Integrieren von Gl. (1) in Bezug auf die Grenzwerte C = C0 bei t = 0 und C = C bei jedem t ergibt

Die Geschwindigkeitskonstante K kann somit aus der Steigung der Auftragung von ln(C/C0) gegen t berechnet werden. Abbildung 8a zeigt eine Auftragung von ln(C/C0) gegen t bei fünf verschiedenen Farbstoffkonzentrationen. Tabelle 1 zeigt die berechneten K1-Werte und ihre entsprechenden Werte des linearen Regressionskorrelationskoeffizienten \({r}_{1}^{2}\). Das kinetische Modell erster Ordnung konnte die Sorptionsdaten mit einem durchschnittlichen Korrelationskoeffizienten von 0,52548 nicht angemessen darstellen.

Die Sorptionskinetik wurde mit einem Modell zweiter Ordnung weiter untersucht. Dieses Modell basiert auf der Annahme, dass die folgende Reaktion stattfinden wird:

wobei A die Farbstoffkomponente ist, die sich auf dem festen Adsorptionsmittel ansammelt, die Reaktionsgeschwindigkeit r, die wie folgt geschrieben werden kann:

Wenn Gl. (5) bezüglich der Grenze C \(=\) C0 zum Zeitpunkt t \(=\) 0 und C \(=\) C zu jedem Zeitpunkt t integriert wird, vereinfacht sich die Gleichung zu

Die Geschwindigkeitskonstante zweiter Ordnung K2 kann anhand der Steigung von 1/C über t berechnet werden (Abb. 8b). Tabelle 1 zeigt die berechneten Geschwindigkeitskonstanten zweiter Ordnung K2 und ihre entsprechenden Werte des höheren linearen Regressionskorrelationskoeffizienten \({r}_{2}^{2}\) mit einem Durchschnitt von 0,95232. Bei allen Farbstoffkonzentrationen wurde festgestellt, dass größere \({r}_{2}^{2}\)-Werte höher waren als der \({r}_{1}^{2}\)-Wert, was bestätigte, dass die MG Die Biosorptionskinetik folgt dem Modell pseudo-zweiter Ordnung. Um die idealen Betriebsbedingungen für den Batch-Betrieb im großen Maßstab zu wählen, muss die Kinetik der Aufnahme gelöster Stoffe verstanden werden. Auch die Bestimmung der Zeitabhängigkeit von Adsorptionssystemen unter verschiedenen Prozessbedingungen ist von entscheidender Bedeutung13. Das kinetische Modell erster Ordnung konnte die Sorptionsdaten bei keiner der anfänglichen Farbstoffkonzentrationen genau wiedergeben, mit einem durchschnittlichen Korrelationskoeffizienten von 0,52548. Tabelle 1 zeigt die ermittelten Geschwindigkeitskonstanten zweiter Ordnung K2 und ihre Entsprechung zu einem höheren linearen Regressionskorrelationskoeffizienten \({r}_{2}^{2}\) mit einem Durchschnitt von 0,95232. Bei allen Farbstoffkonzentrationen wurde festgestellt, dass größere \({r}_{2}^{2}\)-Werte höher waren als der \({r}_{1}^{2}\)-Wert, was die MG-Biosorptionskinetik bestätigte folgt dem Modell pseudo-zweiter Ordnung. Die kinetischen Daten wurden also maßgeblich durch die Pseudo-zweite Ordnung repräsentiert. Gemäß Tabelle 1 kann die MG-Biosorption in einer Monoschicht auf der Oberfläche des Adsorbens erfolgen. Nach dem kinetischen Modell zweiter Ordnung23 gilt die chemische Sorption als geschwindigkeitsbestimmender Schritt.

(a) Pseudo-Graph erster Ordnung; (b) Diagramm pseudo-zweiter Ordnung für die Biosorption von MG-Farbstoff auf Corallina officinalis-Biosorbens.

Corallina officinalis ist ein effizientes, kostengünstiges Biosorbens zur Entfernung gefährlicher malachitgrüner Farbstoffe aus wässrigen Lösungen und bietet eine praktikable Alternative zur Wasseraufbereitung. C. officinalis ist ein umweltfreundliches Biosorbens zur Wasseraufbereitung und bietet eine nachhaltige Alternative zu synthetischen Chemikalien. Es entfernt Malachitgrün-Farbstoff effektiv mit einer maximalen Adsorptionskapazität von 101,30 mg g-1 und demonstriert damit seine Fähigkeit, Farbstoff einzufangen und zu eliminieren. Die Biosorption von MG-Farbstoff durch C. officinalis ist mit Freundlich- und Langmuir-Isothermen kompatibel, was auf eine effiziente Adsorption in verschiedenen Situationen hinweist.

