Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620
Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://vietbaitotnghiep.com/dich-vu-viet-thue-luan-van
Download luận văn thạc sĩ ngành sinh học thực nghiệm với đề tài: Nghiên cứu nâng cao khả năng sinh tổng hợp Hupezine của chủng nấm hội sinh từ cây thạch tùng, cho các bạn tham khảo
TỔNG HỢP HƠN 100 ĐỀ THI THỬ TỐT NGHIỆP THPT TIẾNG ANH 2024 - TỪ CÁC TRƯỜNG, ...
Khả năng sinh tổng hợp Hupezine của chủng nấm hội sinh, HAY
1. BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Họ và tên tác giả luận văn: Hoàng Thị Hồng Anh
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
NGHIÊN C U NÂNG CAO KH NĂNG INH T NG H
HU IN A C A CH NG VI N M NỘI INH Penicillium sp.
LĐL4.4 TỪ CÂY THẠCH TÙNG ĂNG CƯA
LUẬN VĂN THẠC SĨ: SINH HỌC THỰC NGHIỆM
Hà Nội – 2019
2. BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Họ và tên tác giả luận văn: Hoàng Thị Hồng Anh
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
NGHIÊN C U NÂNG CAO KH NĂNG INH T NG H
HU IN A C A CH NG VI N M NỘI INH Penicillium sp.
LĐL4.4 TỪ CÂY THẠCH TÙNG ĂNG CƯA
Chuyên ngành : Sinh học thực nghiệm
Mã số : 8420114
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
Hướng dẫn 1 : TS. Lê Thị Minh Thành
Hà Nội – 2019
3. Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan: Luận văn
là
công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung
thực và chưa được công bố trong các công trình khác. Mọi sự giúp đỡ cho
việc hoàn thành luận văn đều đã được cảm ơn. Các thông tin, tài liệu trình bày
trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc. Nếu không đúng như nêu trên, tôi
xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về đề tài của mình.
Tác giả luận văn
Hoàng Thị Hồng Anh
4. Lời cảm ơn
Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm chân thành tới TS. Lê Thị
Minh Thành – Phó giám đốc Trung tâm Giống và Bảo tồn Nguồn gen Vi sinh
vật - Viện Công nghệ sinh học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt
Nam, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian
thực hiện luận văn.
Tôi xin cảm ơn tập thể cán bộ Trung Tâm Giống và Bảo Tồn Nguồn
Gen Vi Sinh Vật, Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Nam đã nhiệt tình giúp đỡ, truyền đạt kinh nghiệm quý báu cho tôi
trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Qua đây, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo trong khoa
Công nghệ Sinh học, Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa
học và Công nghệ Việt Nam đã hướng dẫn và truyền đạt kiến thức cho tôi
trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và những người
luôn bên cạnh, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập để tôi có
được kết quả như ngày hôm nay.
Hà Nội, tháng 4 năm 2019
Hoàng Thị Hồng Anh
5. Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt
Từ viết tắt Chữ viết đầy đủ
CYA Czapek yeast extract agar
HPLC High-performance liquid
chromatography
MEA Malt Extract Agar
MNNG N-methyl-N’nitro-N-nitrosoguanidine
PDA Potato Dextrose Agar
PDB Potato Dextrose Broth
TLC Thin layer chromatography
UV Ultra violet
6. Danh mục bảng
Bảng 1.1. Sử dụng tác nhân vật lý gây đột biến............................................24
Bảng 1.2. Cơ chế tác động của tác nhân hóa học gây đột biến......................24
Bảng 2.1. Các môi trường nuôi cấy ..............................................................32
Bảng 2.2. Môi trường khảo sát đặc điểm hình thái .......................................33
Bảng 2. . Thành phần các môi trường dinh dưỡng nuôi cấy.........................37
Bảng 2.4. Thành phần dung dịch môi trường MS .........................................39
Bảng 2.5. Nguồn C, N và chất bổ sung được lựa chọn..................................40
Bảng 2.6. Thành phần môi trường nhân giống..............................................41
Bảng .1. Đặc điểm hình thái khuẩn lạc của chủng Penicillium sp. LĐL 4.4
trên các môi trường nuôi cấy ................................................................44
Bảng .2. Các khuẩn lạc đột biến được chọn ngẫu nhiên..............................49
Bảng . . Kết quả định lượng HupA của chủng đột biến...........................51
Bảng .4. Lượng sinh khối tươi thu được và hàm lượng HupA trong dịch
chiết của chủng vi nấm LĐL4.4 các môi trường nuôi cấy khác nhau.53
Bảng .5. Ảnh hư ng của nguồn cacbon đến khả năng sinh tổng hợp HupA
của chủng nấm LĐL4.4........................................................................56
Bảng .6. Ảnh hư ng của hàm lượng nguồn cacbon đến khả năng sinh tổng
hợp HupA của chủng nấm LĐL4.4.......................................................58
Bảng .7. Ảnh hư ng của nguồn nitơ đến khả năng sinh tổng hợp HupA của
chủng nấm LĐL4.4 ..............................................................................58
Bảng . . Ảnh hư ng của chất bổ sung tới sinh khối tươi và hàm lượng HupA
của chủng vi nấm nghiên cứu ...............................................................60
Bảng .9. Ảnh hư ng của hàm lượng ethanol tới sinh khối tươi và hàm lượng
