Cá hộp Hichef Thái Lan
1 thùng 100 hộp, mỗi hộp 145gram
Zalo sỉ: 0968.994.923 -0778.633.384
Hotline: 070605.95.91
Giao hàng khu vực TP.HCM và đưa hàng ra chành đi các tỉnh.
Thiết lập quy trình lên men vi khuẩn serratia marcescens để sản xuất chế phẩm diệt sâu
1. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT LẬP QUY TRÌNH LÊN MEN VI KHUẨN
SERRATIA MARCESCENS ĐỂ SẢN XUẤT CHẾ
PHẨM DIỆT SÂU
Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Giảng viên hƣớng dẫn :T.S NGUYỄN HOÀI HƢƠNG
Sinh viên thực hiện : CAO THỊ THANH THÚY
MSSV: 1311101044 Lớp: 13DSH05
TP. Hồ Chí Minh, 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH
2. Đồ án tốt nghiệp
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp là công trình nghiên cứu của tôi dƣới sự
hƣớng dẫn của TS Nguyễn Hoài Hƣơng.
Các số liệu, kết quả nêu trong đồ án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã đƣợc chỉ rõ
nguồn gốc.
TP. HCM, ngày 27 tháng 07 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Cao Thị Thanh Thúy
3. Đồ án tốt nghiệp
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho con xin gởi tất cả lòng biết ơn sâu sắc nhất đến cha mẹ, là
ngƣời đã sinh thành, nuôi dƣỡng, giáo dục, động viên... là chỗ vựa tinh thần vững
chắc cho con, là ngƣời giúp con đứng vững sau mỗi lần vấp ngã để con có đƣợc
nhƣ ngày hôm nay.
Với lòng biết ơn sâu sắc. Em xin gửi lời cám ơn chân thành và sự tri ân sâu
sắc tới tập thể quý thầy cô giáo trong trƣờng Đại học Công Nghệ TP.HCM nói
chung và các thầy cô giáo trong khoa Công Nghệ Sinh Học-Thực Phẩm-Môi
Trƣờng, bộ môn Công Nghệ Sinh Học nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt
cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báo trong suốt thời gian qua.
Đặc biệt, em xin đƣợc chân thành biết ơn cô TS. Nguyễn Hoài Hƣơng, ngƣời
thầy đáng kinh, cô đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hƣớng dẫn và tạo điều kiện
thuận lợi cho em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Trung Dũng, cô Nguyễn Trần Thái
Khanh, anh Nguyễn Trần Thiện Đức đã tạo điều kiện thuận lợi cho em thực hiện đồ
án tại phòng thí nghiệm Khoa Công Nghệ Sinh Học – Thực Phẩm – Môi Trƣờng,
trƣờng Đại Học Công Nghệ TP. Hồ Chí Minh.
Cảm ơn tất cả các bạn đã động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình thời gian
học tập tại trƣờng. Cảm ơn chị Vũ Hoàng Minh Ngọc, bạn Trƣơng Hoài Nguyên,
bạn Đỗ Thị Cẩm Lụa, bạn Lê Thị Thu đã đồng hành chia sẻ buồn vui cùng em trong
suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp.
Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc!
TP. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Cao Thị Thanh Thúy
4. Đồ án tốt nghiệp
i
MỤC LỤC
MỤC LỤC.................................................................................................................i
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................iv
DANH MỤC CÁC HÌNH .......................................................................................v
DANH MỤC CÁC BẢNG.................................................................................... vii
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài................................................................................1
2. Mục đích của nghiên cứu..............................................................................1
3. Nhiệm vụ của nghiên cứu..............................................................................2
4. Các kết quả đạt đƣợc của đề tài ...................................................................2
5. Kết cấu của đồ án ..........................................................................................2
Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU.....................................................................3
1.1. Tổng quan hợp chất thứ cấp từ vi sinh vật ..............................................3
1.1.1. Hợp chất thứ cấp .....................................................................................3
1.1.2. Triển vọng và tiếm năng sản xuất hợp chất thứ cấp từ vi sinh vật ........3
1.2. Giới thiệu về Prodigiosin ...........................................................................5
1.2.1. Khái niệm về Prodigiosin .....................................................................5
1.2.2. Cấu trúc và đặc điểm của Prodigiosin .................................................6
1.2.3. Hoạt động sinh học của Prodigiosin....................................................9
1.2.4. Cơ chế tổng hợp Prodigiosin của Serratia marcescens.....................10
1.3. Giới thiệu về Serratia marcescens ..........................................................14
1.3.1. Lịch sử phát hiện................................................................................14
1.3.2. Phân loại khoa học của Serratia marcescens....................................15
1.3.3. Đặc điểm của Serratia marcescens ....................................................15
1.4. Một số hợp chất đƣợc tổng hợp từ Serratia marcescens........................19
1.4.1. Sắc tố ..................................................................................................19
1.4.2. Biosurfactant......................................................................................20
1.4.3. Acid béo ..............................................................................................20
1.4.4. Enzyme................................................................................................20
5. Đồ án tốt nghiệp
ii
1.4.5. Yếu tố động lực của Serratia marcescens..........................................21
1.5. Khả năng diệt sâu của Serratia marcescens............................................22
1.6. Điều kiện tối ƣu cho sinh tổng hợp prodigiosin bởi Serratia marcescens
24
1.7. Thu nhận và tinh sạch prodigiosin .........................................................27
1.8. Một số nghiên cứu trên thế giới ..............................................................30
1.8.1. Tình hình nghiên cứu Serratia marcescens ......................................30
1.8.2. Tình hình nghiên cứu prodigiosin.....................................................30
Chƣơng 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........................33
2.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu...........................................................34
2.1.1. Thời gian. ...........................................................................................34
2.1.2. Địa điểm..............................................................................................34
2.2. Vật liệu – hóa chất – thiết bị....................................................................34
2.2.1. Nguồn vi khuẩn Serratia marcescens................................................34
2.2.2. Môi trường nuôi cấy và hóa chất.......................................................34
2.2.3. Dụng cụ, thiết bị.................................................................................35
2.3. Phƣơng pháp thí nghiệm .........................................................................36
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu.........................................................................41
2.4.1. Phương pháp chọn lọc chủng Serratie marsescens có khả năng tổng
hợp prodigiosin và enzyme ngoại bào mạnh nhất. .........................................41
2.4.2. Phương pháp khảo sát thiết lập môi trường nhân giống ..................44
2.4.3. Phương pháp khảo sát thiết lập môi trường lên men và chế độ lên
men 44
2.4.4. Phương pháp phân tích......................................................................47
Mục đích...........................................................................................................47
Nội dung ...........................................................................................................47
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................48
3.1. Chọn lọc chủng vi khuẩn Serratia marcescens sinh tổng hợp enzyme
ngoại bào và prodigiosin cao nhất ....................................................................48
6. Đồ án tốt nghiệp
iii
3.1.1. Khả năng tiết enzyme ngoại bào ........................................................48
3.1.2. Trích ly thu prodigiosin......................................................................52
3.1.3. So sánh hình thái, sinh lý, khả năng tiết enzyme ngoại bào của
chủng SH4 với chủng SH1 (ĐATN Nguyễn Hoàng Anh Kha, 2013)............54
3.2. Thiết lập môi trƣờng nhân giống ............................................................56
3.3. Thiết lập môi trƣờng lên men và chế độ lên men...................................58
3.3.1. Thiết lập môi trường lên men ............................................................58
3.3.2. Thiết lập chế độ lên men ....................................................................64
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ...................................................................................70
1. Kết luận........................................................................................................70
2. Kiến nghị......................................................................................................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................70
PHỤ LỤC...............................................................................................................76
A. PHỤ LỤC 1. THÀNH PHẦN CÁC MÔI TRƢỜNG, THUỐC THỬ,
PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM.........................................................................76
B. PHỤ LỤC 2. HÌNH ẢNH ........................................................................82
C. PHỤ LỤC 3. SỐ LIỆU THỐNG KÊ ......................................................87
7. Đồ án tốt nghiệp
iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
EPN: Entomopathogenic nematodes
OD: mật độ quang (Optical Density)
λmax : bƣớc sóng hấp thụ cực đại
LMTL: lên men tiếp liệu
PG: peptone glycerol
PGTL: peptone glycerol tiếp liệu
MT1: môi trƣờng 1
MT2: môi trƣờng 2
8. Đồ án tốt nghiệp
v
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Cấu trúc hình học phẳng của hợp chất Prodigiosin (Krishna, 2008) ..........6
Hình 1.2 Các chất đại diện prodigiosin (Furstner, 2003)...........................................7
Hình 1.3 Hoạt tính kháng khuẩn của prodigiosin (Ramina và Samira, 2009)............9
Hình 1.4 So sánh các cụm sinh tổng hợp prodigiosin (cụm pig) từ Serratia ATCC
39.006, Sma 274 và cụm sinh tổng hợp undecylprodigiosin (cụm màu đỏ) từ
Streptomyces coelicolor A3 (2) (Cerdenor và cộng sự, 2001) .................................11
Hình 1.5 Con đƣờng đƣợc đề xuất cho quá trình sinh tổng hợp prodigiosin...........13
Hình 1.6 Hình dáng và màu sắc khuẩn lạc của vi khuẩn Serratia marcescens. .......16
Hình 1.7 Vi khuẩn Serratia marcescens quan sát đƣợc dƣới kính hiển vi (Gillen và
Gibbs, 2011)............................................................................................................16
Hình 1.8 Cơ chế gây bệnh của enzyme Serralysin metalloprotease của
S.marcescens đối với ấu trùng tằm (K Ishii et al; 2014)..........................................23
Hình 1.9 Một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình sinh tổng hợp prodigiosin bởi
Serratia marcescens đƣợc ghi nhận bởi Sundaramoorthy và cộng sự (2009)..........27
Hình 1.10 Một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình sinh tổng hợp prodiosin bởi
Serratia sp. BTWJ8 đƣợc ghi nhận bởi Krishna (2008) ..........................................27
Hình 2.1 Quy trình lên men vi khuẩn Serratia marcescens để sản xuất chế phẩm
prodigiosin thô. .......................................................................................................37
Hình 2.2 Quy trình chọn lọc chủng vi sinh vật........................................................38
Hình 2.3 Quy trình khảo sát thiết lập môi trƣờng nhân giống vi khuẩn Serratia
marcescens SH4......................................................................................................39
Hình 2.4 Quy trình khảo sát thiết lập môi trƣờng lên men vi khuẩn Serratia
marcescens SH4......................................................................................................40
Hình 2.5. Quy trình trích ly thu prodigiosin từ dịch lên men vi khuẩn....................43
Hình 2.6 Quy trình tiếp liệu glycerol.......................................................................46
Hình 3.1 Khả năng tiết ezyme protease của các chủng S.marcescens SH4, SH5 và
HB...........................................................................................................................49
Hình 3.2 Khả năng tiết ezyme lipase của các chủng S.marcescens SH4, SH5 và HB
................................................................................................................................50
Hình 3.3 Khả năng tiết ezyme chitinase của các chủng S.marcescens SH4, SH5 và
HB...........................................................................................................................51
Hình 3.4 Giá trị OD hiệu chỉnh của sắc tố (OD 499) và tế bào (OD 620) của các
chủng S.marcescens SH4, SH5 và HB. ...................................................................53
Hình 3.5 Hình thái khuẩn lạc của chủng SH4 và SH1.............................................54
Hình 3.6 Kết quả nhuộm Gram hai chủng SH1 và SH4 ..........................................55
Hình 3.7 Khả năng tiết enzyme ngoại bào của hai chủng SH4 và SH1 ...................55
Hình 3.8 Biến thiên OD620nm hiệu chỉnh của vi khuẩn S.marcescens SH4 theo thời
gian trên các môi trƣờng nhân giống khác nhau......................................................57
Hình 3.9 Biến thiên OD620nm hiệu chỉnh của vi khuẩn S.marcescens SH4 trên các
môi trƣờng lên men đƣợc cấy từ môi trƣờng nhân giống MT2 theo thời gian........60
9. Đồ án tốt nghiệp
vi
Hình 3.10 Biến thiên OD620nm hiệu chỉnh của vi khuẩn S.marcescens SH4 trên các
môi trƣờng lên men đƣợc cấy từ môi trƣờng nhân giống PG theo thời gian............61
Hình 3.11 Biến thiên OD499nm hiệu chỉnh của vi khuẩn S.marcescens SH4 trên các
môi trƣờng lên men đƣợc cấy từ môi trƣờng nhân giống PG theo thời gian............63
Hình 3.12 Biến thiên OD620nm hiệu chỉnh của vi khuẩn S.marcescens SH4 trên đƣợc
môi trƣờng lên men PG tại các nồng độ tiếp liệu glycerol theo thời gian................65
Hình 3.13 Biến thiên OD499nm hiệu chỉnh và OD620nm hiệu chỉnh của vi khuẩn
S.marcescens SH4 trên môi trƣờng lên men peptone glycerol tại các nồng độ tiếp
liệu glycerol theo thời gian......................................................................................67
Hình 3.14 Giá trị OD hiệu chỉnh của sắc tố (OD 499 nm) của vi khuẩn
S.marcescens SH4 trên môi trƣờng lên men PG ở các nồng độ tiếp liệu tại 48h. (số
liệu thô xem ở bảng 5 - phụ lục A và hình 9 - phụ lục B).......................................68
10. Đồ án tốt nghiệp
vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Danh sách một số hợp chât thứ cấp đƣợc sản xuất bởi vi sinh vật ............4
Bảng 1.2 Xác định cấu trúc của một số chất đại diện prodigiosin (Williams, 1973) .8
Bảng 1.3 Một số đặc điểm sinh hóa của Serratia marcescens.................................17
Bảng 1.4 So sánh quá trình tổng hợp prodigiosin bởi Serratia marcescens trong các
môi trƣờng và các nhiệt độ khác nhau (Chidambaram và Perumalsamy, 2009)......25
Bảng 1.5 Một số bằng sáng chế về prodigiosin .......................................................32
Bảng 3.1 Khả năng tiết enzyme ngoại bào của các chủng S.marcescens SH4, SH5
và HB. .....................................................................................................................51
Bảng 3.2 Giá trị OD hiệu chỉnh của sắc tố (OD499nm) , tế bào (OD620nm) sau xử lý
acid và (OD535nm) sắc tố sau trích ly của các chủng S.marcescens SH4, SH5 và HB.