Adsorptionsisothermen beschreiben den Zusammenhang zwischen dem Adsorbens und der Analytkonzentration in der Lösung24. Unter optimalen Bedingungen wurden die Isothermenmodelle für die MG-Biosorption auf getrocknetem Corallina officinalis-Biosorbens verwendet. Abbildung 9. zeigt die Korrelationen der Freundlich- (Abb. 9a) und Langmuir-Isothermen (Abb. 9b), die mit 0,9843 bzw. 0,9653 berechnet wurden. Ihre Konstanten sind in Tabelle 2 aufgeführt. Die Biosorption war sowohl mit der Freundlich- als auch mit der Freundlich-Isotherme (Abb. 9b) kompatibel Langmuir-Isothermenmodelle, die zeigen, dass MG-Farbstoff effektiv an C. officinalis-Biomasse adsorbiert wird und die Biomasse möglicherweise die höchste Bindungsaffinität und maximale Kapazität für MG-Farbstoff aufweist und sowohl heterogene (mehrschichtige Adsorption) Oberflächenbedingungen als auch homogene Adsorption (monoschichtige Adsorption) aufweisen kann. 25. Laut Siew Ling (2011)26 werden zur Definition der Farbstoffsorption durch die Rotalge starke Korrelationskoeffizientenwerte für die Langmuir- und Freundlich-Modelle (R2 > 0,95) bevorzugt, was mit unseren Ergebnissen kompatibel ist.

Freundlich (a) und Langmuir (b) Isothermenmodelle für die MG-Biosorption pH: 6, Algenbiomasse: 30 mg/L, Zeit: 10h.

Das Hauptziel der Wasserrückgewinnung bestand darin, Wasser wiederzuverwenden und zu sparen. Allerdings werden die Auswirkungen der Abwasserbestandteile auf Pflanzen, Tiere, die Umwelt und die menschliche Gesundheit relativ wenig berücksichtigt. Es sind geeignete Regeln und Richtlinien erforderlich, um die Wiederverwendung verschiedener Arten von industriell aufbereitetem Wasser zu begrenzen. Die Verwendung von Corallina officinalis-Biosorbens kann ökologische Auswirkungen haben und das Gleichgewicht des Meeresökosystems und die Artenvielfalt stören. Unkontrollierte Erntepraktiken können unvorhergesehene Folgen für die Umwelt haben, einschließlich Wechselwirkungen mit Organismen, Freisetzung von Nebenprodukten und langfristige Auswirkungen auf die Wasserqualität und die Ökosystemdynamik.

Die Abfangaktivität der Proben für freie Radikale wurde mit 1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazil (DPPH), Superoxidanionradikal und 2,2-Azino-bis (3-ethylbenzothiazolin-6-sulfonsäure) gemessen. Die Diammoniumsalzradikale (ABTS) des untersuchten Corallina officinalis-Algenextrakts sind in Tabelle 3 dargestellt. C. officinalis-Algenextrakt übte eine signifikante Radikalfängeraktivität gegen freie Radikale (DPPH, Superoxidanion und ABTS) aus und zeigte eine dosisabhängige prozentuale Hemmung. Die Fähigkeit des Makroalgenextrakts, DPPH, Superoxidanionen und ABTS abzufangen, nahm mit zunehmender Konzentration des Algenextrakts zu. Die Werte werden als Mittelwert + SD von drei Messungen ausgedrückt.

Algen gelten aufgrund ihrer Fähigkeit, freie Radikale wie Singulett-Sauerstoff-, Superoxid- und Hydroxylradikale abzufangen, als wichtige Antioxidantien27. Mithilfe verschiedener antioxidativer Bioassays zeigten die getesteten Algenextrakte eine mäßige antioxidative Aktivität. Der DPPH-Test wurde als primäre Bewertungsmethode verwendet und gilt als zuverlässige, einfache und weit verbreitete kolorimetrische Methode zum Vorscreening neuer Antioxidantien aus natürlichen Quellen28. Die anderen beiden verwendeten Methoden trugen dazu bei, den Mechanismus der antioxidativen Aktivität besser zu verstehen.

Frühere Untersuchungen haben über eine starke antioxidative Aktivität in der Alge Portieria hornemannii durch die Verwendung verschiedener Extraktionslösungsmittel wie Ethylacetat, Methanol und Chloroform berichtet29. Im Gegensatz zu früheren Erkenntnissen ergab diese Studie, dass C. officinalis-Acetonextrakte eine vergleichsweise starke antioxidative Aktivität zeigten, wahrscheinlich weil die Extrakte mehr antioxidative Komponenten enthielten27. Dies erhöht die Möglichkeit, dass Corallina-Algen als natürliche Quelle von Antioxidantien verwendet werden, möglicherweise anstelle synthetischer Antioxidantien wie Butylhydroxyanisol und Hydroxytoluydrotoluol, von denen bekannt ist, dass sie in großen Mengen Krebs verursachen30.