HupA của chủng vi nấm LĐL 4.4 nghiên cứu ......................................61
Bảng .10. Khả năng sinh trư ng của chủng nấm LĐL 4.4 trên một số môi
trường nhân giống ................................................................................63
Bảng .11. Ảnh hư ng của thời gian nhân giống đến khả năng sinh tổng hợp
HupA của chủng vi nấm LĐL 4.4.........................................................64
7. Bảng .12. Ảnh hư ng của tỷ lệ giống đến khả năng sinh tổng hợp HupA của
chủng LĐL 4.4 .....................................................................................65
Bảng .1 . Ảnh hư ng của pH môi trường đến khả năng sinh tổng hợp HupA
của chủng LĐL 4.4...............................................................................66
Bảng .14. Ảnh hư ng của nhiệt độ đến khả năng sinh tổng hợp HupA của
chủng chủng LĐL 4.4...........................................................................66
Bảng .15. Ảnh hư ng của độ thông khí đến khả năng sinh tổng hợp HupA
của chủng LĐL 4.4...............................................................................67
Bảng .16. Động thái quá trình lên men sinh tổng hợp HupA của chủng nấm
LĐL 4.4 trên thiêt bị lên men 5 lít ........................................................69
8. Danh mục hình ảnh
Hình 1.1: Cây Thạch tùng răng cưa (Huperzia serrata) [6] .............................6
Hình 1.2: Cấu trúc hóa học của Huperzine A [2]............................................9
Hình 1. : Nấm nội sinh phát triển trong rễ cây Cối xay và cây Phong đường
[11].......................................................................................................10
Hình .1. Hình thái khuẩn ty của chủng LĐL 4.4 trên các môi trường sau 5
ngày nuôi cấy. ......................................................................................46
Hình .2. Đặc điểm vi hình thái của chủng Penicillium LĐL 4.4 trên các môi
trường sau 5 ngày nuôi cấy...................................................................46
Hình . . Sắc ký đồ (UV 310 nm) Penicillium sp. LĐL4.4 trên hệ thống sắc
ký lỏng hiệu năng cao...........................................................................47
Hình .4. Tỷ lệ sống sót chủng LĐL 4.4 sau xử lí đột biến...........................48
Hình .5. Khuẩn lạc các chủng đột biến 4.4hc15.2 (A), 4.4hc20.1 (B) và
4.4uv30.3 (C) trên môi trường PDA .....................................................50
Hình .6. Sắc kí lớp mỏng – TLC của chất chỉ thị HupA (a, b), dịch chiết nấm
thể 4.4hc20.1 (d), 4.4uv 0. (e) và 4.4hc15.2 (f) trên bản silica gel Merk
0.25 mm được phát hiện bằng thuốc nhuộm KMnO4 0,5%...................50
Hình .7. Sắc ký đồ HPLC (UV 10 nm, Ref 90 nm) của chất chỉ thị
Huperzine A (A) và các mẫu phân tích 4.4hc15.2 (B), 4.4hc20.1 (C) và
4.4uv30.3 (D) .......................................................................................51
Hình . . Sinh khối lên men và dịch chiết (hòa trong Chlorofom) chủng LĐL
4.4 trên môi trường MT9......................................................................54
Hình .9. Sắc kí đồ xác định hàm lượng HupA của chủng LĐL 4.4 trên môi
trường MT 9.........................................................................................55
Hình .10. Sinh khối chủng LĐL 4.4 trong môi trường khoai tây (A), Czapek
– Dox (B) và PDA (C)..........................................................................63
Hình .11. Sinh khối của chủng LĐL4.4 khi nuôi cấy các pH môi trường
khác nhau .............................................................................................66
Hình 3.12. Sinh khối của chủng LĐL 4.4 khi nuôi cấy các nhiệt độ khác
nhau......................................................................................................67
9. Hình 3.13. Sinh khối của chủng khi lắc các tốc độ khác nhau ...................68
Hình .14. Sinh khối lên men chủng LĐL 4.4 quy mô 5L các thời gian khác
nhau .....................................................................................................70
Hình .15. Sắc ký đồ (UV 310 nm) dịch chiết chủng Penicillium sp. LĐL4.4
quy mô lên men 5L trên hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao.............70
10. 1
MỤC LỤC
MỤC LỤC .....................................................................................................1
MỞ ĐẦU .......................................................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU.........................................................6
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÂY THẠCH TÙNG RĂNG CƯA VÀ HOẠT
CHẤT HUPERZINE A..............................................................................6
1.1.1. Cây Thạch tùng răng cưa (Huperzia serrata)....................................6
1.1.2. Hoạt chất Huperzine A (HupA) ........................................................7
1.2. VI NẤM NỘI SINH TRONG THỰC VẬT.........................................9
1.2.1. Quan hệ giữa vi nấm nội sinh và thực vật .......................................10