................................................................................................................................53
Bảng 3.3 Khả năng tiết enzyme ngoại bào của chủng SH4 và SH1.........................56
Bảng 3.4 Biến thiên OD620nm hiệu chỉnh của vi khuẩn S.marcescens SH4 trên các
môi trƣờng nhân giống theo thời gian. ....................................................................57
Bảng 3.5 Biến thiên OD620nm hiệu chỉnh của vi khuẩn S.marcescens SH4 trên các
môi trƣờng lên men đƣợc cấy từ môi trƣờng nhân giống MT2 theo thời gian.........59
Bảng 3.6 Biến thiên OD620nm hiệu chỉnh của vi khuẩn S.marcescens SH4 trên các
môi trƣờng lên men đƣợc cấy từ môi trƣờng nhân giống PG theo thời gian............61
Bảng 3.7 Biến thiên OD499nm hiệu chỉnh của vi khuẩn S.marcescens SH4 trên các
môi trƣờng lên men đƣợc cấy từ môi trƣờng nhân giống PG theo thời gian............62
Bảng 3.8 Biến thiên OD620nm hiệu chỉnh của vi khuẩn S.marcescens SH4 trên đƣợc
môi trƣờng lên men PG tại các nồng độ tiếp liệu glycerol theo thời gian................65
11. Đồ án tốt nghiệp
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Prodigiosin là một sắc tố đỏ có bản chất là một alkaloid, và có hoạt tính kháng
vi sinh vật đã đƣợc bắt đầu nghiên cứu từ những năm 1960, nay thu hút đƣợc nhiều
quan tâm do khả năng sử dụng làm màu tự nhiên và ứng dụng trong lĩnh vực bảo vệ
thực vật cũng nhƣ hoạt chất kháng ức chế miễn dịch và chống khối u (D’Alessio và
Rossi, 1996; Azuma và cộng sự, 2000; Bennet và Bentley, 2000; Melvin và cộng
sự, 2000, Tsuji và cộng sự, 1990; Kataoka và cộng sự, 1992; Tsuji, 1992; Songia
và cộng sự, 1997). Prodigiosin đƣợc tìm thấy trong quá trình lên men của một số
loài vi sinh vật nhƣ Alteromonas rubra Moss, 2002 ; Rugamonas rubra Gerber,
1975; Serratia rubidaea Moss, 2002; Streptoverticillium rubrireticuli Gerber, 1975
Vibrio gazogenes Moss, 2002 và một số loài Serratia, đặc biệt loài Serratia mar-
censcens có khả năng tổng hợp sắc tố đỏ (red pigment) prodigiosin (2-methyl-3-
amyl-6-methoxyprodigiosene) (C20H25N3O = 323,44) (Williams và Qadri, 1980,
Kobayashi và El-Barrad, 1996; Press và cộng sự, 1997; Someya và cộng sự, 2000;
Roberts và cộng sự, 2005). Serratia marcescens đƣợc phân lập từ tuyến trùng EPN
và đƣợc nuôi cấy trên môi trƣờng peptone glycerol, nutrient broth, môi trƣờng đậu
phộng, môi trƣờng hạt mè,.... Một số nghiên cứu thu prodigiosin từ dịch nuôi cấy
Serratia marcescens thông thƣờng cần trích ly lỏng rắn bằng ethanol/methanol, sau
đó trích ly lỏng lỏng bằng dung môi kém phân cực hơn để đƣợc prodigiosin tinh
sạch một phần. Việc thu hồi prodigisin và tinh sạch một phần prodigiosin cho mục
đích sản xuất thuốc trừ sâu rất tốn kém vì vậy một số nghiên cứu đã sử dụng trực
tiếp dịch nuôi cấy (canh trƣờng) Serratia marcescens để sản xuất chế phẩm diệt
sâu.. Với mục tiêu tìm ra môi trƣờng nuôi cấy và điều kiện để sinh tổng hợp
prodigiosin trong môi trƣờng bằng nuôi cấy lỏng ngƣời thực hiện đề tài đã chọn
hƣớng cho đồ án tốt nghiệp là “ Thiết lập quy trình lên men vi khuẩn Serratia
marcescens để sản xuất chế phẩm diệt sâu”.
2. Mục tiêu của nghiên cứu
12. Đồ án tốt nghiệp
2
Thiết lập quy trình lên men vi khuẩn Serratia marcescens để sản xuất chế
phẩm diệt sâu.
3. Nội dung nghiên cứu
Tuyển chọn chủng Serratia marcescens sinh tổng hợp prodigiosin và enzyme
ngoại bào.
Thiết lập môi trƣờng nhân giống để thu đƣợc sinh khối nhiều nhất.
Thiết lập môi trƣờng lên men để thu prodigiosin nhiều nhất.
4. Các kết quả đạt đƣợc của đề tài
Chọn lọc đƣợc chủng S.marcescens sinh tổng hợp prodigiosin, enzyme ngoại
bào protease và lipase cao nhất.
Khảo sát thiết lập môi trƣờng nhân giống thu đƣợc sinh khối nhiều nhất.
Khảo sát thiết lập đƣợc môi trƣờng lên men thu đƣợc prodigiosin cao nhất.
Khảo sát thiết lập đƣợc chế độ lên men thu đƣợc prodigiosin cao nhất.
5. Kết cấu của đồ án
Đồ án “ Thiết lập quy trình lên men vi khuẩn Serratia marcescens để sản
xuất chế phẩm diệt sâu” đƣợc trình bày gồm 3 chƣơng:
1. Tổng quan tài liệu
Giới thiệu về prodigiosin các tính chất đặc trƣng của hợp chất thứ cấp
prodigiosin, phân loại loài cũng nhƣ các đặc trƣng sinh hóa của vi khuẩn Serratia
marcescens.
2. Vật liệu và phƣơng pháp thí nghiệm
Giới thiệu về các phƣơng pháp đƣợc sử dụng trong quá trình làm đồ án. Cách
bố trí các nghiệm thức trong từng thí nghiệm.
3. Kết quả và thảo luận
Trình bày chi tiết các kết quả đạt đƣợc của từng thí nghiệm đƣợc tiến hành.
13. Đồ án tốt nghiệp
3
Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan hợp chất thứ cấp từ vi sinh vật
1.1.1. Hợp chất thứ cấp
Hợp chất thứ cấp là chất đƣợc tạo ra từ hợp chất sơ cấp, có trọng lƣợng phân
tử nhỏ, thƣờng đƣợc gọi là chất có hoạt tính sinh học đóng vai trò điều hòa quan hệ
sinh thái của chủ thể với các tác động lên chủ thể của môi trƣờng xung quanh.
Hợp chất thứ cấp từ vi sinh vật là những hợp chất đƣợc vi sinh vật tạo ra từ
quá trình chuyển hóa hợp chất sơ cấp.
1.1.2. Triển vọng và tiếm năng sản xuất hợp chất thứ cấp từ vi sinh vật
Vi sinh vật đã đƣợc sử dụng trong một thời gian dài cho sản xuất các phân
tử sinh học nhƣ thuốc kháng sinh, enzyme, vitamine và các tác nhân chỉ thị. Có
sự quan tâm ngày càng tăng trong ngành công nghiệp thực phẩm trong việc sử
dụng các thành phần tự nhiên. Các thành phần, chẳng hạn nhƣ hợp chất thứ cấp,
đƣợc xem là tự nhiên khi xuất phát từ nguồn gốc sinh học nhƣ động vật, thực
vật hoặc vi sinh vật. Hợp chất thứ cấp của vi sinh vật đƣợc sử dụng trong ngành
công nghiệp chế biến cá, ví dụ nhƣ để tăng màu hồng của cá hồi nuôi. Hơn nữa,
một số hợp chất tự nhiên có tiềm năng thƣơng mại để sử dụng nhƣ chất chống
oxy hóa. Ngành công nghiệp hiện nay đã sản xuất một số hợp chất từ vi sinh
vật ứng dụng trong thực phẩm, mỹ phẩm hoặc vật liệu dệt. Trong tự nhiên
phong phú về hợp chất và vi sinh vật sản xuất hợp chất (nấm, nấm men và vi
khuẩn). Trong các sắc tố tự nhiên thì vi sinh vật cung cấp một số lƣợng hợp
chất rất lớn nhƣ: carotenoid, melanin, flavin, quinone, prodigiosin và cụ thể
hơn là monascin, violacein hoặc indigo (Dufosse, 2009). Các loại hợp chất này
có tiềm năng khai thác cao, vì quá trình sản xuất đơn giản, sự đa dạng di truyền
ở vi sinh vật, cũng nhƣ có thể dễ dàng tối ƣu hóa quy trình công nghệ (Juailova
và cộng sự, 1997.
Bên cạnh đó, một số vi sinh vật có khả năng sản xuất hợp chất với hiệu suất
cao, bao gồm các chi Monascus (Hajjaj và cộng sự, 2000) và Serratia
(Willliams và cộng sự, 1971a). Các chi vi sinh vật khác nhƣ: Rhodotorula,
14. Đồ án tốt nghiệp
4
Bacillus, Achrombacter, Yarrowia và Phaffia cũng có khả năng sản xuất số
lƣợng lớn hợp chất thứ cấp (Krishna, 2008), trong đó kháng sinh, nhóm hoạt
chất có khả năng gây chết hoặc kiềm hãm vi sinh vật phát triển, đƣợc một số vi
sinh vật (fungi, acmomycetes, bacteria) tạo ra, là một trong những thành tựu
quan trọng của việc sản xuất hợp chất thứ cấp từ vi sinh vật. Mỗi kháng sinh có
phổ tác động riêng của mình. Bảng 1.1 tóm tắt về một số hợp chất thứ cấp đƣợc
sản xuất bởi vi sinh vât.
Bảng 1.1. Danh sách một số hợp chât thứ cấp đƣợc sản xuất bởi vi sinh vật
Vi sinh vật Hợp chất thứ
cấp
Ứng dụng Kiểu tác động
ức chế
Penicillium
notatum,
Penicillium
chrysogenum
Penicilin Ức chế tụ cầu
khuẩn, nhiễm
trùng kỵ khí,
giang mai, hen
suyễn.
Ức chế tạo
polymer vách tế
bào vi khuẩn, ức
chế hấp thụ
amini acid và
protein, ứ chế
tạo enzyme.
Streptomyces
griceus
Streptomycin Ức chế vi
khuẩn Gram âm
và Gram
dƣơng. Trị bệnh
lao, bệnh viêm
màng não, ho
gà.
Ức chế ghép nối
một số amino
acid vào
protein, tác
động lên hệ
enzyme cả vi
khuẩn tham gia
chuyển pyruvate
vào chu trình
Creb, ...
Streptomyces
venezuelas
Chloranphenicol Ức chế đối với
bệnh lỵ, sốt
Ức chế đặc hiệu
sinh tổng hợp
15. Đồ án tốt nghiệp
5
cao, sốt phát
ban.
protein vi khuẩn
liên quan đến
peptidyl
transferase
trong tiểu đơn
vị Ribosome
50s, ngăn không
cho tạo liên kết
peptide.
Streptomyces
aureomycin
Tetracilin Ức chế phổ
rộng vi khuẩn
Gram âm,
Gram dƣơng
Ức chế tổng
hợp protein
Streptomyces
erythraeus
Erythromycin Chữa bệnh do
tụ cầu khuẩn
Streptococcal
gây ra
Ức chế vi khuẩn
Gram âm và
Gram dƣơng
Sttreptomyces
fradiae
Neomycin Tác dụng vi
khuẩn Gram âm
và Gram dƣơng
Hơi độc
Streptomyces
kanamycetius
Kanamycin Điều trị lao, ức
chế vi khuẩn
Gram âm và
Gram dƣơng
Tác động giống
nhƣ
Streptomycin và
Neomycin
Streptomyces
lavendulae
Cycloserine Điều trị bệnh
lao
Cản trở tổng
hơp vách tế bào
1.2. Giới thiệu về Prodigiosin
1.2.1. Khái niệm về Prodigiosin
16. Đồ án tốt nghiệp
6
Prodigiosin là một tripyrrole đƣợc phát hiện lần đầu tiên trên khuẩn lạc đặc
trƣng của vi khuẩn Serratia marcescens. Tên gọi “prodigiosin” có nguồn gốc từ
“prodigious” có nghĩa là một điều gì đó kỳ diệu. Prodigiosin đƣợc tìm thấy ở dạng
túi bên ngoài tế bào cũng nhƣ các tế bào liên kết và dạng hạt ở bên trong tế bào
(Kobayashi và Ichikawa, 1991).
Một nhóm các sắc tố đỏ tự nhiên gọi là prodigiosin đƣợc tổng hợp từ vi khuẩn
Serratia marcescens (Han và cộng sự, 1998). Các sắc tố thuộc nhóm này bao gồm:
prodigiosin, cycloprodigiosin hydrochloride (cPrG-HCl), uncedylprodigiosin, meta-
cycloprodigiosin và desmethoxyprodigiosin. Trong đó, khả năng ức chế miễn dịch
có trong undecylprodigiosin, metacycloprodigiosin và cycloprodigiosin hydrochlo-
ride (cPrG-HCl).