Die antibakterielle Wirksamkeit von Corallina officinalis-Extrakten gegen grampositive und gramnegative Bakterienstämme ist in Tabelle 4 dargestellt. Der Extrakt hemmte alle getesteten Mikroorganismen bei relativ niedrigen Konzentrationen, mit signifikanten Werten der minimalen Hemmkonzentration (MIC) von 0,156 mg mL− 1 für Bacilus. mycoides und 1,25 mg mL−1 für Candida albicans. Die MHK-Werte für Pilze lagen zwischen 1,25 und 5 mg mL−1. Obwohl der getestete Extrakt eine schwächere Aktivität als Standardantibiotika aufwies, zeigte er stärkere antibakterielle als antimykotische Eigenschaften, was mit früheren Studien übereinstimmt, die Unterschiede in der Zellwandpermeabilität und -struktur auf die Empfindlichkeit von grampositiven und gramnegativen Bakterien und Pilzen zurückführten31. Im Vergleich zu gramnegativen Bakterien waren grampositive Bakterien nur geringfügig empfindlicher, was möglicherweise auf deren hydrophile Zellwandstruktur zurückzuführen ist32. Chitin und Glucan sind zwei Beispiele für die Polysaccharide, aus denen die Zellwand von Pilzen besteht, die sie weniger durchlässig machen33.

Die erhebliche zytotoxische Aktivität von Corallina officinalis gegen die untersuchten Krebszelllinien in vitro ist in Tabelle 5 dargestellt. Eine höhere zytotoxische Aktivität entspricht einem niedrigeren IC50. C. officinalis erwies sich als signifikant zytotoxisch für die HCT-15-Zelllinie, während der IC50-Wert 25,895 µg mL-1 betrug. Frühere Studien haben gezeigt, dass die krebshemmende Wirkung auf in Algen vorkommende Bestandteile zurückzuführen ist. Es ist jedoch schwierig zu bestimmen, wie jede Komponente zu den gesamten Antikrebseigenschaften beiträgt. Die Wirkung des Extrakts ist häufig das Ergebnis synergistischer Wechselwirkungen vieler Substanzen. Bisher gab es in der Literatur nur wenige Berichte, die darauf hinweisen, dass Corallina officinalis krebsbekämpfende Eigenschaften hat34. Kwon et al.35 berichteten, dass Corallina pilulifera das Wachstum der HeLa-Zelllinie hemmte, wobei eine Korrelation zwischen unseren Ergebnissen besteht. Unsere Ergebnisse zeigten, dass die getesteten Algen im Vergleich zu ihren Ergebnissen eine deutlich schwächere Antikrebsaktivität aufwiesen.

Die Studie betont die möglichen gesundheitlichen Vorteile von Corallina officinalis. C. officinalis-Acetonextrakt hat antioxidative, zytotoxische, antibakterielle und antimykotische Eigenschaften. Diese Entdeckungen ebnen den Weg für die weitere Forschung und Entwicklung von Medikamenten und bioaktiven Chemikalien.

Um sicherzustellen, dass die Welt eine glänzende Zukunft hat, haben die Vereinten Nationen (UN) die SDGs in die Agenda 2030 für nachhaltige Entwicklung aufgenommen. Auf den ersten Blick mögen diese Ziele schwer verständlich erscheinen, aber sie erklären eine Reihe gesellschaftlicher Probleme und geben eine detaillierte Liste von Schritten zur Verbesserung der Interaktion der Menschen mit ihrer Umwelt. Im Jahr 2015 veröffentlichte die Weltgemeinschaft die Agenda 2030, die die 17 SDGs auflistet, die bis 2030 erreicht werden müssen. Wenn Sie keinen Zugang zu sauberem Wasser und grundlegenden sanitären Einrichtungen haben, ist Ihre Gesundheit gefährdet. Darüber hinaus stellt es für einen beträchtlichen Teil der Weltbevölkerung, insbesondere für die am stärksten gefährdeten Bevölkerungsgruppen, ein Wachstumshindernis dar6.

Aufgrund der vielfältigen Rolle, die Makroalgen in aquatischen Ökosystemen und in der Gesellschaft spielen, können sie als wirksame Waffe im Kampf um die Verwirklichung der SDGs angesehen werden. Makroalgen spielen eine große Rolle in der Ökologie von Küsten- und Meereslebensräumen, da sie einzigartige, für die Umwelt wichtige Brutstätten schaffen und anorganische Schadstoffe entfernen, was zur Reinigung des Wassers beiträgt.

In dieser Studie untersuchen und sprechen wir darüber, wie Makroalgen zur Verwirklichung der UN-Ziele für nachhaltige Entwicklung beitragen könnten. Wir konzentrieren uns auf SDG 3, bei dem es um gute Gesundheit geht; SDG 6, bei dem es um die Verbesserung der Wasserqualität geht; und SDG 13, bei dem es um die Bekämpfung des Klimawandels geht36.