1.2.2. Một số nghiên cứu về phân lập nấm nội sinh trong các loài thực vật
khác nhau .................................................................................................11
1.2. . Ứng dụng của vi nấm nội sinh trong thực vật .................................13
1. . TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VI NẤM NỘI SINH CÂY THẠCH
TÙNG RĂNG CƯA SINH TỔNG HỢP HOẠT CHẤT HUPERZINE A.14
1. .1. Các nghiên cứu trên thế giới...........................................................14
1. .2. Các nghiên cứu trong nước.............................................................18
1.4. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ PHÁT SINH TRƯỞNG
PHÁT TRIỂN CỦA VI NẤM ..................................................................19
1.4.1. Ảnh hư ng của nuôi cấy đến sự sinh trư ng phát triển của vi nấm .19
1.4.2. Các nguồn dinh dưỡng trong sinh trư ng của vi nấm......................20
1.5. TẠO GIỐNG VI SINH VẬT BẰNG ĐỘT BIẾN..............................22
1.5.1. Khái niệm chung ............................................................................22
1.5.2. Quy trình tạo giống bằng phương pháp gây đột biến.......................23
1.5. . Đột biến chủng bằng tia UV ...........................................................25
1.5.4. Đột biến chủng MNNG (N-methyl-N’nitro-N-nitrosoguanidine)....25
1.6. PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ [5] ..........................................................25
1.6.1. Sắc ký bản mỏng (Thin layer chromatography – TLC)...................25
1.6.2. Sắc ký lỏng hiệu năng cao (High performance liquid chromatography
– HPLC )..................................................................................................27
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................31
2.1. VẬT LIỆU ........................................................................................31
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu.....................................................................31
11. 2
2.1.2. Dụng cụ, trang thiết bị thí ngiệm ....................................................31
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................................................32
2.2.1. Phương pháp nuôi cấy và bảo quản vi nấm.....................................32
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu một số đặc điểm sinh học của chủng nấm33
2.2. . Các phương pháp gây đột biến chủng .............................................35
2.2.4. Các phương pháp nghiên cứu môi trường nuôi cấy thích hợp .......355
2.2.5. Phương pháp tách chiết hoạt chất Huperzine A từ chủng nấm ........42
2.2.6. Phương pháp xác định hoạt chất HupA...........................................42
CHƯƠNG . KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................44
.1. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI, VI HÌNH THÁI
CỦA CHỦNG VI NẤM Penicillium sp. LĐL 4.4 ....................................44
3.2. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG SINH TỔNG HỢP HUPA CỦA CHỦNG
Penicillium sp. LĐL4.4 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỘT BIẾN CHỦNG ..47
.2.1. Kết quả sàng lọc chủng đột biến có khả năng sản sinh Huperzine A
.................................................................................................................48
.2.2. Kết quả xác định khả năng sinh tổng hợp HupA của các chủng đột
biến bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao – HPLC .....................50
. . NGHIÊN CỨU NÂNG CAO SINH TỔNG HỢP HUPA CỦA
CHỦNG Penicillium sp. LĐL4.4 BẰNG PHƯƠNG PHÁP NU I CẤY
CHỦNG ...................................................................................................52
. .1. Kết quả nghiên cứu nâng cao sinh tổng hợp HupA bằng nghiên cứu
môi trường nuôi cấy thích hợp..................................................................52
. .2. Kết quả nghiên cứu nâng cao sinh tổng hợp HupA bằng nghiên cứu
điều kiện lên men thích hợp......................................................................62
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................72
4.1. KẾT LUẬN...........................................................................................72
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................73
12. 3
MỞ ĐẦU
Bệnh Alzheimer (AD) là một bệnh thần kinh thoái hóa tác động đến trí
nhớ, suy ngh và hành vi của con người. AD ảnh hư ng đến hơn 20 triệu
người trên toàn thế giới bao gồm cả 4,5 triệu người Mỹ và được coi là nguyên
nhân lớn thứ ba gây tử vong các nước phát triển sau bệnh tim mạch và ung
thư [1]. Hiện tại không có phương thức chữa trị cho AD. Tuy nhiên, sử dụng
các chất ức chế cholinesterase (AChEI) là một trong những hầu hết các chiến
lược được chấp nhận trong điều trị AD [2]. Huperzin A (HupA), một
Lycopodium alkaloid, được tách chiết lần đầu tiên từ một cây thảo dược
truyền thống của Trung Quốc - Huperzia serrata (Thunb. ex Murray) Trev.