1.2.2. Cấu trúc và đặc điểm của Prodigiosin
Prodigiosin với tên gọi (5[(3-methoxy-5-pyrrol-2-ylidene-pyrrol-2-ylidene)-
methyl]-2-methyl-3-pentyl-1H-pyrrole) có công thức phân tử C20H25N3O và trọng
lƣợng phân tử là 323,44 Da (Harris và cộng sự, 2004; Song và cộng sự, 2006; Wil-
liamson và cộng sự, 2006).
Prodigiosin là một alkaloid có cấu trúc hóa học đặc biệt, với ba vòng pyrrole
tạo thành bộ khung pyrrolypyrromethane, trong đó hai vòng đầu liên kết trực tiếp
với nhau, còn vòng thứ ba đƣợc gắn vào thông qua cầu nối methane (Qadri và Wil-
liams, 1972; Gerber, 1975). Cấu trúc của prodigiosin có bảy liên kết đôi và đƣợc
miêu tả là tạo sắc tố mạnh (Krishna, 2008).
Hình 1.1 Cấu trúc hình học phẳng của hợp chất Prodigiosin (Krishna, 2008)
17. Đồ án tốt nghiệp
7
Các sắc tố màu đỏ của S.marcescens đã đƣợc phân lập và đặt tên là “prodigio-
sine” bởi Kraft (1902). Mãi đến năm 1960, công thức hóa học chính xác của prodi-
giosin tổng hợp bởi S.marcescens mới đƣợc biết đến (Rapoport và Holden, 1962).
Do sự tiến bộ nhanh chóng trong khoa học phân tích và quang phổ trong những năm
tiếp theo prodigiosin trở nên rõ ràng hơn (Hesse, 2000), có một loạt các chất đều
mang cùng pyrrolypyrromethene (prodigionine) với nhóm thế alkyl khác nhau
(Wasserman và cộng sự, 1969). Những nhóm thế thƣờng gắn trở lại để tạo thành
vòng tròn hoặc macrocycles, nhƣ thể hiện trong hình 1.4, Furstner (2003) cho rằng
danh pháp truyền thống là rất phù hợp và do đó khuyến khích sử dụng “prodigiosin”
để chỉ tất cả. Đƣợc phân lập và đặt tên là “prodigiosine” bởi Kraft (1902).
Hình 1.2 Các chất đại diện prodigiosin (Furstner, 2003)
Prodigiosin nhạy cảm với ánh sáng và không tan trong nƣớc. Prodigiosin có
thể tan tƣơng đối trong alcohol và ether; bên cạnh đó, nó dễ tan trong chloroform,
18. Đồ án tốt nghiệp
8
methanol, acetonitrile và DMSO (Grimont và cộng sự, 1977; Khanafar và cộng sự,
2006). Hầu hết các sắc tố này hấp thụ ánh sáng ở một bƣớc sóng nhất định và sự
biểu hiện sắc tố có thể dễ dàng theo dõi bằng quang phổ.
Bảng 1.2 Xác định cấu trúc của một số chất đại diện prodigiosin (Williams,
1973)
Loài Tên sắc tố Danh pháp
prodigiosin
Trọng lƣợng
phân tử và công
thức
Serratia
marcescens
Prodigiosine 2-Methyl- 3-
amyl-6-methoxy-
prodigiosene
323,4 Da
C20H25N3O
Serratia
marcescens
Norprodigiosin 2-Methyl-3-amyl-
6-hydroxy-
prodigiosene
309,4 Da
C10H23N3O
Serratia
marcescens
Dipyrrolyl-
dipyrromelhenr
prodigiosin
2-(2-pyrryl)-4-6-
dimethoxypy-
prodigiosene
334,4 Da
C19H18N4O2
Nocardia
(Actinomadura)
madurae
Nonylprodigiosin 2-Nonly-6-
methoxy-
prodigiosene
363,5 Da
C23H31N3O
Nocardia
(Actinomadura)
madurae
Cyclononyl-
prodigiosin
2,10-Nonano-6-
melhoxy-
prodigiosene
265,5 Da
C23H33N3O
Nocadia
(Actinomadura)
pellctieri
Methylcyclodccyl-
prodigiosin
2,10-Nonano-6-
Methoxy-
prodigiosene
391,5 Da
C25H33N3O
Streptomyces
longisporusruber
và Nocardia
Undccyl-
prodigiosin
2-Undecyl-6-
Rnethoxy-
prodigiosene
393,6 Da
C25H35N3O
19. Đồ án tốt nghiệp
9
(Actonomadura)
pelletieri
Streptomyces
longisporusber
Metacyclo-
prodigiosin
2,4-(9-
Ethylnonano)-6-
methoxy-
prodigiosene
391,6 Da
C25H33N3O
1.2.3. Hoạt động sinh học của Prodigiosin
Prodigiosin có khả năng ức chế sự tăng trƣởng của một số loại vi khuẩn
(Khanafari và cộng sự, 2006). Hoạt tính kháng khuẩn của prodigiosin là do khả
năng thấm qua màng ngoài tế bào và khả năng tổng hợp các enzyme nhƣ DNA
gyrase, topoisomerase IV,... dẫn đến quá trình ức chế sự tăng trƣởng của tế bào vi
khuẩn (Ramina và Samira, 2009).
Hình 1.2 Hoạt tính kháng khuẩn của prodigiosin (Ramina và Samira, 2009)
A. Đối kháng với Staphylococcus aureus B. Đối kháng với Echerichia Ecoli
Nhiều nghiên cứu đã đƣợc thực hiện và nhận thấy rằng prodigiosin có thể
kháng một số loài vi khuẩn nhƣ: Enterococcus avium, Streptococcus pyogenes,
Echerichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Aeromonas hydrophila, Proteus
mirabilis, Klebsielpneumoniae, Bacillus cereus. (Ramina và Samira, 2009; Chandni
và cộng sự, 2012).
20. Đồ án tốt nghiệp
10
Ngoài ra, hoạt chất prodigiosin còn có khả chống ung thƣ (Pandey và cộng sự,
2009; Pe1rez – Tomás và Vias, 2010) và ức chế miễn dịch (Pandey và cộng sự,
2007).
1.2.4. Cơ chế tổng hợp Prodigiosin của Serratia marcescens
Các gene sinh tổng hợp prodigiosin trong Serratia nằm trong một operon lớn.
Cấu tạo của các gene sinh tổng hợp prodigiosin (pig) trong Serratia sp. ATCC
39.006 (Serratia 39.006) và trong chủng Serratia marcescens ATCC 274 (Sma 274)
đã đƣợc báo cáo (Cerdeno và cộng sự, 2001).
Nhiều chủng Serrtia marcescens sản xuất sắc tố thông qua con đƣờng ngƣng
tụ enzyme 2-methyl-3-amylpyrrole (MAP) và enzyme 4-methoxy-2, 2’-bipyrrile-5-
caboxyaldehyde (MBC), tạo nên dẫn xuất tripyrrole, đƣợc gọi là 2-methyl-3-amyl-
6-methoxyprodigiosene hoặc prodigiosin (Williams và Qadri, 1980). Dauenhauer và
cộng sự (1984) đã phân lập đƣợc một chủng Serratia marcescens có khả năng tạo
MAP và MBC, để hình thành prodigiosin. Tuy nhiên, không có tài liệu nào về trình
tự của dòng tế bào này đƣợc báo cáo.
Cụm gene tổng hợp sắc tố của Serratia spp. ATCC 39.006 đƣợc biểu hiện
trong Erwinia carotovora subsp. Carotovora (ECC; 25 chủng trong số 36 chủng thử
nghiệm). trong Serratia ATCC 39.006 tổng hợp prodigiosin đƣợc quy định bởi
nhiều yếu tố, bao gồm hệ thống quorum-sensing, thông qua các đồng đẳng LuxIR,
SmaI và SmaR (Thomson và cộng sự, 2000; Slater và cộng sự, 2003). Điều thú vị là
việc sản xuất prodigiosin tạo thành N-(3-oxohexanoyl)-L-homoserine lacton
(OHHL) tùy thuộc vào sự biểu hiện trong ECC, mặc dù sau này, việc sản xuất một
phân tử tính hiệu khác đã đƣợc thực hiện bởi Serratia 39.006 (Thomson và cộng sự,
2000).
Nhóm sắc tố Serratia đƣợc quy định bởi 14 gene chung cho cả Serratia và
Streptomyces coelicolor và đƣợc bố trí từ pigA đến pigN, trong đó có năm gene
tổng hợp MBC (màu đỏ) và bốn gene tổng hợp MAP (màu xanh), đƣợc mô tả ở
hình 1.4. Bốn gene còn lại không có vai trò tổng hợp, tuy nhiên, có một protein còn
lại (PigL) tham gia vào quá trình hậu dịch mã của một số protein trong phức hợp.
21. Đồ án tốt nghiệp
11
Thứ tự gene của hai loài Serratia khác nhau là khác nhau và 14 protein thể hiện
kích thƣớc và trình tự amino acid khác nhau giữa các loài (Cerdeno et al, 2001).
Hình 1.3 So sánh các cụm sinh tổng hợp prodigiosin (cụm pig) từ Serratia ATCC
39.006, Sma 274 và cụm sinh tổng hợp undecylprodigiosin (cụm màu đỏ) từ Strep-
tomyces coelicolor A3 (2) (Cerdenor và cộng sự, 2001)
Các cụm gene giữa Streptomyces coelicolor và Serratia có những vị trí tƣơng
đồng. Gene quy định của các cụm màu đỏ đƣợc hiển thị trong màu đen, chịu trách
nhiệm tổng hợp phân nữa bipyrrole là màu đỏ và chịu trách nhiệm tổng hợp phân
nửa monopyrrole là màu xanh lam. Các gene không có chức năng tổng hợp đƣợc
thể hiện qua màu trắng và những gene không nằm trong cụm gene sinh tổng hợp
đƣợc thể hiện qua màu xám. Các mũi tên đen chỉ đơn vị phiên mã của các cụm màu
đỏ.
Cụm pig gene trong Serratia ATCC 39.006 có chứa thêm một gene bổ sung là
PigO. RT-PCR với primer extension sẽ nhận thấy có sự phiên mã qua lại giữa hai
gene pigN và pigO (Slater và cộng sự, 2003), điều này phù hợp với pigO là một op-
22. Đồ án tốt nghiệp
12
eron trong chủng. Cụm pig (pigA-O) trong Serratia ATCC 39.006 đƣợc sao chép
dƣới dạng polycistronic thông tin từ một promoter upstream của pigA (Slater er al.,
2003) và cụm sắc tố (pigA-pigN) của Sma 274 cũng đƣợc sao chép dƣới dạng
polycistronic thông tin. Có một khoảng cách đáng kể giữa hai cụm sắc tố pigC và
pigD. Khoảng cách 184 bp giữa pigC và pigD trong Serratia ATCC 39.006 cho
thấy khả năng chứa hai đơn vị phiên mã. Tuy nhiên, mức độ phiên mã của các gene
ở hai bên của khoảng cách này đã chứng minh là tƣơng tự nhƣ trong nghiên cứu
dùng lacZ hợp vời pigA và pigH (Crow, 2001). Cụm pig trong Sma 274 có khoảng
cách 64 bp giữa pigC và pigD, nhỏ hơn so với Serratia ATCC 39.006, khoảng cách
này không có ý nghĩa. Cụm màu đỏ (gồm 23 gene) lớn hơn cụm pig (14-15 gene),
có thể phản ánh sự phức tạp hơn về các sản phẩm undecylprodigiosin đƣợc tổng
hợp bởi Streptomyses coelicolor (Harris và cộng sự, 2004).
Mƣời hai gene đƣợc lƣu giữ giữa ba cụm, có thể mong đợi con đƣờng tổng
hợp cho ra các sản phẩm tƣơng tự. Tuy nhiên, định hƣớng và điều tiết của nó có sự
thay đổi rõ rệt (Slater và cộng sự, 2003). Việc bố trí không giống nhau của các gene
tƣơng đồng trong cụm sản xuất các sản phẩm hóa học tƣơng tự đặt ra câu hỏi về
nguồn gốc và sự tiến hóa prodigiosin trong cụm gene sinh tổng hợp ở cả vi khuẩn
Gram dƣơng và Gram âm. Vẫn chƣa rõ liệu các loài trong cùng một họ có
vai trò quan trọng ảnh hƣởng đến sự sắp xếp không giống nhau của các gene hay sự
khác biệt đã phát sinh một cách ngẫu nhiên (Chidambaram và Perumalsamy, 2009).
Sự khác biệt ở các gene hiện diện trong những operon có thể giải thích sự khác
biệt trong phƣơng thức sản xuất và con đƣờng tổng hợp sinh hóa. PigD và pig E là
hai pig gene không có sự tƣơng đồng trong cụm màu đỏ. Tƣơng tự nhƣ vậy, pdtorfL
và pdtorf thuộc một phần nhóm gene mã hóa tổng hợp các chất khử clo (carbon tet-
rachloride) nhƣ pyridine-2-6-bis (thiocarboxylic acid) bởi Pseudomonas stutzeri
(Lewis và cộng sự, 2000). PigE tƣơng tự aminotransferase (SC6A5.18, 461 aa) từ
Streptomyces coelicolor A3(2), đƣợc mã hóa bởi một gene không liên kết với cụm
màu đỏ (38% giống với PigE từ Serratia ATCC 39.600 và 39% giống với PigE từ
Sma 274; cả hai đều là 50% tƣơng đƣơng 460 aa). Thật vậy, nó có thể là gene mã
23. Đồ án tốt nghiệp
13
hóa protein tham gia vào quá trình tổng hợp prodigiosin và undecylprodigiosin có
thể không đƣợc liên kết với các cụm gene. RedR, RedQ và RedP không đƣợc mã
hóa tƣơng đồng bởi cụm pig, nhƣng chúng đƣợc cho là chỉ đạo tổng hợp acetate từ
ba nguyên tử carbon của vòng pyrrole và chuỗi bên undecylprodigiosin (Cerdeno và
cộng sự, 2001). Các gene mã hóa tƣơng đồng tƣơng ứng có thể có mặt tại một vị trí
trên nhiễm sắc thể Serratia hoặc các enzyme khác có thể thực hiện vai trò xúc tác
cần thiết trong sinh trong sinh tổng hợp prodigiosin trong Serratia.