Basierend auf unseren Erkenntnissen können Corallina officinalis-Extrakte als Nahrungsergänzungsmittel und als natürliche Quelle für antioxidative, antibakterielle und krebsbekämpfende Medikamente verwendet werden. Diese gesundheitlichen Vorteile tragen zur Erreichung von SDG 3 bei. C. officinalis kann verwendet werden, um giftige Farbstoffe aus Industrieabwässern zu entfernen, die schädlich für die Gesundheit der Menschen und für die Umwelt sind, was zur Erreichung von SDG 6 beiträgt. Corallina officinalis kann Malachitgrün aufnehmen färben und schließen es in seinen Zellwänden ein. Mit dieser Technologie kann die Abwasserverschmutzung durch Farbstoffe von Industrieunternehmen auf kostengünstige, energiesparende und umweltschonende Weise reduziert werden. Corallina officinalis kann die Umweltverschmutzung reduzieren und als lebende Schutzstrukturen fungieren, was den Wert der Umwelt erhöht und zur Erreichung von SDG 13 beiträgt.

Die Forschung konzentriert sich auf die Eliminierung des Malachitgrün-Farbstoffs und die Bioaktivitäten von Corallina officinalis, ihre Relevanz für verschiedene Farbstoffe, Schadstoffe oder Toxine kann jedoch variieren. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die Wirksamkeit für verschiedene Chemikalien zu bestimmen. Umweltaspekte sowie regulatorische und kommerzielle Überlegungen sind für eine erfolgreiche Kommerzialisierung von entscheidender Bedeutung.

Das Ergebnis der aktuellen Studie zeigte, dass Corallina officinalis ein effizientes, erschwingliches und umweltfreundliches Biosorbens zur Entfernung des giftigen Malachitgrünfarbstoffs aus wässrigen Lösungen ist. Die Entfernungswirksamkeit des Farbstoffs erreichte bis zu 99,9 % und die maximale Adsorptionskapazität 101,30 mg g-1 unter bestimmten Bedingungen: pH 6, 27 °C, 120 U/min Schütteln bei 20 mg L-1 anfänglicher Farbstoffkonzentration und 0,03 g L-1 Biomasse bei Kontaktzeit 2 h. Darüber hinaus passte die Biosorption von MG gut zum Pseudo-Modell zweiter Ordnung mit Werten des linearen Regressionskorrelationskoeffizienten \({r}_{2}^{2}\) mit einem Durchschnitt von 0,95232. Es war sowohl mit dem Freundlich- als auch dem Langmuir-Isothermenmodell kompatibel und zeigte, dass MG-Farbstoff effektiv an C. officinalis-Biomasse adsorbiert wird und die Biomasse möglicherweise die höchste Bindungsaffinität und maximale Kapazität für MG-Farbstoff aufweist und sowohl heterogene Oberflächenbedingungen als auch homogene Adsorption aufweisen kann. Dies wäre ein Beispiel für die Nutzung von Meeresressourcen in der Wasseraufbereitungstechnologie zur Reduzierung der Umweltverschmutzung mit zahlreichen vielversprechenden Vorteilen für die künftige kommerzielle Nutzung, zur Reduzierung der Umweltverschmutzung und kann als wirksame Waffe im Kampf um die Verwirklichung der SDGs angesehen werden .

Nach unseren Erkenntnissen weist der Acetonextrakt von C. officinalis mit 78,26 % ein signifikantes Antioxidans für den Radikalfänger von ABTS auf, eine signifikante zytotoxische Aktivität gegen Kolonadenokarzinom (HCT-15) mit IC50 25,895 µg mL−1 und eine bemerkenswerte antibakterielle Aktivität gegen B. mycoides , B. subtilis mit einer MHK von 0,156 mg mL-1 und signifikanter antimykotischer Aktivität gegen Candida albicans mit einer MHK von 1,25 mg mL-1. Die menschlichen Gesundheitssysteme sind derzeit besorgt darüber, dass gefährliche Keime gegen synthetische Antibiotika resistent werden. Daher ist es wichtig, über kreative Abhilfemaßnahmen nachzudenken. Corallina officinalis ist eine reichhaltige Quelle für Arzneimittel und bioaktive Substanzen, die den wachsenden Bedarf der Bevölkerung decken können.

Die aktuelle Studie ist die erste wissenschaftliche Untersuchung von Corallina officinalis auf seine Fähigkeit, den Farbstoff Malachitgrün zu entfernen. Die aktuelle Studie hat die Adsorptionswirksamkeit von C. officinalis nachgewiesen und seine biologischen Aktivitäten wurden festgestellt. Diese Ergebnisse könnten wertvolle Informationen für zukünftige Bemühungen zur Entfernung zusätzlicher Farbstoffe und Schwermetalle liefern. Weitere Forschung ist erforderlich, um die Ernährungseigenschaften und Mechanismen zu bewerten, die den gesundheitlichen Vorteilen verschiedener Makroalgenprodukte zugrunde liegen.