(Thạch tùng răng cưa) trong những năm 19 0 [3]. Sau khi các công trình
nghiên cứu của các nhà khoa học Trung Quốc được công bố, thì các nhà khoa
học Phương Tây đã kết luận rằng chất này có tác dụng trong việc chữa trị các
bệnh suy giảm về trí nhớ, đặc biệt đối với bệnh Alzeimer. Alkaloid này có
khả năng xuyên qua hàng rào mạch máu não và tác động trực tiếp lên não bộ
với liều lượng rất thấp tính bằng microgram. Trên thực tế, HupA ức chế việc
sản sinh ra acetylcholinesterase, một enzym tạo ra sự suy thoái của
acetylcholine. Khi mà enzym này bị thiếu hụt, hoặc chỉ có với hàm lượng rất
thấp thì hàm lượng acetylcholine trong não tăng lên, giúp cho trí nhớ và các
chức năng nhận thức được cải thiện. So với các loại thuốc dược phẩm tacrine,
donepezil, rivastigmine và galanthamine; HupA và dẫn xuất bán tổng hợp của
ZT-1 có hoạt động chống AChE tốt hơn, thời gian dài hơn, khả dụng sinh học
đường uống cao hơn và ít tác dụng độc hại hơn [4, 5]. HupA đã được phê
duyệt trong năm 1990 Trung Quốc như là một thuốc điều trị Alzheimer và
bán trên thị trường Mỹ như một chế độ ăn uống bổ sung, và ZT-1 đã được
hoàn thành giai đoạn II lâm sàng thử nghiệm cả Trung Quốc và châu Âu,
năm 2007 nước Pháp coi đây là vấn đề phải quan tâm hàng đầu của quốc gia
[5].
Các nghiên cứu về hoạt chất Huperzine A trong cây H. serrata làm
nguyên liệu trong sản xuất thuốc chữa trị các bệnh rối loạn về trí nhớ và AD
13. 4
đã thu được các thành tựu rất đáng quan tâm. Các kế hoạch bảo tồn, phát triển
loài này được một số nước trong đó có Trung Quốc chú trọng phát triển.
Ngoài phát triển trồng trọt, nhân giống invitro cũng đã được quan tâm nhằm
nhân nhanh sản lượng cây và tăng cao sản lượng hoạt chất HupA [6, 7]. Tuy
nhiên, do điều kiện nuôi trồng thực vật cây H. serrata cũng như nuôi cấy cây
in vitro rất khó khăn (đòi hỏi phải mất nhiều thời gian kéo dài nhiều năm, chi
phí nhiều cho trồng trọt nhân cây) để có thể thu được một lượng lớn cây
nguyên liệu cho chiết tách được một lượng lớn HupA phục vụ việc sản xuất
thuốc, nên việc tìm kiếm chủng vi nấm sản sinh ra HupA là quan trọng, cần
được quan tâm và là một hướng đi mới nhằm hướng tới một nguồn nguyên
liệu lớn có hiệu quả kinh tế cho ngành công nghiệp dược trong nước và trong
điều trị bệnh suy giảm trí nhớ tại Việt Nam, đáp ứng cho nhu cầu thị trường
trong và ngoài nước.
Vi sinh vật nội sinh thường sống trong mô thực vật được tìm thấy vùng
rễ, thân, lá, quả của thực vật. Nấm nội sinh trong thực vật thường sinh trư ng,
phát triển nội sinh hoàn toàn hoặc một phần trong mô của các tế bào cây chủ,
thường không gây triệu chứng rõ ràng của bệnh. Gần đây, nấm nội sinh được
phân lập từ các loại cây trồng đã được chấp nhận như là một nguồn nguyên
liệu quan trọng của ngành công nghiệp dược. Một lượng lớn các hợp chất có
cấu trúc mới và hoạt tính sinh học khác nhau đã được chiết xuất từ các nấm
nội sinh này [8]. Do đó, việc nghiên cứu phân lập các chủng nấm nội sinh
trong cây H. serrata có khả năng sản sinh hoạt chất HupA đã được các nhà
khoa học quan tâm nhằm thay thế, tăng cường lượng HupA cho ngành công
nghiệp dược. Đã có nhiều kết quả nghiên cứu khả quan được công bố, đặc
biệt là Trung Quốc – nơi có cây H. serrata phân bố nhiều. Hợp chất Hup A
được tìm thấy sinh tổng hợp b i các loài nấm nội sinh trong cây H. serrata
bao gồm các chi chủ yếu như Aspergillus, Trichoderma, Alternaria,
Podospora, Penicillium, Cyphellophora, Colletotrichum, Acremonium,
Blastomyces, Botrytis.
Ở Việt Nam, Thạch tùng răng cưa mới được phát hiện tại Sa Pa, Lâm
Đồng độ cao 1.000 m. Đây là loài cây dược liệu quý hiếm, thuộc danh sách
14. 5
"đỏ" trong Chương trình Nghiên cứu bảo tồn và phát triển nguồn gen quý
hiếm về cây thuốc, nhưng chưa được quan tâm nghiên cứu và khai thác ứng
dụng trong điều trị bệnh tại Việt Nam. Mặt khác, tại Việt Nam trước đây đã
có nhiều nghiên cứu về vi nấm nội sinh trong một số loại cây trồng, tuy nhiên,
các nghiên cứu về nấm nội sinh cây Thạch tùng răng cưa Việt Nam đến nay
là chưa có công bố. Hiện tại, lần đầu tiên tại Việt Nam, từ năm 2015 đến nay,
Viện Công nghệ sinh học đã và đang có các nghiên cứu trong khuôn khổ đề
tài cấp cơ s và cấp Nhà nước về các chủng vi nấm nội sinh sinh tổng hợp
HupA trong cây Thạch tùng răng cưa phân bố tại Việt Nam. Nhóm đề tài đã
thu được các kết quả rất khả quan, trong đó chủng vi nấm Penicillium sp.
