Globalement, le système Terre a des milliers de terragrammes (Tg) (1 Tg =10 ¹² g) de nanoparticules minérales se déplaçant chaque année autour de la planète. Ces nanoparticules minérales sont omniprésentes dans l'atmosphère, océans, eaux, sols, dans et/ou sur la plupart des organismes vivants, et même au sein de protéines telles que la ferritine. En milieu naturel, Les nanozymes minéraux peuvent être produits par deux voies :les processus « descendants » et « ascendants ». Spécifiquement, l'altération ou la dégradation provoquée par l'homme des matériaux en vrac peut entraîner directement des nanomatériaux (un processus descendant), ou les nanomatériaux peuvent croître à partir de précurseurs par cristallisation, réaction, ou des rôles biologiques (un processus ascendant).

Ces nanoparticules minérales peuvent posséder de multiples propriétés enzymatiques, par exemple., oxydase, peroxydase, catalase, et la superoxyde dismutase, en fonction de l'environnement local. minéraux contenant du fer, par exemple., ferrihydrite, hématite, et de la magnétite, sont omniprésents dans les systèmes terrestres et possèdent une activité de type peroxydase. Parmi ces (oxyhydr)oxydes de fer, la ferrihydrite présentait la plus forte activité de type peroxydase, en raison de sa plus petite taille de particule et de sa plus grande surface spécifique. En raison de la présence de fer ferreux, la magnétite a une activité de type peroxydase considérablement élevée.

Par rapport aux enzymes naturelles, les nanozymes minéraux présentent plusieurs avantages, comme le faible coût, stabilité accrue, activité catalytique durable, et la robustesse aux environnements difficiles. En raison de leur plus grande surface spécifique, rapports élevés d'atomes de surface, large bande interdite, et de fortes activités catalytiques, les nanozymes minéraux jouent un rôle essentiel dans les cycles biogéochimiques des éléments dans les écosystèmes.

Les champignons et les bactéries contribuent environ 70 Gt de carbone (C) (1 Gt =10 ⁹ t) et 120 Gt C à la biomasse mondiale, respectivement. Étant donné que les hyphes fongiques peuvent s'étendre cumulativement sur des centaines de kilomètres dans les sols kg ^-1 dans des environnements tels que la rhizosphère (c. 200-800kmkg ^-1 ) et que plus de 94 % des plantes terrestres et des champignons forment une relation symbiotique, les nanozymes minéraux peuvent avoir des implications importantes dans la coévolution microbienne-minérale, cycle des nutriments dans le système terrestre de surface, séquestration du carbone minéral, et l'atténuation des changements climatiques mondiaux.

Dans les systèmes terrestres, les micro-organismes taxonomiquement et fonctionnellement divers sont une vaste source de superoxyde (O 2 ^- ) ou les peroxydes d'hydrogène (H 2 O 2 ). Ces nanozymes minéraux peuvent réguler les niveaux d'espèces réactives de l'oxygène (ROS), y compris H 2 O 2 , O 2 ^- et les radicaux hydroxyles (HO ⁺ ). En produisant un puissant HO oxydant ⁺ , l'interaction entre les nanozymes minéraux et les micro-organismes peut jouer un rôle important dans la conduite du cycle biogéochimique des éléments (Figure 2).

« Toutes les investigations sur les nanozymes minéraux sont encore au stade du laboratoire et ne sont pas des études de terrain, " dit Guang-Hui Yu, un scientifique à la School of Earth System Science, Université de Tianjin, dans la ville chinoise de Tianjin.

"L'activité catalytique des nanozymes minéraux est principalement déterminée par les lacunes en oxygène (OV) à la surface minérale", les chercheurs ont écrit dans un article intitulé "Fungal Nanophase Particles Catalyze Iron Transformation for Oxidative Stress Removal and Iron Acquisition".

"Ces lacunes d'oxygène sont souvent occupées par des groupes hydroxyles à la surface minérale, " ont-ils expliqué.

Étant donné que les nanozymes minéraux peuvent catalyser H 2 O 2 produire de l'HO hautement oxydant ⁺ , ils ont été largement utilisés dans le domaine de l'assainissement de l'environnement. Par rapport aux enzymes naturelles, les nanozymes minéraux peuvent dégrader les polluants organiques dans une plage de pH plus large. Par exemple, en dégradant H 2 O 2 , Fe 3 O 4 les nanoparticules pourraient éliminer efficacement la rhodamine B (RhB) dans la plage de pH de 3,0 à 9,0.

"Les effets des nanozymes minéraux sur les communautés microbiennes dans l'environnement restent flous, " ont écrit les deux chercheurs, « les découvertes des nanozymes minéraux ont peut-être révélé une voie de rétroaction jusqu'alors inconnue de la coévolution microbe-minéral qui pourrait faire la lumière sur un certain nombre de questions de longue date, comme l'origine et l'évolution de la vie en modulant les niveaux de ROS."

Ces deux savants ont également révélé dans l'étude, qui a été publié dans le Science Chine Sciences de la Terre , que la découverte des nanomatériaux en tant que nouveaux mimétiques d'enzymes a changé l'idée traditionnelle selon laquelle les nanomatériaux sont chimiquement inertes dans les systèmes terrestres. Compte tenu de l'abondance au niveau du terragramme (Tg) des nanoparticules minérales dans les systèmes terrestres, il est statistiquement très probable pour certains d'entre eux, en particulier ceux d'origine biotique, se comporter comme des nanozymes minéraux pour catalyser le superoxyde et H 2 O 2 et favoriser les cycles biogéochimiques de l'oxygène et d'autres éléments.