Bei Ebbe wurden Proben an Orten entlang der Küste des Roten Meeres in Ägypten gesammelt. Um Salz, Sand und Epiphyten zu entfernen, wurden die Proben in destilliertem Wasser gewaschen und anschließend bei Raumtemperatur an der Luft getrocknet. und anschließend 24 h im Ofen bei 60 °C getrocknet. Eine pulverisierte Form getrockneter Proben wurde gesiebt und bis zum Test in dichten dunklen Fläschchen bei Raumtemperatur aufbewahrt37.

Der molekulare Marker „Internal Transscribed Spacer“ (ITS) wurde in dieser Studie zur Unterscheidung der Algenproben eingesetzt. Es wurde das NanoMag Plant and Algae DNA Isolation System (Attogene, USA) eingesetzt. Um vollständige DNA aus Pflanzen und Algen zu isolieren, wurde speziell das NanoMag Plant and Algae DNA Isolation Kit NA2012-01 entwickelt. Es ist wichtig, sicherzustellen, dass die Probenvorbehandlung bei niedriger Temperatur durchgeführt wird, da sie sich direkt auf die DNA-Erzeugung und die Integrität der Fragmente auswirkt. Die proprietären Magnetkügelchen und der sorgfältig formulierte Puffer sind im NanoMag Plant and Algae DNA Isolation Kit enthalten. Die erfolgreich eluierte gereinigte DNA kann dann bei einer Temperatur von −20 °C gelagert oder in PCR oder anderen enzymatischen Reaktionen verwendet werden. Auf dem Magnetpartikelprozessor-Gerät sind die Verfahren einfach anzuwenden und können vollständig automatisiert werden. Zur Durchführung von Amplicon (Holand) wurde ein CreaCon-Wärmecycler verwendet. Die Länge des fertigen amplifizierten Produkts wurde unter Verwendung des DNA-Leiter-1-kbp-DNA-Markers (PeqGold 1 Kb, Peqlab und GMH) berechnet. Das COI-Gen wurde mittels PCR unter Verwendung der gewonnenen DNA amplifiziert. Tabelle 6 listet die für PCR und Sequenzierung verwendeten Primer auf. Sequenzierung und PCR wurden unter Verwendung der von Kogame et al.38 beschriebenen Techniken durchgeführt.

Der Green Taq (DreamTaq)-Mastermix (Thermo Scientific) wurde gemäß dem Herstellungsprotokoll für die Genamplifikation verwendet. Laut Kogame et al. (2015)38, die Thermocycler-Bedingungen wurden wie folgt angewendet: 10 Minuten bei 96 °C zur Denaturierung, gefolgt von 40–50 Zyklen von 30 Sekunden bei 94 °C, 30 Sekunden bei 50 °C und 30 Sekunden bei 72 °C, mit eine abschließende Verlängerung von 5 Minuten bei 72 °C. Das Endprodukt für das spezifische Amplifikat wurde fotografiert und mit Dig-doc, UVP, INC, England, nachgewiesen.

PCR-Produkte wurden auf 1,5 % (w/v) Agarosegel geladen, mit Ethidiumbromid gefärbt, durch Elektrophorese (75 V, 150 mA) aufgetrennt und auf einer UV-Platte betrachtet. Für die DNA-Reinigung wurde das Gene JET PCR Purification Kit (Thermo Scientific) verwendet. Der genetische Analysator ABI PRISM® 3100 wurde für PCR-Produkte eingesetzt und von Macrogen In durchgeführt. Siegel, Korea.

Das Geldokumentationssystem (Geldoc-it, UVP, England) wurde für die Datenanalyse unter Verwendung der Totallab-Analysesoftware, ww.totallab.com, (Ver.1.0.1) verwendet. Positive Amplikons wurden aus dem Agarosegel mit dem EZNA® Gel Extraction Kit (V-spin) (Omega BIO-TEK) eluiert. Die Sequenzanalyse wurde mit dem ABI PRISM® 3100 Genetic Analyzer (Micron-Corp. Korea) durchgeführt.

FTIR wurde durchgeführt, um die funktionellen Gruppen der Adsorptionsmitteloberfläche zu untersuchen, die für den Adsorptionsprozess im Bereich von 4000–400 cm−139 verantwortlich sind.

SEM wurde verwendet, um die Morphologie von getrocknetem C. officinalis-Pulver vor und nach dem MG-Biosorptionsprozess zu untersuchen39.