LĐL4.4 được phân lập từ lá cây Thạch tùng răng cưa phân bố tại Đà Lạt là
một trong những chủng giống có tiềm năng sinh tổng hợp hoạt chất HupA
cao. Vì vậy, đề tài: ạ
ừ y
T ạ ù ư được thực hiện nhằm nâng cao khả năng sinh tổng
hợp HupA của chủng, từ đó tạo được nguồn nguyên liệu chủng giống gốc
trong nghiên cứu, sản xuất hoạt chất HupA phục vụ cho sản xuất thuốc h trợ
điều trị bệnh rối loạn trí nhớ tại Việt Nam, đặc biệt là bệnh Azheimer sau này.
Mụ đí đề à :
Nâng cao được khả năng sinh tổng hợp hoạt chất Huperzine A của
chủng nấm Penicillium sp. LĐL4.4 nhằm tạo được nguồn nguyên liệu
chủng giống gốc cho nghiên cứu, sản xuất HupA trong h trợ điều trị
bệnh rối loạn trí nhớ tại Việt Nam, đặc biệt là bệnh Azheimer.
d :
- Nghiên cứu một số đặc điểm sinh học chủng vi nấm Penicillium sp.
LĐL4.4.
- Khảo sát khả năng sinh tổng hợp HupA của chủng vi nấm
Penicillium sp. LĐL4.4 bằng phương pháp đột biến chủng.
- Nghiên cứu nâng cao khả năng sinh tổng hợp HupA của chủng vi
nấm Penicillium sp. LĐL4.4 bằng phương pháp nuôi cấy chủng.
15. 7
rất nhiều năm (có khi tới 15 năm) phát triển trong tự nhiên mới có thể để sử
dụng làm thuốc. Chính vậy, nguồn cung cấp hoạt chất HupA từ cây Thạch
tùng răng cưa làm nguyên liệu cho sản xuất thuốc là không cao (khoảng
0,1%). B i vậy, có rất nhiều sự n lực để thực hiện việc sản xuất HupA như
nuôi cấy in vitro cây H. serrata và tổng hợp hóa học [6].
Họ Huperziaceae bao gồm 2 chi: Huperia và Phlegmariurus. Loài
Huperzia hiện đang nằm trong danh sách tuyệt chủng của các loài thực vật,
hầu hết chúng được sử dụng trong mục đích y tế. Trong các loài khác nhau
của Huperziaceae, hàm lượng HupA cao nhất được tìm thấy Phlegmariurus
caritus cao hơn loài Huperzia serata. Cây trồng trong điều kiện độ ẩm cao (
các khu rừng ẩm ướt) cũng cho hàm lượng HupA cao hơn đáng kể so với cây
trồng trong môi trường có độ ẩm thấp. Lượng HupA cũng thay đổi đáng kể
theo mùa, cao nhất giữa mùa thu và thấp nhất vào đầu mùa xuân.
Hàm lượng Huperzine A cao nhất loài H. pinifolia (1765.9 µg g-1
dw), hàm lượng Huperzia elmeri từ Philippines (60 µg g-1
) và H. carinata
(1030 µg g-1
) từ Queensland, Australia. Còn với H. serrata từ Trung Quốc đạt
từ 80,2- 182,6 µg g-1
[5]. Trong điều kiện Việt Nam chỉ có thể nuôi trồng
được H. serrata như của Trung Quốc.
1.1.2. Hoạt chất Huperzine A (HupA)
Huperzine A là một Lycopodium alkaloid, hoạt chất chính trong cây
Thạch tùng răng cưa. Các nhà khoa học Trung Quốc là những người đầu tiên
cô lập được chất này từ cây và tiến hành các thí nghiệm lâm sàng cũng như
các ứng dụng điều trị các bệnh rối loạn trí nhớ tại Trung Quốc. Sau đó, các
nhà khoa học phương Tây cũng nghiên cứu và đã kết luận HupA có tác dụng
rất tốt trong việc chữa trị các bệnh về trí nhớ, đặc biệt đối với bệnh Alzeimer.
1.1 2 1 Bệ
Bệnh Alzheimer (AD, SDAT) hay đơn giản là Alzheimer là một
chứng mất trí phổ biến nhất. Vào năm 1906, lần đầu tiên bác s tâm thần và
thần kinh học người Đức Alois Alzheimer đã chỉ ra căn bệnh này không thể
chữa được, mang tính thoái hóa và gây tử vong. Căn bệnh này được đặt theo
16. 8
tên ông. Trong những năm 1970 - 1985 khoa học nhận thấy người mất trí
các lứa tuổi khác nhau lại có triệu chứng lâm sàng giống nhau. Khi bệnh tiến
triển, các triệu chứng bao gồm sự nhầm lẫn, khó chịu, thay đổi tâm trạng, mất
khả năng phân tích ngôn ngữ, mất trí nhớ dài hạn, suy giảm các giác quan.