Tuy nhiên, prodigiosin có thể tổng hợp trong sự tái tổ hợp giữa Escherichia
coli và Erwinia, điều này đòi hỏi hoạt động chức năng tƣơng ứng của Escherichia
coli và enzyme Erwinia để bổ sung cho các hoạt động của enzyme đƣợc mã hóa bởi
các nhóm sắc tố (Harris và cộng sự, 2004).
Hình 1.4 Con đƣờng đƣợc đề xuất cho quá trình sinh tổng hợp prodigiosin.
24. Đồ án tốt nghiệp
14
Đề xuất này cũng tƣơng tự nhƣ đề xuất đối với undercylprodigiosin (Cerdeno
và cộng sự, 2001). Mƣời hai Red protein với sự mã hóa trong cụm pig (“lõi” là en-
zyme prodigiosin) có kích thƣớc tƣơng tự nhau trong bản sao của Pig. Một ngoại lệ
là PigB (670 aa) tƣơng đồng với RedS (Sc3f7.05c), là một protein nhỏ hơn nhiều
(146 aa) và tƣơng tự gắn vào cuối đầu N của PigB. Phần còn lại của PigB gắn với
các amine oxidase. Các protein PigI và PigJ đều nhỏ hơn RedM và tƣơng đồng với
RedX (Harris và cộng sự, 2004). PigA là trình tự tổng hợp một loạt các actyl-CoA
dehydrogenase. Chuỗi liên kết với human isovaleryl-CoA dehydrogenase, cấu trúc
tinh thể trong đó đã đƣợc xác định, cho thấy rằng phần lớn các acid amin xung
quanh flavin và phosphopantetheinyl moiety của CoA đƣợc bảo vệ nhƣng các acid
amin tham gia vào liên kết nhóm adenisyl của CoA không đƣợc bảo vệ (Tiffany và
cộng sự, 1997). Điều này hỗ trợ cho rằng PigA là một PCP prolyl hơn là prolyl-
CoA.
1.3. Giới thiệu về Serratia marcescens
1.3.1. Lịch sử phát hiện
Lịch sử của sắc tố màu đỏ trên thực phẩm đƣợc nhìn thấy đầu tiên ở thế kỷ thứ
6 trƣớc công nguyên, khi Pythagoras báo cáo về “máu” đôi khi xuất hiện trên bánh
mì.
Sau đó vào năm 332 trƣớc công nguyên những ngƣời lính trong quân đội
Macedonian của Alexander nhận thấy rằng bánh mì của họ đôi khi dƣờng nhƣ có
“máu” trên đó. Và họ cho rằng hiện tƣợng kỳ lạ này chính là bằng chứng cho thấy
máu sẽ sớm chảy trong thành phố Tyre và Alexander giành chiến thắng.
Năm 1800, Christian phát hiện gần 100 tài liệu trong lịch sử nói đến sự xuất
hiện kỳ diệu của “máu” trên thực phẩm. Nhà sử học và vi sinh vật học Gaughran
(1969), đã phát hiện hơn 35 báo cáo lịch sử về “máu” từ bánh Thánh, trong đó, sự
cố nhƣ vậy đƣợc ghi nhận lần đầu tiên vào năm 1169 tại Đan Mạch.
Trong bóng tối và sự ẩm ƣớt của nhà thờ Trung Cổ, miếng bánh Thánh đƣợc
sử dụng trong Thánh lễ thƣờng xuyên bị nhiễm Serratia marcrscens, tuy nhiên điều
25. Đồ án tốt nghiệp
15
này lại khiến nhiều ngƣời nghĩ rằng đó là máu của Chúa Christ và cho đó là một
phép lạ (Gillen và Girbbs, 2011).
Bizio một dƣợc sĩ ở padua (Italya), là ngƣời đầu tiên phát hiện và đặt tên Ser-
ratia marcescens cho nguyên nhân gây nên sự đổi màu kỳ lạ của bột ngô sang màu
đỏ máu.
Năm 1817, Bizio đã làm ẩm một miếng bánh mì và polenta sau đó để nơi khô
ráo. Sau 24 giờ, cả bánh mì và polenta đều đƣợc bao phủ bởi một lớp vi sinh vật
màu đỏ.
Sau 1819, Bizio đã đặt tên cho vi sinh vật màu đỏ này là Serratia, theo tên nhà
vật lý nổi tiếng ngƣời Italya đã phát minh ra tàu hơi nƣớc là Serratia, tên loài mar-
cescens có nguồn gốc từ tiếng Latin, có nghĩa là phân hủy vì vi sinh vật này phân
hủy rất nhanh bánh mì và polenta.
Ban đầu Bizio mô tả Serratia marcescens nhƣ một loại nấm, do ông nhìn thấy
những đốm đỏ dƣới kính hiển vi. Thời gian sau đó, vào những năm 1850, các nhà
khoa học đã phân loại Serratia marsescens là vi khuẩn.
1.3.2. Phân loại khoa học của Serratia marcescens
Chi Serratia thuộc họ Enterobacteriaceae là một nhóm vi khuẩn có liên quan
với nhau về hình thái và trình tự DNA. Trong đó, loài điển hình của chi Serratia
marcescens.
Theo Bizio (1823), Serratia marcescens đƣợc phân loại nhƣ sau:
Giới: Bacteria
Ngành: Proteobacteria
Lớp: Gramma proteobacteria
Bộ: Enterobacteria
Họ: Enterobacteriaceae
Chi: Serratia
Loài: Serratia marcescens
1.3.3. Đặc điểm của Serratia marcescens
26. Đồ án tốt nghiệp
16
Serratia marcescens là trực khuẩn Gram âm, kỵ khí tùy nghi. Serratia
macecens có hình que, đƣờng kính khoảng 0,5 – 0,8 μm và chiều dài khoảng 0,9 –
2,0 μm. Serratia marcescens phát triển ở nhiều nhiệt độ khác nhau, từ 5 – 40o
C và
có thể phát triển ở pH trong khoảng 5 – 9 (David, 2012).
Hình 1.5 Hình dáng và màu sắc khuẩn lạc của vi khuẩn Serratia marcescens.
Hình 1.6 Vi khuẩn Serratia marcescens quan sát đƣợc dƣới kính hiển vi (Gillen và
Gibbs, 2011)
1.3.3.1. Đặc điểm sinh lý
Khuẩn lạc của Serratia marcescens trên môi trƣờng nutrient agar đƣợc mô tả
là khuẩn lạc tròn lồi và các khuẩn lạc này có màu trắng, hồng hay đỏ, đó cũng chính
27. Đồ án tốt nghiệp
17
là sắc tố thƣờng thấy trong các khuẩn lạc. Các sắc tố của Serratia marcescens
thƣờng bị mất đi trong các khuẩn lạc cũ (David, 2012).
Vi khuẩn Serratia marcescens có thể bám dính với nhau trên môi trƣờng
thạch, tạo thành nhóm ở nồng độ thấp (0,5 – 0,8 %); các cụm tế bào này có chiều
dài từ 5 – 30 μl. Serratia marcescens cũng có thể tạo thành một màng sinh học.
1.3.3.2. Đặc điểm sinh hóa
Serratia marcescens có thể phát triển trong môi trƣờng hiếu khí và kỵ khí.
Chủ yếu Serratia marcescens sử dụng quá trình lên men để lấy năng lƣợng và nhờ
có các enzyme nhƣ superoxide dismutase, calatas, peroxides,…bảo vệ chúng khỏi
các phản ứng oxy hóa, cho phép sống trong môi trƣờng oxy hóa.
Serratia marcescens có thể phân biệt với các vi khuẩn khác trong họ Entero-
bacteriaceae bởi ba đặc biệt là enzyme DNAase, lipase và gelatinease (Giri và cộng
sự, 2004). Ngoài ra, các đặc điểm khác để xác định Serratia marcescens là khả năng
di động và sinh một số enzyme ngoại bào nhƣ nuclease, protease và haemolysin
(Hejazi và Falkiner, 1997). Trong đó, thủy phân casein là một đặc điểm chung của
Serratia marcescens. Casein là một protein kết tủa trong sữa và là cơ sở cho sản
xuất phomat và một số chất dẻo. Serratia marcescens sử dụng enzyme protease
ngoại bào để phá vỡ liên kết peptide (CO-NH) trong casein.
Một số đặc điểm sinh hóa của Serratia marcescens đƣợc thể hiện qua bảng
1.7. (Tariq và John, 2010).
Bảng 1.3 Một số đặc điểm sinh hóa của Serratia marcescens
STT Đặc điểm sinh hóa Kết quả
1 Di động +
2 Indole -
3 Methyl Red -
4 Voges Proskauer +
5 Citrate +
6 Dnase +
28. Đồ án tốt nghiệp
18
7 Catalase +
8 Oxidase -
9 Urease -
10 Gelatinase +
11 Chitinase +
12 Triple sugar iron Môi trƣờng chuyển sang acid,
không sinh khí và không sinh H2S
13 Hydrogen sulphide -
14 Lysine decarboxylase +
15 Omithine decarboxylase +
16 Lên men glucose +
17 Lên men sucrose +
18 Lên men sorbitol +
19 Lên men fructose +
20 Lên men xylose -
21 Lên men rhaminose -
22 Lên men lactose -
23 Lên men arabinose -
1.3.3.3. Đặc điểm phân bố
Có thể dễ dàng tìm thấy Serratia marcescens trong nƣớc, trong đất, trong thực
vật, côn trùng, cũng nhƣ trong ống tiêu hóa của ngƣời và động vật có xƣơng sống.
Trong nƣớc và đất: đã có 150 chủng Serratia đƣợc phân lập trong nƣớc sông
và Serratia marcescens chiếm 75%. Bên cạnh đó, Serratia marcescens có thể đóng
một vai trò quan trọng trong chu kỳ sinh học của kim loại, thông qua việc khoáng
hóa hữu cơ sắt, cũng nhƣ hòa tan vàng và đồng (Parès, 1964).
Trong côn trùng: sự phân bố của các chủng Serratia phân lập từ các loài côn
trùng (Grimont và công sự, 1979) cho thấy Serratia marcescens chiếm ƣu thế.
29. Đồ án tốt nghiệp
19
Serratia marcescens đƣợc coi là một trong những tác nhân gây bệnh tiềm năng
đối với côn trùng, chúng làm côn trùng tử vong bằng cách gây ra sự nhiểm trùng
huyết sau khi xâm nhập vào xoang máu (Francine và Patrick, 2006).
Hơn nữa, Serratia marcescens cũng đƣợc tìm thấy nhiều trong thực phẩm, nhất
là tinh bột biến tính, vì đây là môi trƣờng rất thuận lợi cho sự tăng trƣởng của chúng
(Singlton và Sainsbury, 2001).
Gần đây, ngƣời ta còn phát hiện sự có mặt của Serratia marcescens trong các
loài Steinerma và Heterorhabditis (Gouge và Snyder, 2006). Và trong báo cáo mới
nhất của Estrada và cộng sự (2012) cũng đã nêu ra mối quan hệ giữa Serratia mar-
cescens với Steinernema carpocapsae.
1.4. Một số hợp chất đƣợc tổng hợp từ Serratia marcescens
1.4.1. Sắc tố
Một nhóm các sắc tố đỏ tự nhiên gọi là prodigiosin đƣợc tổng hợp từ vi khuẩn
Serratia marsescens (Han và cộng sự, 1998), đƣợc biết đến nhƣ là một yếu tố đặc
biệt, nhƣng chỉ xuất hiện trong một số chủng. Các sắc tố thuộc nhóm này bao gồm:
prodigiosin, cycloprodigiosin hydrochloride (cPrG-HCl), uncedylprodigiosin, meta-
cycloprodigiosin và desmethoxyprodigiosin. Trong đó, khả năng ức chế miễn dịch
có trong undecylprodigiosin, metacycloprodigiosin và cycloprodigiosin hydrochlo-
ride (cPrG-HCl) (Krishna, 2008).
Trong vi khuẩn Serratia marcescens, prodigiosin đƣợc sản xuất bởi biogroup
A1 và A2/6, nó không đƣợc sản xuất bởi biogroup A3, A4, A5/8 hoặc TCT (Gri-
mont, 1977). Bên cạnh đó, chủng không sinh sắc tố của biogroup A1 hoặc A2/6
thƣờng gặp trở ngại trong quá trình tổng hợp ở giai đoạn MAP hoặc MBC (Gri-
mont, 1977; Williams và Qadri, 1980). Một số gene mã hóa sinh tổng hợp prodigi-
osin đã đƣợc biểu hiện trong Escherichia coli (Daunehauer và cộng sự, 1984). Các
dòng đƣợc tạo thành này có khả năng kích hoạt hệ thống miễn dịch cơ thể (kháng
thể và tế bào T), vì vậy khi Serratia marcescens sống trong cơ thể ngƣời, có thể
chúng sẽ không tổng hợp prodigiosin và do đó thoát khỏi sự phát hiện của hệ thống
miễn dịch (Hejazi và Falkner, 1977).