MG ist ein kationischer Farbstoff mit einem Molekulargewicht MW von 972,02 g mol−1, geliefert von Research-Lab Fine Chem Industries, Indien. Abgewogene Mengen MG wurden in 1 l destilliertem Wasser gelöst, um die erforderlichen Konzentrationen an frischer Stammlösung C herzustellen, mit Chargen von 20, 40, 50, 60, 80 und 100 mg L−140. Alle chemischen Reagenzien haben analytische Forschungsqualität (AR).

In einem 50-ml-Erlenmeyer-Becherglas wurden alle Biosorptionstests 10 Stunden lang unter konstantem Rühren bei 120 U/min und einer Raumtemperatur von 27 °C durchgeführt. Eine Hettich-Zentrifuge EBA 200 wurde zum Zentrifugieren der Lösung verwendet, nachdem sie 10 Minuten lang bei 3000 U/min das Gleichgewicht erreicht hatte. Anschließend wurde es untersucht. Durch Messung der Absorption bei einer Wellenlänge von 618 nm wurde ein UV-sichtbares Spektrophotometer (UV-VIS-Spektrophotometer T80+) verwendet, um den Aufnahmefarbstoff zu quantifizieren41.

Die Auswirkung des pH-Werts wurde unter Verwendung von 0,03 g L-1 Corallina officinalis und 30 ml einer anfänglichen MG-Konzentration von 50 mg L-1 bei verschiedenen pH-Werten der Lösung von 2 bis 8 bewertet. Der pH-Wert der Lösung wurde durch Zugabe von 0,1 N NaOH oder HCL geändert Lösung mit einem pH-Meter, um den Einfluss des pH-Werts auf die Sorptionskapazität zu untersuchen42.

Es wurden verschiedene Dosen Biosorbens verwendet: 0,02, 0,03, 0,05, 0,06 und 0,08 g Algen mit 30 ml MG mit einer anfänglichen Farbstoffkonzentration von 100 mg L−1, um zu untersuchen, wie Biosorbens die Farbstoffentfernung bei idealem pH-Wert der Lösung beeinflusst.

Verschiedene Farbstoffkonzentrationen von 20 bis 100 mg L−1 wurden verwendet, um die Auswirkung der anfänglichen Farbstoffkonzentration auf die Farbstoffentfernung zu untersuchen, indem 0,03 g L−1 Algen und 30 ml MG in einer Reihe von Bechergläsern bei Raumtemperatur verwendet wurden 27 °C für 10 Stunden. Die Lösung wurde nach Erreichen des Gleichgewichts 10 Minuten lang bei 3000 U/min unter Verwendung einer Hettich-Zentrifuge EBA 200 zentrifugiert. Dann wurde es analysiert. Der Aufnahmefarbstoff wurde mit einem UV-VIS-Spektrophotometer (T80+) gemessen, indem die Absorption bei einer Wellenlänge von 618 nm untersucht wurde41. Die Ergebnisse stellen die Durchschnittswerte der beiden Replikate dar.

Das Gleichgewicht ist eine wesentliche Voraussetzung für den Einsatz einer Adsorptionstechnik bei der Abwasserbehandlung. Um den Einfluss der Kontaktzeit auf die MG-Farbstoffsorption zu untersuchen, wurden 0,03 g L−1 Biomasse von Corallina officinalis mit 30 ml jeder Farbstoffkonzentration (20, 40, 60, 80 und 100 mg L−1) in Kontakt gebracht pH 6 für 10 h bei 120 U/min und Raumtemperatur 27 °C.

Eine kinetische Studie wurde bei optimalem pH-Wert durchgeführt. Eine Reihe von 50-ml-Bechergläsern mit 0,03 g L−1 Algen und 30 ml MG in Anfangskonzentrationen von 20, 40, 60, 80 und 100 mg L−1 wurden während der Durchführung der Kinetikstudien mit konstanter Geschwindigkeit geschüttelt. Die Proben wurden in regelmäßigen Abständen entnommen43. Die Biosorptionskinetik von Farbstoff durch Biosorbens wurde mithilfe der Modelle pseudo-erster Ordnung und pseudo-zweiter Ordnung erklärt. Die an Corallina officinalis adsorbierte MG-Menge und die Entfernungseffizienz (R %) von MG wurden unter Verwendung der Gleichungen berechnet. (7) bzw. (8)44. In diesen Gleichungen stellt qe (mg g−1) die Adsorptionskapazität dar, Ci ist die Anfangskonzentration von MG zum Zeitpunkt 0 und Cf ist die Endkonzentration von MG mg L−1. Zum Zeitpunkt t ist V das Volumen der Farbstofflösung in L und M die Masse des Adsorptionsmittels in g:

Die am häufigsten verwendeten Biosorptionsisothermenmodelle sind das Langmuir- und das Freundlich-Modell. Sie wurden in dieser Studie anhand experimenteller Daten ermittelt. Die Gleichungen (9) und (10) für die Berechnungen des Isothermenmodells lauteten wie folgt45:

Langmuir-Isothermengleichung

Freundlich-Isothermengleichung

Ce ist die Konzentration des Farbstoffions im Gleichgewicht (mg L−1), qm ist die maximale Adsorptionskapazität (mg g−1), KL ist die Langmuir-Isothermenkonstante (L mg−1), KF ist die Freundlich-Isothermenkonstante ( L mg−1).