Dần dần, cơ thể sẽ mất đi một số chức năng, cuối cùng dẫn đến cái chết. Bệnh
Alzheimer có thể phát triển tiềm tàng trong một thời gian dài trước khi xuất
hiện những triệu chứng có thể phát hiện được bệnh. Thông thường khi các
triệu chứng này bộc lộ, thì người bệnh chỉ có thể sống được khoảng 7 năm,
dưới % bệnh nhân sống thọ thêm 14 năm sau khi phát hiện bệnh. Bệnh này
thường xuất hiện người trên 65 tuổi, tuy nhiên dạng Alzheimer sớm dù
không phổ biến nhưng có thể xảy ra sớm hơn rất nhiều. Năm 2006 có 26,6
triệu người mắc bệnh Alzheimer trên toàn thế giới. Dự đoán tỉ lệ mắc
Alzheimer trên thế giới sẽ là 1,18% vào năm 2050.
Hiện nay khoa học vẫn chưa hiểu rõ nguyên nhân và tiến triển của bệnh
Alzheimer. Nghiên cứu cho thấy căn bệnh này có liên quan với các mảng và
đám rối trong não. Các phương pháp điều trị hiện tại chỉ giúp giảm một phần
nhỏ triệu chứng bệnh, chưa có phương pháp trị liệu nào có thể ngăn chặn hoặc
làm chậm tiến triển của bệnh. Tính tới thời điểm 200 , đã có hơn 500 thử
nghiệm lâm sàng nhằm tìm ra phương pháp chữa trị bệnh Alzheimer, nhưng
vẫn chưa biết có kết quả nào khả quan trong các phương pháp đã được thử
nghiệm. Một số thói quen sống đã được đưa ra khuyến cáo nhằm phòng
ngừa bệnh Alzheimer, nhưng cũng chưa có đủ chứng cớ cho thấy những
khuyến cáo này có thể làm giảm sự thoái hóa não.
1 1 2 2 đ ề ị bệ
HupA là một alkaloid, có cấu trúc hóa học là C15H18N2O (hình 1.2), có
trọng lượng phân tử là 242, 2, nhiệt độ nóng chảy 2 0o
C, tan trong methanol,
ethanol, ít hòa tan trong nước.
Cơ chế của Hup A trong điều trị bệnh là: Trong cơ thể người, não sản
xuất ra một chất truyền thần kinh là acetylcholine có chức năng quan trọng
trong chuyển động cơ bắp, suy ngh và trí nhớ; aceteycholine bị ức chế, gây
thoái hóa b i enzym acetylcholinesterase (AChE). Hoạt chất HupA có tác
17. 9
dụng ức chế việc sản sinh ra acetylcholinesterase, giúp cho việc làm giảm
lượng enzym này và khi đó lượng acetylcholine trong não tăng lên, giúp cho
trí nhớ và các chức năng nhận thức được cải thiện [10]. Trong một nghiên
cứu, các nhà khoa học phát hiện ra rằng 5 % bệnh nhân Alzheimer cải thiện
đáng kể cả hai chức năng nhận thức và trí nhớ khi dùng 200 mcg HupA m i
ngày. Ngoài ra, tác dụng tích cực ghi nhận những bệnh nhân này về chất
lượng cuộc sống cũng như khả năng tìm lại những kỷ niệm đã qua trong quá
khứ, nó không chỉ h trợ điều trị hiệu quả cho não bộ của người bệnh
Alzheimer, người già có biểu hiện suy giảm trí nhớ mà còn có hiệu quả trong
việc cải thiện trí nhớ người lớn khỏe mạnh.
Hình 1.2: Cấu trúc hóa học của Huperzine A [9]
So với các loại thuốc dược phẩm tacrine, donepezil, rivastigmine và
galanthamine; HupA và dẫn xuất bán tổng hợp của ZT-1 có hoạt động chống
AChE tốt hơn, thời gian dài hơn, khả dụng sinh học đường uống cao hơn và ít
tác dụng độc hại hơn [4, 5]. HupA đã được phê duyệt trong năm 1990
Trung Quốc như là một thuốc điều trị Alzheimer và bán trên thị trường Mỹ
như một chế độ ăn uống bổ sung, và ZT-1 đã được hoàn thành giai đoạn II
lâm sàng thử nghiệm cả Trung Quốc và châu Âu, năm 2007 nước Pháp coi
đây là vấn đề phải quan tâm hàng đầu của quốc gia [4].
1.2. VI NẤM NỘI SINH TRONG THỰC VẬT
Vi nấm nội sinh – fungal endophyte sống mô sâu thực vật, thể hiện
mối liên kết giữa cây và nấm bằng cách hình thành khuẩn lạc trong mô tế bào
thực vật các giai đoạn sinh trư ng phát triển cây chủ, thường không gây
triệu chứng bệnh rõ ràng cho cây [12, 13].
18. 11
1 2 1 3 Sự yề ự ậ
Vi nấm nội sinh có thể lây nhiễm từ phần này sang phần khác trong cây
chủ (truyền ngang), hoặc các cây di truyền cho các thế hệ sau (truyền dọc). Ví
dụ cho cơ chế truyền ngang: một số nghiên cứu chỉ ra rằng, trong hạt giống và
cây hầu như không chứa nấm nội sinh, tuy nhiên tỷ lệ nấm nội sinh tăng lên
khi lá hay hạt lớn lên [16, 17]. Còn số nấm nội sinh loài Neotyphodium và
Epichloë lại được truyền theo chiều dọc lưu trữ trên thế hệ con cháu [18].