30. Đồ án tốt nghiệp
20
Bên cạnh đó, một sắc tố vàng có tên gọi là 2-hydroxy-5-
carbonxymethylmuconic semialdehyde acid, đƣợc sản xuất từ sự phân tách 3,4-
dihydroxyphenylacetic acid (3,4-DHP) bởi enzyme 3,4-DHP 2,3-dioxygenase (Trias
và cộng sự,1988). Enzyme này đƣợc cảm ứng bởi tyrosine trong tất cả các chủng
Serratia marcescens. Tuy nhiên, hiện nay chủng Serratia marcescens A8a đã bị mất
khả năng phát triển trên các hợp chất thơm để có thể sản xuất các sắc tố màu vàng
(Francine và Patrick, 2006).
1.4.2. Biosurfactant
Các chủng sắc tố và một số chủng không sinh sắc tố của Serratia marcescens
đều sản xuất biosurfactants có thể hoạt động nhƣ một chất thấm. Chất thấm này
đƣợc sản xuất với số lƣợng lớn ở 30o
C nhƣng không đƣợc sản xuất ở 30o
C trog
phase cân bằng của quá trình tăng trƣởng. Ba aminolipid, từ W1 đến W3, có các
hoạt động thấm ƣớt và đã đƣợc tách bằng sắc ký lớp mỏng (Matsuyama và cộng sự,
1986).
Trong đó, W1 đƣợc xác định là serratamolide, một cyclodepsipeptide mà trƣớc
đó đã từng đƣợc phát hiện bởi Wasserman và cộng sự (1961).
1.4.3. Acid béo
Các acid béo chủ yếu trong toàn bộ tế bào của các chủng Serratia marcescens
là 3-3-hydroxytetradecanoic, n-hexadecanoic, hexadecanoic và octadecanoid acid.
Các acid béo này chiếm khoảng 50-80% thành phần tế bào, trong đó, n-
tetradecanoic acid chiếm tỉ lệ nhiều nhất (Bergan và cộng sự, 1983).
1.4.4. Enzyme
Serratia marcescens có thể tiết ra nhiều loại enzyme nhƣ protease, chitinase,
DNAase, lipase, gelatinase, chloroperoxidase,…
Trong đó, enzyme chitinase có nhiều tiềm năng trong việc xử lý các chất thải
có chứa chitin tronrg quá trình sản xuất thủy sản đóng gói, cũng nhƣ kiểm soát sinh
học đối với nấm bệnh, thu hồi kim loại nặng trong nƣớc,… (Joshi và cộng sự,
1989).
31. Đồ án tốt nghiệp
21
Một nghiên cứu đã cho thấy Serratia marcescens sản xuất ít nhất ba enzyme
chitinase (ChiA, ChiB, ChiC) một chitobiase và một protein chitin-bindng (CBP21)
(Fuchs và Dunsmuir, 1989; Bruberg và cộng sự, 1996; Tews và cộng sự, 1996;
Watanabe và cộng sự, 1997; Gal và cộng sự, 1998; Suzuli và cộng sự, 1998), chúng
có khối lƣợng phân tử lần lƣợt là 57, 52, 48, 36 và 21 kDa, cùng với các hoạt động
chitinolytic (Fuchs và cộng sự, 1986).
1.4.5. Yếu tố động lực của Serratia marcescens
Yếu tố động lực là các yếu tố đóng vai trò thúc đẩy khả năng gây bệnh của các
tác nhân gây bệnh bằng cách cho phép các tác nhân chủ gây bệnh nhập vào vật chủ,
tránh sự tự bảo vệ của vật chủ và sinh trƣởng phát triển, gây ảnh hƣởng đến vật chủ,
mà phổ biến là chính bản thân tác nhân gây bệnh hay các sản phẩm của chúng
(Weiss và Hewlett, 1986).
Một số yếu tố động lực của Serratia marcescens đã đƣợc nghiên cứu, bao gồm
sự bám dính, tính kỵ nƣớc, manose-resistant, mannose-sensitive, LipoPolySaccha-
ride (LPS). Trong đó, yếu tố quan trọng đầu tiên trong quá trình tƣơng tác giữa tác
nhân gây bệnh và vật chủ là sự bám dính.
Các yếu tố bám dính của vi sinh vật đƣợc gọi là các adhesion, chúng có thể có
bản chất polypeptide thì đƣợc chia thành hai nhóm là nhóm có fimbriae và nhóm
không có fimbriae. Mà các vi khuẩn Gram âm, nhƣ là Serratia marcescens, thƣờng
bám dính nhờ các fimbriae này.
Các fimbriae (hay còn gọi là các pili) là những cấu trúc phụ của vi sinh vật có
dạng nhƣ sợi lông trên bề mặt vi khuẩn. Các Finbriae đƣợc cấu tạo bởi nhiều pro-
tein xếp chặt với nhau tạo nên hình dạng giống nhƣ trụ xoắn ốc. Thƣờng thì chỉ có
một loại protein là cấu trúc chính của một phân nhóm fimbriae tuy nhiên các protein
phụ trợ khác cũng có thể tham gia vào cấu trúc của đỉnh hoặc gốc fimbriae. Đỉnh
của các fimbriae có chức năng gắn với tế bào vật chủ.
Bên cạnh đó, LSP hay còn đƣợc gọi là lipoglycan, là các phân tử lớn lƣỡng
tính nằm trong lớp màng ngoài tế bào vi khuẩn, bao gồm lipid và polysaccharide
liên kết với nhau nhờ liên kết cộng hóa trị. LPS đƣợc coi nhƣ nội độc tố, bảo vệ
32. Đồ án tốt nghiệp
22
màng tế bào khỏi các tác động từ bên ngoài. Cấu tạo của LPS gồm 3 phần: O – an-
tigen, lõi oligosaccharide và lipid A. Mà lipid A chính là các thành phần gây độc
của phân tử LPS, gây nên sự giải phóng hàng loạt các cytokine gây viêm.
Ngoài ra, việc sản xuất các enzyme khác nhau bởi Serratia marcescens cũng
đƣợc xem nhƣ một yếu tố độc lực, chẳng hạn enzyme chitinase, lipase, chlorope-
roxidase và cả protein ngoại bào HasA (Hejazi và Falkiner, 1997).
1.5. Khả năng diệt sâu của Serratia marcescens
S. marcescens đã đƣợc khảo sát cho sự tăng trƣởng và khả năng gây bệnh của
nó trong các ấu trùng sâu bƣớm sáp (Galleria mellonella). Tất cả các chủng gây
bệnh cho ấu trùng của G. mellonella dẫn đến tử vong trong vòng 48 giờ. Chủng đã
đƣợc chứng minh có một gen mã hóa protein metalloprotease serralysin. Gen mã
hóa protein metalloprotease đƣợc xác định là góp phần vào quá trình gây chết côn
trùng (J.T. Tambong; Xu, R.; Sadiku, 2014)
S. marcescens đƣợc biết đến với khả năng tiết nhiều enzyme ngoại bào nhƣ
chitinase, lecthinase, hemolysin, lipase, protease, nuclease..Mặc dù S. marcescens
có thể sản xuất nhiều protease khác nhau, trong đó có metalloprotease kẽm,
serralysin. Meada và cộng sự năm 1995 báo cáo rằng serralysin đóng một vai trò
quan trọng trong sinh bệnh học của sinh vật này. Nghiên cứu đã chứng minh
serralysin nhanh chóng làm suy giảm một loạt cấu trúc protein và huyết thanh. Theo
đó, protease vi khuẩn nhƣ serralysin đóng một vai trò quan trọng nhƣ một yếu tố
độc lực (Yutaka Kida và cộng sự, 2007). . Theo K Ishii et al. (J Invertebr Pathol
117, 61-67. 2014), Serralysin metalloprotease góp phần vào cơ chế gây bệnh của
S.marcescens đối với côn trùng bằng cách ức chế quá trình làm lành vết thƣơng, dẫn
đến tổn thất lớn huyết tƣơng từ ấu trùng tằm (silkworm larvae).
33. Đồ án tốt nghiệp
23
Hình 1.8 Cơ chế gây bệnh của enzyme Serralysin metalloprotease của
S.marcescens đối với ấu trùng tằm (K Ishii et al; 2014).
Serratia marcescens còn đƣợc biết đến với khả năng lây nhiễm cho trứng, ấu
trùng, nhộng và sâu trƣởng thành của loài Heliothis-thuộc chi bƣớm đêm gây hại
cho nông nghiệp (Sikorowski và Lawrence, 2009)
Ấu trùng lớn tuổi bị nhiễm vi khuẩn thƣờng bộc lộ phản ứng là giảm các kích
thích bên ngoài, và cái chết xảy ra một hoặc hai ngày sau đó. Vi khuẩn sau khi xâm
nhập vào trong đƣờng máu của vi khuẩn và gây ra nhiễm trùng huyết và gây tử
vong.
Theo kết quả nghiên cứu của Estrada và cộng sự năm 2012 thì ấu trùng bị
nhiễm trở thành màu đỏ sau khi chết, và tỉ lệ sống sót của những ấu trùng bị nhiễm
là rất ít. Một số ấu trùng bị nhiễm trong giai đoạn cuối của ấu trùng thì sau khi hóa
nhộng nó cũng sẽ bị chết do nhiễm khuẩn và khi chết nó cũng xuất huyết có màu đỏ
của S. marcescens. Đến giai đoạn sâu trƣởng thành, nó có thể đƣợc lấy nhiễm bằng
cách cho ăn thực phẩm bị ô nhiễm, các vi khuẩn sẽ xâm nhập vào các mô của côn
trùng và gây chết. Serratia marcescens có khả năng lây nhiễm và loại bỏ cao đối
với bộ H. Zea và H virescens .
Serratia marcescens còn có thể kết hợp với một số loại tuyến trùng hay giun
tròn để gây bệnh cho côn trùng ví dụ nhƣ: O. Carolinensis kết hợp
với Serratia marcescens gây bệnh côn trùng trên lớp biểu bì bên ngoài của nó.
34. Đồ án tốt nghiệp
24
Ngoài ra cũng có thể tạo đƣợc mối quan hệ nhân tạo giữa vi khuẩn và các tuyến
trùng, bằng cách trộn chung tuyến trùng với vi khuẩn và nuôi chúng trong một
khoảng thời gian. Cũng trong nghiên cứu của Estrada và cộng sự, năm 2012 thì khi
Steinernema carpocapsae kết hợp với S. marcescens mang đến hiệu quả diệt 100%
ấu trùng Galleria mellonella chỉ sau 48 giờ. Mặc dù vậy sự tồn tại của S.
marcescens cũng không ảnh hƣởng đến vi khuẩn cộng sinh X. Nematophila.
1.6. Điều kiện tối ƣu cho sinh tổng hợp prodigiosin bởi Serratia marcescens
Prodigiosin là một chất chuyển hóa thứ cấp điển hình chỉ xuất hiện sau giai
đoạn phát triển của vi khuẩn. Bản chất màu đỏ tƣơi của prodigiosin giúp việc
nghiên cứu hợp chất thứ cấp này dễ dàng hơn (Chidambaram và Perumalsamy,
2009). Nhiều yếu tố, chẳng hạn nhƣ: nhiệt độ, pH, độ oxy hòa tan, ánh sáng, phos-
phate vô cơ và thành phần môi trƣờng ảnh hƣởng đến quá trình sản xuất prodigiosin
(Heinemann và cộng sự, 1970; Sole và cộng sự, 1994; Rjazantseva và cộng sự,
1995; Williamson và cộng sự, 2005).
Quá trình sản xuất prodigiosin trong S. marcescens rất nhạy cảm với nhiệt độ
và bị ức chế đáng kể ở nhiệt độ cao hơn 37°C (Giri và cộng sự, 2004). Hơn nữa,
môi trƣờng thông thƣờng đƣợc sử dụng để sinh tổng hợp prodigiosin bởi các chủng
S. marcescens là môi trƣờng phức tạp và rất giàu dinh dƣỡng (Yamashita và cộng
sự, 2001; Furstner, 2003; Giri và cộng sự, 2004). Một số chất dinh dƣỡng nhƣ thia-
mine và acid sắt (Wei và Chen, 2005) đặc biệt quan trọng đối với sản xuất prodigi-
osin, trong khi phosphate (Witney và cộng sự, 1977), adenosine triphosphate và ri-
bose (Lawanson và Sholeye, 1975) lại có tác dụng ức chế quá trình tổng hợp prodi-
giosin.
Giri và cộng sự (2004), đã so sánh sự phát triển của S. marcescens trên các
môi trƣờng khác nhau nhƣ: môi trƣờng hạt mè, môi trƣờng hạt đậu phộng, nutrient
broth và peptone glycerol broth,... Các môi trƣờng cũng đƣợc so sánh tốc độ tăng
trƣởng và khả năng xuất prodigiosin ở các nhiệt độ khác nhau. Các thí nghiệm này
cũng giúp quan sát vai trò của các acid béo trong việc sản xuất prodigiosin và nhận
thấy nhiều thành phần trong hạt có thể kích thích tăng mật độ tế bào và sinh tổng
35. Đồ án tốt nghiệp
25
hợp nhiều prodigiosin hơn. Trên môi trƣờng hạt đậu phộng thì prodigiosin có thể
tổng hợp ở nhiệt độ 37oC trong khi trên các môi trƣờng nhƣ nutrient broth, peptone
glycerol broth có hoặc không có bổ sung đƣờng cũng không thể làm đƣợc điều này
(Chidambaram và Perumalsamy, 2009).