Untersuchte, fein gemahlene und getrocknete Algen (100 g) wurden mit Aceton (500 ml) extrahiert. Bevor die Extrakte in einem Rotationsverdampfer bei niedrigem Druck kondensiert wurden, wurden sie filtriert. Vor der Verwendung in den Experimenten wurden die Trockenextrakte bei –18 °C gelagert. Die Proben wurden dann in 5 % Dimethylsulfoxid (DMSO) gelöst, was als Lösungsmittelkontrolltest verwendet wurde, um den Einfluss von DMSO auf die Entwicklung von Mikroorganismen zu untersuchen27.

Die verschiedenen Wirkmechanismen von Antioxidantien sowie das antioxidative Potenzial von Corallina officinalis wurden mithilfe von drei Tests bewertet: der DPPH-Radikalfängeraktivität, dem ABTS-Radikal und der Superoxidanionenfängeraktivität. DPPH wurde verwendet, um die Fähigkeit der Proben zum Abfangen freier Radikale zu bewerten. Das Experiment wurde dreifach durchgeführt. Die Fähigkeit des C. officinalis-Algenextrakts, freie Radikale abzufangen, wurde mithilfe der von Kosanić et al.27 beschriebenen Methoden (DPPH), Superoxidanion (ABTS) bewertet.

In unserer Forschung wurden folgende Mikroben als Testorganismen verwendet: Bacillus mycoides (ATCC 6462), Bacilus subtilis (ATCC 6633), Staphylococcus aureus (ATCC 25923), Escherichia coli (ATCC 25922), Klebsiella pneumoniae (ATCC 33495) und Enterobacter Cloaceae (ATCC 13047). Darüber hinaus wurden als Pilze Aspergillus flavus (ATCC 9170), Aspergillus fumigatus (ATCC 1022), Candida albicans (ATCC 10231), Mucor mucedo (ATCC 52568), Botrytis cinerea (ATCC 36634) und Trichoderma harzianum (ATCC 20476) verwendet.

Bakterien- und Pilzpathogene von Menschen und Fischen wurden von der Naval Medical Research Unit 3, Kairo, Ägypten, bezogen. Bakterienkulturen wurden auf Agarschalen gezüchtet. Kartoffel-Dextrose-Agar (PD) und Sabourad-Dextrose-Agar (SD) wurden zur Erhaltung von Pilzkulturen verwendet, und frische reife Kulturen, die auf PD-Agar bei 30 °C gezüchtet wurden, wurden zur Herstellung von Pilzsporensuspensionen verwendet. Nach dem Ansatz von Espinel-Ingroff46 wurden die Sporen mit sauberem, destilliertem Wasser gespült, um die Trübung spektrophotometrisch bei 530 nm zu messen. Anschließend wurden sie auf eine Konzentration von etwa 106 KBE mL−1 abgeschwächt.

Bakterielle Inokula wurden durch Züchten von Bakterienkolonien auf Mueller-Hinton-Agar-Substrat für 24 Stunden bei 37 °C erzeugt. Diese Inokula wurden dann auf den 0,5-McFarland-Standard oder etwa 108 KBE ml−147 verdünnt.

Alle Kulturen wurden 15 Tage lang bei 4 °C subkultiviert. Mithilfe der Bouillon-Mikroverdünnungsmethode und Mikrotiterplatten mit 96 Vertiefungen wurde die MHK bestimmt. Gegen jeden der im Experiment getesteten Mikroorganismen wurden Extraktdosen zwischen 50 und 0,195 mg mL-1 verwendet. Die ursprünglichen Extraktlösungen wurden durch Abmessen einer bestimmten Extraktmenge und Mischen mit DMSO hergestellt. Für Bakterienkolonien verwenden Sie die Muller-Hinton-Brühe; Für Pilze verwenden Sie die SD-Brühe. Die Extrakte wurden in zweifacher Verdünnung hergestellt.

Ketoconazol und Streptomycin waren die Standards für Pilze bzw. Bakterien. Um herauszufinden, wie sich 5 % DMSO auf die Entwicklung eines Bakteriums auswirkt, wurde der Lösungsmittelkontrolltest durchgeführt. Durch die Bestimmung der MHK wurde die Anfälligkeit von Mikroorganismen gegenüber Acetonextrakten der untersuchten Algen bewertet, wobei die MHK mit Resazurin31 bestimmt wurde.