1.2.2. Một số nghiên cứu về phân lập nấm nội sinh trong các loài thực vật
khác nhau
Mặc dù nấm nội sinh trong thực vật đã được biết đến thế kỷ trước,
nhưng chúng mới chỉ được quan tâm chú trọng tới trong vòng hơn 0 năm tr
lại đây.
Năm 19 1, Webber là nhà nghiên cứu đầu tiên công bố phát hiện nấm
nội sinh Phomopisis oblonga cây Du (Ulmus). Loài nấm này sau đó được
Clayton và cộng sự xác định thuộc Xylariaceae [12]. Từ đó đến nay, một loạt
các nhóm cây cũng đã được phát hiện là có vi nấm nội sinh sống trong cây.
Một số nghiên cứu vi nấm nội sinh thực vật trong những năm gần đây:
- Nấm nội sinh cây thông đỏ (Taxus brevifolia):
Năm 1995 – 1996, các nghiên cứu ngoài nước đã phân lập được hàng trăm
loài nấm nội sinh từ các cây thông đỏ Châu Âu, Châu Á và Bắc Mỹ. Có thể
nói các cây thông đỏ là một kho báu chứa nhiều vi sinh vật chưa từng được
phát hiện và rất đáng chú ý, chúng tương tác với nhau và với cây chủ. Những
nấm đã được phân lập từ cây thuộc các chi: Taxomyces sp., Pestolotiopsis sp.,
Penicillium sp. và Truncatella sp [13].
Năm 2010, các nhà nghiên cứu thuộc phòng Sinh học thực nghiệm - Viện
Hóa học các Hợp chất Thiên nhiên đã đưa ra biểu đồ về quy luật phân bố của
các chủng nấm nội sinh trên các bộ phận của cây thông đỏ (Taxus
wallichiana). Theo đó, vi nấm nội sinh được phân bố trên tất cả các bộ phận
khác nhau, nhiều nhất lá (50 chủng), thân (4 chủng), cành ( 9 chủng), rễ
(24 chủng) và ít nhất là quả (1 chủng). Bằng phương pháp phân loại hình
19. 12
thái và sinh học phân tử đã định tên được 4 chủng nấm là Trichoderma
aureoviride SHT06; Daldinia fissa SHT46; Eupenicillium ehrlichii
SHT101và Gongroniella butleri SHT106 [13].
- Nấm nội sinh trong cây thầu dầu (Ricinus communi):
Sardul và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu phân lập nấm nội sinh trong cây
thầu dầu Ấn Độ. Các nhà khoa học cho rằng các nấm nội sinh này có khả
năng sản sinh hoạt chất Hypericin (C30H16O8) có hoạt tính kháng sinh chống
vi khuẩn E.Coli, các loài Samonella sp., Staphylococus sp. và các nấm
Candida sp.. Kết quả, từ 46 mẫu (16 lá, 16 thân và 14 rễ) đã phân lập được 10
chủng nấm nội sinh thuộc các chi Aspergillus sp. , Fusarium sp., Curvularia
sp., Alternaria sp., Dreschslera sp [8].
- Nấm nội sinh trong chi cỏ xạ hương (Thymus):
Cỏ xạ hương được biết đến như một loại gia vị, ngoài ra nó còn là một cây
thuốc có tác dụng giảm đau, kháng viêm. Tại tỉnh Hameda – Iran, Sahar và
cộng sự thu nhập các mẫu cây từ 6 loài cỏ xạ hương khác nhau vào ba thời
điểm mùa xuân, hè, thu năm 2011 để tiến hành phân lập các chủng nấm nội
sinh trong cây. Từ 00 mẫu cây thu được đã phân lập được 95 chủng thuộc 11
chi nấm khác nhau, ngoài ra còn có 6 loại nấm men. Gồm các chi: Fusarium
sp., Aspergillus sp., Alternaria sp., Stemphylium sp., Ulocladium sp., Phoma
sp., Curvularia sp., Cylindrocarpon sp., Cylindrocarpon sp; trong đó , các
chi Alternaria sp., Phoma sp., Fusarium sp. là phong phú nhất.
- Nấm nội sinh trong cây kiwi (Actinidia macrosperma):
Ở Trung Quốc, cây Kiwi là một cây thuốc dùng trong điều trị nhiều bệnh
khác nhau như bệnh phong, áp xe, viêm thấp khớp, viêm khớp, vàng da, và
huyết trắng bất thường. Trong nghiên cứu điều tra vi nấm nội sinh trong kiwi
và xác định hoạt tính sinh học của chúng thu được 17 chủng vi nấm nội sinh
phân lập được từ cây Kiwi Trung Quốc, có 11 chủng thuộc 5 chi khác nhau:
Acremonium sp., Cylindrocarpon sp., Trichoderma sp., Paecilomyces sp., và
Chaetomium sp. Sáu chủng với các đặc điểm hình thái và dữ liệu phân tử còn
giới hạn nên mới chỉ xác định thuộc lớp Ascomycete [19].