Quá trình sản xuất prodigiosin ở Serratia marcescens giảm bớt lƣợng glucose
và các loại đƣờng lên men đƣợc khác do sự giảm pH trong canh trƣờng nuôi cấy
(Khanafari và cộng sự, 2006). Bên cạnh đó, có thể xét đến vai trò của nguồn carbon
trong quá trình sản xuất sắc tố. Điểm đầu tiên là trong môi trƣờng nutrient broth, về
cơ bản là môi trƣờng này không có nguồn carbon, việc bổ sung maltose hoặc glu-
cose làm tăng cƣờng việc sản xuất sắc tố, trong trƣờng hợp sử dụng môi trƣờng hạt
mè thì nguồn carbon ở dạng các acid béo. Maltose và glucose đƣợc thêm vào môi
trƣờng nutrient broth làm tăng gấp đôi năng suất so với chỉ sử dụng môi trƣờng nu-
trient broth hoặc peptone glycerol broth. Điểm thứ hai là sự sản xuất sắc tố đƣợc
tăng cƣờng trong môi trƣờng peptone glycerol broth ở 30oC và trong môi trƣờng
nutrient broth ở 28oC, điều này có thể là do sự hiện diện của glycerol nhƣ là một
nguồn carbon. Rõ ràng trong thực tế nguồn carbon giúp hỗ trợ tăng trƣởng tế bào và
sản xuất prodigiosin (Chidambaram và Perumalsamy, 2009).
Bảng 1.4 So sánh quá trình tổng hợp prodigiosin bởi Serratia marcescens
trong các môi trƣờng và các nhiệt độ khác nhau (Chidambaram và
Perumalsamy, 2009).
Stt Môi trƣờng sử dụng Nhiệt độ
280
C 300
C 370
C
Tham khảo
1 Môi trƣờng dextrose
bổ sung casein
13,0 - - Pruss và
Matsumura,
1996
2 Ethanol và nguồn
carbon
3,0 - - Mandarville,
2001
3 Canh dinh dƣỡng 0,52 0,354 0,111 Giri và cs,
37. Đồ án tốt nghiệp
27
Hình 1.9 Một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình sinh tổng hợp prodigiosin
bởi Serratia marcescens đƣợc ghi nhận bởi Sundaramoorthy và cộng sự
(2009)
Hình 1.10 Một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình sinh tổng hợp prodiosin
bởi Serratia sp. BTWJ8 đƣợc ghi nhận bởi Krishna (2008)
1.7. Thu nhận và tinh sạch prodigiosin
Các sắc tố không tan trong nƣớc mà tan trong dầu thƣờng đƣợc chiết xuất
bằng dung môi hữu cơ pha nƣớc nhƣ: acetone, methanol, ethanol hoặc các hỗn hợp
38. Đồ án tốt nghiệp
28
của các dung môi, để giúp các dung môi này hoạt động tốt hơn. Chiết xuất thƣờng
có chứa một lƣợng nƣớc đáng kể, do đó có thể đƣợc loại bỏ bằng cách phân lớp nhờ
hexane, petroleum ether, diethyl ether, dichloromethane hoặc hỗn hợp các dung
môi. Sắc ký, quang phổ hấp thụ ở vùng khả kiến sẽ là cơ sở đầu tiên dùng để xác
định các sắc tố. Quang phổ sẽ đƣợc thực hiện, lƣu giữ và sau đó tiến hành so sánh
với các phổ chuẩn (Amaya, 2001).
Các tiêu chuẩn tối thiểu sau đây đƣợc đề xuất là nên thực hiện để xác định một
hợp chất chƣa biết (Liaaen-Jensen, 1971; Pfander và cộng sự, 1994).
- Phổ hấp thụ (𝜆𝑚𝑎𝑥 ).
- Sắc ký lớp mỏng (Rf).
- Sắc ký lỏng cao áp (thời gian lƣu mẫu).
- Phƣơng pháp phổ khối (khối lƣợng phân tử).
- NMR (chuyển hóa về mặt hóa học).
Một số nghiên cứu về thu nhận và tinh sạch prodigiosin đã đƣợc thực hiện:
- Prodigiosin (2-metyl-3-pentyl-6 methoxyprodigiosene) đƣợc chiết
xuất từ môi trƣờng nutrient broth nuôi cấy S. marcescens sau 72 giờ, với ethanol và
petroleum ether, tiếp theo loại bỏ dung môi trong bể cách thuỷ và hòa tan phần còn
lại vào 50% ethanol (Rosenzweig và Stotzky, 1980).
- Các sắc tố từ tế bào của S. marcescens phân lập từ đất đƣợc chiết xuất
bằng acetone, hòa với một ít ethyl acetate và đƣợc sấy khô bằng natri sulfat. Các
chất chiết xuất đƣợc hòa tan và đƣợc thực hiện quét từ bƣớc sóng 200 – 700 nm.
Hỗn hợp dung môi dichloromethane, chloroform và acetone với tỷ lệ 2,5:2,5:0,5
(v:v) đã đƣợc sử dụng để tách một cách hiệu quả các tạp chất từ chiết xuất cùng với
các sắc tố bằng sắc ký lớp mỏng. Cột silicagel có kích thƣớc từ 80 – 100 mesh đã
đƣợc sử dụng để phân tách các tạp chất không màu từ các sắc tố. Mẫu tinh khiết
cho thấy có độ hấp thụ cao duy nhất tại 535 nm trong quang phổ UV. Nó đƣợc tiếp
tục phân tích để xác định trọng lƣợng phân tử bằng việc sử dụng máy quang phổ
khối. Các sắc tố prodigiosin tinh khiết đƣợc đem phân tích quang phổ khối cho thấy
chúng có trọng lƣợng phân tử là 324 Da (Giri và cộng sự, 2004).
39. Đồ án tốt nghiệp
29
- Prodigiosin đƣợc chiết xuất bằng cách lắc môi trƣờng nuôi cấy tế bào
Serratia marcescens 2170 với methanol có tính acid với tỷ lệ 24:1 (v:v) và dịch
trong suốt đƣợc cô quay chân không. Sắc ký lỏng cao áp của các chiết xuất đƣợc
thực hiện trên silicagel với dung môi chloroform và methanol. Các sắc tố thu đƣợc
sẽ đƣợc rửa giải trong methanol và phân tích phổ khối (ESI-MS). Sau đó, các sắc tố
chƣa tinh khiết đã thu đƣợc sẽ tiếp tục đƣợc thực hiện phƣơng pháp HPLC. Một cột
đảo pha Nucleosil C18 (250x4 mm, 10 𝜇m) đã đƣợc sử dụng với một gradient tuyến
tính 0% đến 100% trong 30 phút (A: 10 mM amoni acetate, pH 7,0, B: 100% ace-
tonitrile). Việc rửa giải đƣợc theo dõi bằng cách sử dụng cả hai máy dò UV diode-
array và ESI-MS (Montaner và Perez-Tomas, 2001; Tomas và Montaner, 2003).
- Sau khi lên men S. marcescens phân lập từ đất, canh trƣờng đƣợc lấy
từ những chất hấp thụ trong bioreactor (IAB) và sau đó, 1 lít ethanol 95% (v:v) đã
acid hóa (pH 3,0) đƣợc thêm vào IAB. Các sắc tố đƣợc chiết xuất bằng cách sử
dụng một vòng tròn giải hấp impller trong IAB, ở 200 vòng trong 5 giờ, rồi đem cô
đặc và ly tâm. Sau đó, nó đƣợc thu bằng cách sử dụng nƣớc và chloroform để tách
pha. Prodigiosin màu đỏ đi vào chiếm hết chỗ ở phía dƣới của pha chloroform và
đƣợc cô quay chân không. Prodigiosin đƣợc phân tách bằng sắc ký cột silicagel (2,5
× 30 cm). Nó đƣợc rửa với một hỗn hợp hexane:ethyl acetate (2:1, v:v). Các sắc tố
cô đặc đã đƣợc tách ra bởi việc sử dụng hỗn hợp chloroform: methanol 95:5 (v:v)
trong TLC. Sau đó, màu đỏ duy nhất của prodigiosin (giá trị Rf là 0,43) đã đƣợc thu
nhận và hòa tan trong acetone. Các sắc tố chƣa tinh khiết sẽ tiếp tục đƣợc thực hiện
phƣơng pháp TLC (với tỷ lệ dung môi chloroform:methanol:diethyl ether là 6:2:2)
và cuối cùng là tinh chế bằng HPLC (với cột C18 (2,5×10 cm). Sau đó, nó đƣợc
tách rửa với hỗn hợp methanol:nƣớc (7:3, v:v) đã đƣợc điều chỉnh pH = 3,0 bằng
HCl 0,1N với tốc độ dòng chảy là 20 ml/phút. Một lƣới thép không gỉ lớn với kích
thƣớc lỗ 0,5 cm đã đƣợc sử dụng nhƣ sự hỗ trợ cho chất hấp phụ bên trong. Nồng
độ của các prodigiosin sản xuất ra đƣợc ƣớc tính bằng cách đo độ hấp thụ quang ở
bƣớc sóng 535 nm trong methanol đã đƣợc acid hóa (HCl 0,001N 4 ml + 96 ml
methanol) (Goldschmidt và Williams, 1968). Khối lƣợng phân tử của chất màu tinh
40. Đồ án tốt nghiệp
30
khiết đƣợc xác định bằng việc sử dụng quang phổ khối. Các 1
H- và 13
C-NMR của
các mẫu màu đƣợc ghi nhận sau khi hòa tan trong CDCl3. Các dịch chuyển hóa đã
đƣợc đối chiếu trong một TMS (trimetylsilyl) tín hiệu. Phổ FT-IR của các sắc tố
đƣợc ghi nhận (Song và cộng sự, 2006).
- Các sắc tố đƣợc sản xuất bởi Serratia marcescens SM∆R đã đƣợc tinh
sạch thực hiện NMR và phổ khối để xác định cấu trúc hóa học của nó (Wei và
Chen, 2005). Các sắc tố đƣợc chiết xuất từ canh trƣờng lên men bằng methanol và
sau đó tinh chế bằng cách sử dụng một cột silica gel hexane-balanced để thu các sản
phẩm mục tiêu trong cột (Cang và cộng sự, 2000; Montaner và cộng sự, 2000). Sau
đó cột đƣợc rửa với ethyl acetate 10M để giải phóng các sản phẩm hấp thụ. Màu
cam sau khi rửa giải đã đƣợc thu và làm khô trong máy sấy chân không ở 45oC
để có đƣợc những sản phẩm tinh khiết (bột màu đỏ). Các sắc tố thu đƣợc trong
nghiên cứu đã đƣợc báo cáo là undecylprodigiosin dựa trên phân tích NMR và MS,
còn đƣợc gọi là prodigiosin 25-C, là một trong những sắc tố đỏ đƣợc sản xuất bởi
Serratia sp. và Streptomyces sp. Nó có hoạt động ức chế miễn dịch và quá trình
apoptosis-inducing tƣơng tự nhƣ prodigiosin, nhƣng ít đƣợc nghiên cứu hơn (Tomas
và cộng sự, 2003).
1.8. Một số nghiên cứu trên thế giới
1.8.1. Tình hình nghiên cứu Serratia marcescens
Brigida và Itamar (2006), đã tiến hành nghiên cứu về sự đối kháng của Serra-
tia marcescens với Phytophthora paeasitica, cũng nhƣ ảnh hƣởng của S. marces-
cens lên thúc đẩy tăng trƣởng của cây thuộc chi cam chanh.
Maria và cộng sự (2012), đã tiến hành thử nghiệm về quá trình lây nhiễm Ser-
ratia marcescens cùng tuyến trùng Steinernema cerpocapsae vào ấu trùng Galleria
mellonella và đạt đƣợc kết quả gây chết 100% ấu trùng.
1.8.2. Tình hình nghiên cứu prodigiosin
Sundaramoorthy và cộng sự (2009), thực hiện nghiên cứu để sàng lọc những
chủng Serratia có hiệu quả sản xuất prodigiosin và đã phân lập đƣợc chủng Serratia
marcescens NY1 từ đất.
41. Đồ án tốt nghiệp
31
Helvia và cộng sự (2010), đã tối ƣu hóa quá trình sản xuất prodigiosin bởi Ser-
ratia marcescens UCP 1549 bằng việc sử dụng 6% nƣớc thải từ công nghiệp chế
biến sắn và bổ sung 2% mannitol ở 28oC và pH =7 trong 48 giờ. Kết quả cho thấy
Serratia marcescens sản xuất prodigiosin ở mức cao nhất là 49,5 g/l.
Antony và cộng sự (2011), đã thực hiện quá trình tối ƣu hóa sản xuất prodigio-
sin bởi Serratia marcescens SU-10 và đánh giá các hoạt tính sinh học của prodigio-
sin. Kết quả cho thấy điều kiện tối ƣu cho việc sản xuất prodigiosin trong môi
trƣờng Nutrient broth là ở nhiệt độ 28oC, pH = 7 và trong thời gian 72 giờ. Và quá
trình chiết xuất prodigiosin đƣợc thực hiện bằng ethanol:hydrochloric acid (9,5:0,5)
hoặc acetone: ethyl acetate (1:1). Ngoài ra, prodigiosin thu nhận đƣợc có tác dụng
ức chế tốt ở cả vi khuẩn Gram dƣơng và vi khuẩn Gram âm.
Chandni và cộng sự (2012), đã nhận thấy rằng prodigiosin có khả năng kháng
khuẩn nhƣ Staphylococcus aureus, Bacillus cereus và kháng nấm bệnh nhƣ Candi-
da albicans, Candida parapsilosis và Cryptococcus sp., hơn nữa, prodigiosin có khả
năng chống oxy hóa ở nồng độ 22,05 μg/ml và có tiềm năng nhuộm, cùng với
việc không bị ảnh hƣởng bởi acid, kiềm, chất tẩy rửa, mà có thể ứng dụng rộng rãi
trong ngành dệt và các ngành công nghiệp trị liệu.