Bei den Krebszelllinien in dieser Studie handelte es sich um menschliches Lungenkarzinom (A549), menschliches Melanom (Fem-x), Kolonadenokarzinom (HCT-15), menschliches Osteosarkom (MG-63), Prostatakarzinom (PC-3) und menschliches Brustadenokarzinom ( MCF-7), HeLa, Niere der Afrikanischen Grünen Meerkatze (Vero) und Ratten-Skelettmuskel-Myoblasten-Zelllinien (L6). Die Zelllinien wurden von der Naval Medical Research Unit 3, Kairo, Ägypten, bezogen. Die Zellen wurden in einer Monoschicht bei 37 °C in einer Umgebung mit feuchter Luft von 95 % und 5 % CO2 im RPMI 1640-Nährmedium mit 10 % (bei 56 °C inaktiviertem) fötalem Rinderserum (FBS), 3 mM l- Glutamin und Antibiotika31.

Der getestete Extrakt wurde in vitro auf zytotoxische Wirkung getestet. Die erforderlichen Arbeitsmengen der Extraktstammlösung (50 mg mL−1) wurden im entsprechenden Medium gelöst. A549-Zellen (5000 Zellen/Well), Fem-x-Zellen (5000 Zellen/Well), L6-Zellen (2000 Zellen/Well), HCT-15-Zellen (4000 Zellen/Well), MG-63-Zellen (3000 Zellen/Well) PC-3-Zellen (5000 Zellen/Well), MCF-7-, Vero- und HeLa-Zellen (ungefähr 2104 Zellen/Well) wurden alle in 96-Well-Mikrotiterplatten inokuliert48,49. Mit Ausnahme der Kontrollzellen, die lediglich eine Zugabe von Nährmedium erhielten, erhielten die Vertiefungen 24 Stunden nach der Zelladhäsion fünf unterschiedliche Konzentrationen der untersuchten Extrakte. Die Endkonzentrationen in den Behandlungsvertiefungen betrugen 200, 100, 50, 25 und 12,5 g mL−1. Danach wurden die Kolonien 72 Stunden lang inkubiert.

Die Auswirkung auf das Überleben von Krebszellen wurde mit dem 3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazoliumbromid (MTT)-Assay 72 Stunden nach der Zugabe des Extrakts bewertet. Kurz gesagt, 20 µL MTT-Lösung (5 mg mL-1 Phosphate Buffered Saline (PBS)) wurden in jede Vertiefung gegeben und dann weitere 4 Stunden bei 37 °C in 5 % CO2 und angefeuchteter Luft aufbewahrt. Die Formazan-Kristalle aus MTT hergestellte Proben wurden dann mit 100 l 10 % Natriumdodecylsulfat (SDS) solubilisiert, nachdem sie durch die mitochondrialen Dehydrogenasen lebender Zellen umgewandelt wurden. Ein Mikroplattenlesegerät (Multiskan EX, Thermo Scientific, Finnland) wurde verwendet, um die Absorptionen bei 570 nm zu messen , die proportional zur Anzahl lebender Zellen waren. Die Zellen waren nicht schädlich, da die Endkonzentration des DMSO-Lösungsmittels nie mehr als 0,5 % betrug. Der Begriff „IC50-Konzentration“ bezieht sich auf die Menge einer Substanz, die erforderlich ist, um 50 % der Zellen daran zu hindern überleben. Die Ergebnisse stellen die Durchschnittswerte der drei Replikate dar (Ergänzende Informationen).

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Open-Access-Finanzierung durch die Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) in Zusammenarbeit mit der Egyptian Knowledge Bank (EKB).

College of Pharmacy, Arabische Akademie für Wissenschaft, Technologie und Seeverkehr, Abu-Qir, Alexandria, Ägypten

Elen Emad Youssef & Botros Y. Beshay

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Kareem Tonbol

Abteilung für Ozeanographie, Fakultät für Naturwissenschaften, Universität Alexandria, Alexandria, Ägypten

Sarah O. Makled

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Alle Autoren haben zur Konzeption und Gestaltung der Studie beigetragen. Die Materialvorbereitung, Datenerfassung und Analyse wurden von EEY, BYB, KT und SOM durchgeführt. Der erste Entwurf des Manuskripts wurde von EEY verfasst und alle Autoren kommentierten frühere Versionen des Manuskripts. Alle Autoren haben das endgültige Manuskript gelesen und genehmigt.

Korrespondenz mit Elen Emad Youssef.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Youssef, EE, Beshay, BY, Tonbol, K. et al. Biologische Aktivitäten und Biosorptionspotenzial von Rotalgen (Corallina officinalis) zur Entfernung des giftigen Malachitgrünfarbstoffs. Sci Rep 13, 13836 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-40667-8

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Eingegangen: 21. Mai 2023

Angenommen: 16. August 2023

Veröffentlicht: 24. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-40667-8

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