Shahitha và Poornima (2012), đã tiến hành cải tiến quá trình sản xuất prodi-
giosin trong Serratia marcescens. Họ nhận thấy rằng trong số các môi trƣờng dầu
khác nhau thì dầu đậu phộng sản xuất prodigiosin cao nhất (2,72 mg/ml) và có thể
sử dụng để nhuộm bông tạo ra màu đẹp.
Nghiên cứu của Ananda và cộng sự (2013) đã sử dụng prodigiosin thu nhận từ
chủng Serratia marcescens CMST 07 để chống lại các vi khuẩn nhƣ Alteromonas
sp. và Gallionella sp., cho thấy nồng độ ức chế tối thiểu là khoảng 6,75 μg/ml và
nồng độ diệt khuẩn tối thiểu là khoảng 12,5 μg/ml. Bên cạnh đó, Ananda và cộng sự
cũng đã sử dụng prodigiosin để nghiên cứu độc tính trên Artemia cho thấy LD50
khoảng 50 μg/ml.
Một số bằng sáng chế về prodigiosin đƣợc liệt kê trong bảng 1.6 (Krishna,
2008).
42. Đồ án tốt nghiệp
32
Bảng 1.5 Một số bằng sáng chế về prodigiosin
Tên Patent Tóm tắt Tác giả Ngày công
bố
United States
Patent
6638968
A novel use of prodigiosin
for treating diabetes mellitus
without any side effect
Kim Hwanmook,
Han Sangbae,
Lee Changwoo,
Lee Kihoon,
Park Sehyung,
Kim Youngkook.
10/28/2003
United States
Patent
6645962
The prodigiosin from
Serratia marcescens is useful
as an immunosuppressive in
various fields, including the
treatment of the diseases
requiring immunosuppression
and the basic research for the
diseases, the transplantation
of the organs or tissues. and
the immune cells.
Kim Hwanmook,
Kim Youngkook,
Han Sangbae,
Yoo Sungak.
11/11/2003
United States
Patent
4266028
The invention relates to novel
use of prodigiosin for the
treatment of Rheumatic
m1hritis and can provide
excellent treatment effect to
Rheumatic arthritis by
treating composition
including prodigiosin isolated
from Serratia marcescens as
an active principle to DBA-l
Kim Hwan-
Mook Han Sang-
Bac Lee Chang-
Woo Lee Ki-
Hoon Park Se-
Hyung Kim Hy-
oung Chin
Kim Young-
Kook
07/01/2004
43. Đồ án tốt nghiệp
33
mouse of collageninduced
Rheumatic al1hritis animal
model and thereby inhibiting
production of internal
cytokine which is a important
pathogen of Rheumatic
44. Đồ án tốt nghiệp
34
Chƣơng 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
2.1.1. Thời gian.
Thời gian thực hiện đề tài từ ngày 30/04/2017 đến ngày 16/07/2017.
2.1.2. Địa điểm
Phòng thí nghiệm Vi sinh Khoa Công Nghệ Sinh Học – Thực Phẩm – Môi
Trƣờng, trƣờng Đại học Công Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh.
2.2. Vật liệu – hóa chất – thiết bị
2.2.1. Nguồn vi khuẩn Serratia marcescens
Giống vi khuẩn Serratia marcescens SH4 và SH5 đƣợc phân lập từ đồ án tốt
nghiệp của Nguyễn Hoàng Anh Kha, 2013 đƣợc lƣu trữ tại trƣờng Đại Học Công
Nghệ TP. Hồ Chí Minh.
Giống vi khuẩn Serratia marcescens HB đƣợc phân lập từ đồ án tốt nghiệp
của Lê Quốc Vũ, 2015 đƣợc lƣu trữ tại trƣờng Đại Học Công Nghệ TP. Hồ Chí
Minh.
2.2.2. Môi trường nuôi cấy và hóa chất.
a. Môi trƣờng ( Thành phần môi trƣờng xem phụ lục 1)
- Môi trƣờng Peptone glycerone agar (PGA)
- Môi trƣờng Peptone glycerone broth (PG)
- Môi trƣờng Casein
- Môi trƣờng Lipit
- Môi trƣờng huyền phù Chitin 1%
- Môi trƣờng nhân giống 1 (MT1)
- Môi trƣờng nhân giống 2 (MT2)
- Môi trƣờng lên men (MTLM)
b. Hóa chất sử dụng
- Cồn 70, cồn 96
- NaCl
- HCl, NaOH
45. Đồ án tốt nghiệp
35
- Petroleum ether
- Nƣớc muối bão hòa
2.2.3. Dụng cụ, thiết bị
a. Dụng cụ
- Phiễu chiết
- Ống nghiệm
- Đĩa petri
- Erlen 50ml, 100ml, 250ml
- Pipet 1ml, 2ml, 5ml, 10ml, 20ml
- Pipetman 100μl, 1000μl.
- Đầu típ
- Đũa thủy tinh
- Bao hấp, giấy gói, thun
- Đèn cồn, que cấy vòng
- Bông không thấm, bông thấm
- Chai syrum 100ml.
b. Thiết bị
- Tủ cấy vi sinh
- Tủ lạnh
- Cân phân tích
- Bếp từ
- Máy nƣớc cất
- Autolave
- Tủ hút
- Máy ly tâm
- Máy lắc
- Máy đo quang phổ
- Máy cô quay
- Bể điều nhiệt
46. Đồ án tốt nghiệp
36
- Kính hiển vi
2.3. Phƣơng pháp thí nghiệm
2.3.1 Mục đích
Thiết lập quy trình lên men vi khuẩn Serratia marcescens để sản xuất chế
phẩm diệt sâu.
2.3.2 Nội dung nghiên cứu
Tuyển chọn chủng Serratia marcescens sinh tổng hợp prodigiosin, enzyme
ngoại bào.
Thiết lập môi trƣờng nhân giống để thu đƣợc sinh khối nhiều nhất.
Thiết lập môi trƣờng lên men và chế độ lên men để thu prodigiosin nhiều nhất.
2.3.3 Phương pháp luận
Prodigiosin là hợp chất thứ cấp, quá trình tổng hợp thƣờng không trễ pha với
quá trình tăng trƣởng tế bào. Dịch môi trƣờng và điều kiện nuôi cấy quyết định
nồng độ prodigiosin tổng hợp. Nghiên cứu này dựa trên các báo cáo trƣớc đó của
các tác giả trong và ngoài nƣớc để xác định môi trƣờng dinh dƣỡng và điều kiện
nuôi cấy cho chủng phân lập của phòng thí nghiệm.
2.3.4 Bố trí thí nghiệm
Các bƣớc bố trí thí nghiệm đƣợc trình bày tóm tắt theo sơ đồ sau:
47. Đồ án tốt nghiệp
37
Hình 2.1 Quy trình lên men vi khuẩn Serratia marcescens để sản xuất chế phẩm
prodigiosin thô.
Chọn lọc chủng
Chủng vi sinh vật (S.marcescens
SH4, SH5 và HB)
Thiết lập môi trƣờng nhân giống
Thiết lập môi trƣờng lên men và chế
độ lên men
Chế phẩm prodigiosin thô
48. Đồ án tốt nghiệp
38
Hình 2.2 Quy trình chọn lọc chủng vi sinh vật.
Thử nghiệm enzyme ngoại
bào
Chủng vi sinh vật (S.marcescens
SH4, SH5 và HB).
Trích ly thu prodigiosin
Lipase Protease
Nuôi cấy lỏng lắc, MTPG
Chitinase
49. Đồ án tốt nghiệp
39
Hình 2.3 Quy trình khảo sát thiết lập môi trƣờng nhân giống vi khuẩn Serratia mar-
cescens SH4
Tăng sinh trên môi
trƣờng MT2
Chủng vi khuẩn Serratia
marcescens SH4
Tăng sinh trên môi
trƣờng MT1
Tăng sinh trên môi
trƣờng PG
0h 4h 8h 16h 20h 24h
Đo độ đục (mật độ tê bào)
OD = 620nm
50. Đồ án tốt nghiệp
40
Hình 2.4 Quy trình khảo sát thiết lập môi trƣờng lên men vi khuẩn Serratia mar-
cescens SH4
Chủng vi khuẩn Serratia
marcescens SH4
Tăng sinh trên môi
trƣờng MT2
Tăng sinh trên môi
trƣờng PG
0h 9h 24h 33h 48h 57h
Đo prodigiosin OD = 499nm
Đo độ đục (mật độ tế bào) OD = 620nm
Lên men
trên môi
trƣờng PG
Lên men trên môi
trƣờng LMTL,
PGTL
Lên men trên
môi trƣờng
LMTL, PGTL
Lên men
trên môi
trƣờng
PG
Tiếp liệu Glycerol
51. Đồ án tốt nghiệp
41
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.4.1. Phương pháp chọn lọc chủng Serratie marsescens có khả năng tổng
hợp prodigiosin và enzyme ngoại bào mạnh nhất.
2.4.1.1. Phương pháp định tính enzyme
Chuẩn bị canh trƣờng vi khuẩn: Vi khuẩn thử nghiệm đƣợc tăng sinh trong
môi trƣờng peptone glycerol vô trùng ở nhiệt độ phòng, lắc 150 vòng/phút trên máy
lắc và ủ tối trong 48h.
Thử nghiệm hoạt tính lipase
Pha môi trƣờng thử nghiệm hoạt tính lipase, hấp 121o
C trong 15 phút. Để môi
trƣờng nguội đến khoảng 50o
C đổ ra các đĩa petri. Dùng que cấy thẳng cấy sinh
khối chủng vi sinh vật thử nghiệm vào giữa đĩa petri môi trƣờng thử nghiệm hoạt
tính lipase. Ủ ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ.
Đo đƣờng kính vòng tủa trên bề mặt môi trƣờng. Thí nghiệm lặp lại 3 lần.
Đọc kết quả:
Nếu vi khuẩn có khả năng sinh enzyme lipase thì xuất hiện vòng tủa xung
quanh điểm cấy.
Nếu vi khuẩn không có khả năng sinh enzyme lipase thì không xuất hiện vòng
tủa xung quanh điểm cấy.
Khả năng phân giải lipid đƣợc đánh giá qua đƣờng kính vòng tủa trên đĩa
thạch mm. Vòng tủa càng lớn, vi khuẩn có khả năng sinh enzyme lipase càng nhiều.
Thử nghiệm hoạt tính protease
Pha môi trƣờng geltatine agar và môi trƣờng casein agar, hấp 121o
C trong 15
phút. Để môi trƣờng nguội đến khoảng 50o
C đổ ra các đĩa petri. Đục 3 giếng thạch
trên mỗi đĩa agar môi trƣờng, đƣờng kính giếng thạch là 0.5 cm (d). Cho 20μl dịch
trong của canh trƣờng tăng sinh vi khuẩn vào các giếng thạch. Ủ tất cả các đĩa thạch
ở nhiệt độ phòng, 24 giờ.
Sau thời gian ủ, tráng TCA 10%. Đo kích thƣớc vòng phân giải (D-d, mm),
với D là đƣờng kính vòng phân giải. Thí nghiệm lặp lại 3 lần.
Đọc kết quả:
52. Đồ án tốt nghiệp
42
Nếu vi khuẩn có khả năng sinh enzyme protease thì xuất hiện vòng trong suốt
xung quanh giếng thạch.
Nếu vi khuẩn không có khả năng sinh enzyme protesae thì không xuất hiện
vòng trong suốt xung quanh giếng thạch.
Khả năng phân giải casein đƣợc đánh giá qua hiệu số (D- d) mm. Hiệu số càng
lớn, vi khuẩn có khả năng sinh enzyme protease càng nhiều.
Thử nghiệm hoạt tính chitinase
Pha môi trƣờng thạch huyền phù chitin, hấp 121o
C trong 15 phút. Để môi
trƣờng nguội đến khoảng 50o
C đổ ra các đĩa petri. Đục 3 giếng thạch trên mỗi đĩa
agar môi trƣờng, đƣờng kính mỗi giếng thạch là 0.5 cm (d). Cho 20μl dịch trong
của canh trƣờng tăng sinh vi khuẩn vào các giếng thạch. Ủ tất cả các đĩa thạch ở
nhiệt độ phòng, 24 giờ.
Sau thời gian ủ, tráng thuốc thử lugol. Đo kích thƣớc vòng phân giải (D-d,
mm), với D là đƣờng lính vòng phân giải. Thí nghiệm lặp lại 3 lần.
Đọc kết quả:
Nếu vi khuẩn có khả năng sinh enzyme chitinase thì xuất hiện vòng trong suốt
xung quanh giếng thạch.
Nếu vi khuẩn không có khả năng sinh enzyme chitinase thì không xuất hiện
vòng trong suốt xung quanh giếng thạch.
Khả năng phân giải chitin đƣợc đánh giá qua hiệu số (D- d) mm. Hiệu số càng
lớn, vi khuẩn có khả năng sinh enzyme chitinase càng nhiều.
2.4.1.2. Phương pháp trích ly thu prodigiosin
Chuẩn bị canh trƣờng vi khuẩn: Vi khuẩn thử nghiệm đƣợc tăng sinh trong
môi trƣờng peptone glycerol vô trùng ở nhiệt độ phòng, lắc 150 vòng/phút trên máy
lắc và ủ tối trong 48h. Sau khi tăng sinh, diệt tế bào vi khuẩn bằng cách đƣa về pH
=2 trong 4 giờ; cho 450μl HCl 1N vào trong canh trƣờng, để trên máy lắc trong 4
giờ, lắc 150 vòng/phút, ủ tối. Dịch canh trƣờng sau khi sử lý acid HCl trong 4 giờ,
sẽ đƣợc thêm 450μl NaOH 1N để đƣa về pH =7, đem đo OD620nm và OD499nm, song
song đó tiến hành trích ly lỏng lỏng theo sơ đồ hình:
53. Đồ án tốt nghiệp
43
Hình 2.5. Quy trình trích ly thu prodigiosin từ dịch lên men vi khuẩn
Sau khi cô quay mẫu sau trích ly lỏng lỏng, định mức lên 25ml và pha loãng
mẫu bằng dung môi Ethanol:HCl 1N (95:5, v;v), ngƣời thực hiện đề tài tiến hành đo
OD535 nm, xác định nồng độ prodigiosin sau khi thay giá trị OD vào phƣơng trình
Xử lý acid
Canh trƣờng sau nuôi cấy
Trung hòa
NaOH 1N
Ly tâm 4000 vòng/phút
trong 15 phút
Sinh khối
Dịch trong
Ly tâm 4000 vòng/phút
trong 15 phút
Dịch trong
Ethanol:
HCl 1N
(95:5;
v:v)
Sắc tố thô
Trích ly
lỏng lỏng
Đo prodigiosin sau trích ly
OD = 535 nm
Đo độ đục (mật độ tế
bào) OD = 600 nm
Đo prodigiosin OD =
499 nm
54. Đồ án tốt nghiệp
44
đƣờng chuẩn prodigiosin y = 1,1003x + 0.0041 (R
2
= 0,9991) (Nguyễn Hoàng Anh
Kha, 2013).
2.4.2. Phương pháp khảo sát thiết lập môi trường nhân giống
Tăng sinh vi khuẩn trong môi trƣờng peptone glycerol vô trùng ở nhiệt độ
phòng, lắc 150 vòng/phút trên máy lắc và ủ tối trong 24h.
Pha các môi trƣờng thử nghiệm: môi trƣờng 1 (MT1 - môi trƣờng thu sinh khối cực
đại theo ĐATN Nguyễn Thị Tâm, 2010), môi trƣờng 2 (MT2 – môi trƣờng thu sinh
khối theo J.-L. Tao và cộng sự, 2005), môi trƣờng peptone glycerol (thành phần và
cách pha môi trƣờng xem phụ lục 1). Chỉnh pH môi trƣờng về 7. Tỷ lệ cấy giống là
5%. ủ ở nhiệt độ phòng, bao tối và lắc 150 vòng/phút trên máy lắc.
Tiến hành đo mật độ tế bào OD620nm tại các mốc thời gian:
t = 0h, t = 4h, t = 8h, t =16h, t = 20h, t = 24h.
Theo dõi mật độ tế bào tổng hợp đƣợc. Mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần. Vẽ đƣờng
cong tăng trƣởng của chủng vi sinh vật.
Xác định mật độ tế bào bằng phƣơng pháp đo quang ở bƣớc sóng 620 nm.
2.4.3. Phương pháp khảo sát thiết lập môi trường lên men và chế độ lên men
2.4.3.1. Phương pháp khảo sát thiết lập môi trường lên men
- Tăng sinh vi khuẩn trong môi trƣờng peptone glycerol vô trùng ở
nhiệt độ phòng, lắc150 vòng/phút trên máy lắc và ủ tối trong 24h.
Pha các môi trƣờng thử nghiệm: môi trƣờng lên men (LMTL – môi trƣờng lên
men theo J.-L. Tao và cộng sự, 2005), môi trƣờng peptone glycerol (thành phần và
cách pha môi trƣờng xem phụ lục 1). Chỉnh pH môi trƣờng về 7. Tỷ lệ cấy giống là
5%. Ủ ở nhiệt độ phòng, bao tối và lắc 150 vòng/phút trên máy lắc.
Sau 9h, 24h, 33h, 48h. Tiếp liệu glycerol trên môi trƣờng lên men (LMTL) và
môi trƣờng peptone glycerol (PGTL) với nồng độ glycerol là 5g/l.
Đối chứng môi trƣờng peptone glycerol (PG) không tiếp liệu.
Tiến hành đo OD499nm và OD620nm tại các mốc thời gian:
t = 0h, t = 9h, t = 24h, t = 33h, t = 48h, t = 57h.
55. Đồ án tốt nghiệp
45
Vẽ đƣờng cong tăng trƣởng và đƣờng cong tổng hợp sắc tố của chủng vi sinh
vật.
- Tăng sinh vi khuẩn trong môi trƣờng nhân giống 2 (MT2 – môi
trƣờng thu sinh khối theo J.-L. Tao và cộng sự, 2005) vô trùng ở nhiệt độ phòng, lắc
150 vòng/phút trên máy lắc và ủ tối trong 24h.
Pha các môi trƣờng thử nghiệm: môi trƣờng lên men (LMTL), môi trƣờng
peptone glycerol (thành phần và cách pha môi trƣờng xem phụ lục 1). Chỉnh pH
môi trƣờng về 7. Tỷ lệ cấy giống là 5%. Ủ ở nhiệt độ phòng, bao tối và lắc 150
vòng/phút trên máy lắc.
Sau 9h, 24h, 33h, 48h. Tiếp liệu glycerol trên môi trƣờng lên men (LMTL) và
môi trƣờng peptone glycerol (PGTL) tiếp liệu với nồng độ glycerol là 5 g/l.
Đối chứng môi trƣờng peptone glycerol (PG) không tiếp liệu.
Tiến hành đo OD499nm và OD620nm tại các mốc thời gian:
t = 0h, t = 9h, t = 24h, t = 33h, t = 48h, t = 57h.
Vẽ đƣờng cong tăng trƣởng và đƣờng cong tổng hợp sắc tố của chủng vi sinh
vật.
2.4.3.2. Phương pháp khảo sát thiết lập chế độ lên men
Tăng sinh vi khuẩn trong môi trƣờng nhân giống peptone glycerol vô trùng ở
nhiệt độ phòng, lắc 150 vòng/phút trên máy lắc và ủ tối trong 24h.
Pha các môi trƣờng thử nghiệm: môi trƣờng peptone glycerol (PGTL) (thành
phần và cách pha môi trƣờng xem phụ lục 1). Chỉnh pH môi trƣờng về 7. Tỷ lệ cấy
giống là 5%. Ủ ở nhiệt độ phòng, bao tối và lắc 150 vòng/phút trên máy lắc.
Sau 9h, 24h, 33h, 48h. Tiếp liệu glycerol môi trƣờng peptone glycerol (PGTL) với
nồng độ glycerol là 2.5 g/l, 5 g/l. 7.5 g/l và 10 g/l theo sơ đồ sau:
56. Đồ án tốt nghiệp
46
Hình 2.6 Quy trình tiếp liệu glycerol
Chủng vi khuẩn Serratia
marcescens SH4
Tăng sinh trên môi
trƣờng PG
0h 9h 24h 33h 48h 57h
Đo prodigiosin OD = 499nm
Đo độ đục (mật độ tế bào) OD = 620nm
Lên men trên
môi trƣờng PG
Tiếp liệu
Glycerol
2.5 g/l
Lên men trên
môi trƣờng
PGTL
Tiếp liệu
Glycerol
10 g/l
Tiếp liệu
Glycerol
7.5 g/l
Tiếp liệu
Glycerol 5
g/l
57. Đồ án tốt nghiệp
47
Đối chứng môi trƣờng peptone glycerol (PG) không tiếp liệu.
Tiến hành đo OD499nm và OD620nm tại các mốc thời gian:
t = 0h, t = 9h, t = 24h, t = 33h, t = 48h, t = 57h.
Vẽ đƣờng cong tăng trƣởng và đƣờng cong tổng hợp sắc tố của chủng vi sinh
vật.
2.4.4. Phương pháp phân tích
2.4.4.1. Phương pháp định lượng hợp chất prodigiosin
Mục đích
Xác định đƣợc lƣợng hợp chất prodigiosin có trong mẫu từ đó đƣa ra kết
luận cho thí nghiệm.
Nội dung
Nồng độ hợp chất prodigiosin đƣợc xác định dựa vào đƣờng chuẩn hợp
chất và giá trị đo OD tại λmax của hợp chất prodigiosin.
2.4.4.2. Phương pháp xử lý số liệu thống kê
Các số liệu thô đƣợc xử lý outlier trên phần mềm Statgraphics Centurion
XV. Các số liệu sau đó đƣợc phân tích ANOVA và đƣợc trắc nghiệm phân
hạng LSD với mức ý nghĩa 0,05.
Các số liệu đƣợc tính toán và xử lý trên phần mềm Microsoft Office Excel
2010. Các biểu đồ cũng đƣợc thể hiện bằng phần mềm này.
58. Đồ án tốt nghiệp
48
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Chọn lọc chủng vi khuẩn Serratia marcescens sinh tổng hợp enzyme
ngoại bào và prodigiosin cao nhất
Để đạt mục tiêu trên, các chủng S.marcescens SH4, SH5 và HB đƣợc nuôi cấy
trong môi trƣờng peptone glycerol. Dịch nuôi cấy đƣợc đƣa đi khảo sát hoạt tính
enzyme ngoại bào protease, chitinase bằng phƣơng pháp khuếch tán trên giếng
thạch và lipase bằng phƣơng pháp cấy điểm. Đồng thời prodigiosin đƣợc trích ly từ
dịch nuôi cấy bằng Ethanol:HCl 1N (95:5, vv) và xác định nồng độ nhờ phƣơng
pháp đo OD535nm và xác định nồng độ prodigiosin sau khi thay giá trị OD535nm vào
phƣơng trình đƣờng chuẩn prodigiosin y = 1,1003x + 0.0041 (R
2
= 0,9991) (Nguyễn
Hoàng Anh Kha, 2013).
3.1.1. Khả năng tiết enzyme ngoại bào
Mục tiêu của lên men S.marcescens trong đề tài là sản xuất chế phẩm prodigi-
osin thô từ đó tạo chế phẩm diệt sâu. Xoang máu và ống tiêu hóa của côn trùng
đƣợc cấu thành từ các thành phần chính gồm lipid, protein và bộ xƣơng ngoài là
chitin. Ngoài việc thu nguồn prodigiosin thì chủng vi sinh vật chọn lọc cần đòi hỏi
phải tổng hợp các enzyne ngoại bào có khả năng thủy phân protein, lipid và chitin
Thử nghiệm hoạt tính protease
Sau khi bổ sung dịch nuôi cấy vi khuẩn sống vào giếng thạch môi trƣờng chứa
casein, ủ 24 giờ và nhỏ thuốc thử trichloroacetic acid (TCA), đo vòng phân giải ca-
sein. Phần còn lại là casein chƣa bị thủy phân sẽ tác dụng với TCA tạo thành phức
hợp tủa có màu trắng đục.
Kết quả khi tiến hành trên môi trƣờng casein thì tất cả các chủng đều có khả
năng phân giải casein là nhƣ nhau . Xung quanh vòng phân giải là phức hợp TCA –
casein trắng đục dễ dàng nhận thấy (hình 3.1 và bảng 3.1).
59. Đồ án tốt nghiệp
49
Hình 3.1 Khả năng tiết ezyme protease của các chủng S.marcescens SH4, SH5 và
HB
Thử nghiệm hoạt tính lipase
Lipase xúc tác thủy phân các cầu nối ether của triacylglycerol để tạo ra
glycerol acid béo. Có thể dễ dàng phát hiện enzyme lipase của vi sinh vật trên môi
trƣờng đĩa thạch chứa tween 80 và CaCl2. Lipase sẽ thủy phân tween 80 trong môi
trƣờng tạo ra các acid béo, các acid béo đƣợc giải phóng sẽ kết tủa với muối
calcium trong môi trƣờng. Phức hợp acid béo – calcium sẽ làm đục môi trƣờng
xung quanh điểm cấy.
HB
SH4
SH5
60. Đồ án tốt nghiệp
50
Kết quả khi tiến hành thử nghiệm hoạt tính lipase có thấy sự hiện diện của
enzyme lipase của các chủng vi sinh vật thử nghiệm. Tween 80 bị enzyme lipase
thủy phân tạo ra các acid béo và các acid béo này tạo phức với Ca2+
làm môi trƣờng
xung quanh vết cấy trắng đục. Kết quả hình 3.2 và bảng 3.1 thì chủng SH4 và HB là
các chủng có khả năng phân giải casein mạnh nhất với đƣờng kính vòng phân giải
(D – d) mm trên môi trƣờng tween là 27,3 A
± 1,70 và 24,7 AB
± 1,25, chủng SH5 có
khả năng phân giải casein kém nhất với đƣờng kính vòng phân giải (D – d) mm trên
môi trƣờng casein là 27,3 A
± 1,70.
Hình 3.2 Khả năng tiết ezyme lipase của các chủng S.marcescens SH4, SH5 và HB
Thử nghiệm hoạt tính chitinase
Sau khi bổ sung dịch nuôi cấy vi khuẩn sống vào giếng thạch môi trƣờng
thạch huyền phù chitin chứa 1% chitin, ủ 24 giờ và nhỏ thuốc thử lugol, đo vòng
phân giải chitin.
Khi chitinase có mặt trong môi trƣờng chitin nó sẽ phân giải chitin thành N-
acetyl glucosamine và cấu trúc mạch ngắn hơn không băt màu với thuốc thử lugol.
Khi tác dụng với thuốc thử lugol, độ lớn của phần môi trƣờng trong suốt phản ánh
hoạt tính chitinase của chủng vi sinh vật.
Khi bổ sung dịch vi khuẩn vào giếng thạch trên môi trƣờng thạch huyền phù
chitin chứa 1% chitin, kết quả hình 3.2 các chủng khảo sát đều không có hoạt tính
chitinase. Kết luận các chủng vi sinh vật không có khả năng tiết enzyme chitinase
phân giải chitin có trong môi trƣờng.
SH5
SH4 HB