20. 13
1.2.3. Ứng dụng của vi nấm nội sinh trong thực vật
1 2 3 1 T ô ệ
Các chất có hoạt tính sinh học được sản xuất trực tiếp từ vi nấm nội
sinh, hay là sản phẩm kết hợp giữa mối quan hệ tương tác giữa nấm và thực
vật, giúp cho vi nấm nội sinh thích ứng tốt hơn và thực hiện một số chức năng
bảo vệ, cung cấp các chất có lợi cho cây chủ [13]. Bên cạnh đó, vi nấm nội
sinh cũng có thể là nguyên nhân gây biến đổi sinh lý cây chủ giúp cây chủ
chống lại được với điều kiện sống bất lợi.
Acremonium sp. là một dạng nấm nội sinh được biết đến khả năng có
thể kiểm soát côn trùng gây hại. Lợi dụng tính chất này, Koga và cộng sự đã
thực hiện cấy nhiễm nấm chi Acremonium vào các cây để chúng có thể truyền
cho cây chủ khả năng kháng lại sự cạnh tranh với các loài gây hại cho cây.
Kết quả nghiên cứu công bố đã cấy nhiễm thành công vào cây cỏ đuôi trâu
(Festuca arundinacea) và cỏ hắc mạch (Lolium perenne), các cây này đã
kháng lại được sâu kéo màng cỏ Poa P. teterrella [12].
Năm 1999, Pereira và cộng sự đã áp dụng trên cây chuối.Việc cấy
nhiễm nấm nội sinh vào cây chuối không chỉ giúp cây có khả năng kháng lại
thuốc diệt nấm mà nó còn đột biến để duy trì sự đối kháng [12].
Beauveria bassiana là loại nấm diệt côn trùng bằng cách gây bệnh
lên côn trùng giai đoạn ấu trùng và trùng. Nấm này được cấy nhiễm vào
một số hạt ngũ cốc để chống lại các côn trùng tấn công cây chủ trong một số
giai đoạn sinh trư ng và phát triển. Tuy nhiên, trong một số cây đã tìm thấy
sự có mặt của loài này, chứng tỏ nấm này có dạng nội sinh tự nhiên không
liên quan tới quá trình nấm xâm nhập vào cây. Ngoài ra, một số nấm gây bệnh
trên côn trùng cũng đã được phân lập trên một số cây trồng khác [12].
1 2 3 2 T y dư
Các chất có hoạt tính sinh học được sản sinh b i các vi nấm nội sinh
được đánh giá là có tiềm năng phát triển trong l nh vực y dược. Theo các
nghiên cứu đánh giá, vi nấm nội sinh cung cấp hàng loạt các chất chuyển hóa
thứ cấp hoạt tính sinh học có cấu trúc độc đáo, bao gồm: alkaloid,
21. 14
benzopyranones, chinones, flavonoid, acid phenolic, quinon, steroid,
terpenoid, tetralon,... [20]. Các chất chuyển hóa hoạt tính sinh học được ứng
dụng rộng rãi như hóa chất nông nghiệp, thuốc kháng sinh, ức chế miễn dịch,
chất chống oxy hóa và chất chống ung thư [18].
Ergoflavin (C30H26O14) thuộc nhóm hợp chất Ergochromes được mô tả
như là một tác nhân chống ung thư mới được phân lập từ một loại nấm nội
sinh phát triển trên lá của cây thuốc Sến xanh (một loài thuộc họ Hồng xiêm)
Ấn Độ [21]. Chủng nấm nội sinh Penicillium brasilianum được tìm thấy
trong vỏ rễ cây Xoan, thúc đẩy sự sinh tổng hợp các amit phenylpropanoid -
nhóm chất Phenylpropanoid này được chú ý vào việc sử dụng như thuốc
chống ung thư, chống oxy hóa, kháng khuẩn, chống viêm. Chủng nấm F0010
thuộc chi Xylaria sp. nội sinh trong cây thân g được mô tả là sản xuất ra
Griseofulvin – một chất kháng sinh chống nấm được dùng điều trị cho người
và động vật.
Chất chống oxy hóa tự nhiên thường được tìm thấy trong cây thuốc, rau
và trái cây. Tuy nhiên, chất chuyển hóa từ nấm nội sinh có thể là một nguồn
tiềm năng của chất chống oxy hóa tự nhiên mới. Pestacin (C15H14O4) đã thu
được từ các loại nấm nội sinh Pestalotiopsis sp. phân lập từ cây Terminalia
morobensis. Pestacin được cho là có hoạt tính chống oxy hóa gấp 11 lần lớn
hơn trolox - một dẫn xuất vitamin E [20].
Ngoài ra, các nhà khoa học đã tách chiết được rất nhiều các chất có
hoạt tính sinh học có ứng dụng cao trong y dược từ các nấm nội sinh thuộc
các chi: Aspergillus, Fusarium, Alternaria, Penicillium, Pestalotiopsis, [20]
1. . TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VI NẤM NỘI SINH CÂY THẠCH TÙNG
RĂNG CƯA SINH TỔNG HỢP HOẠT CHẤT HUPERZINE A
1.3.1. Các nghiên cứu trên thế giới
1 3 1 1 ề y T ạ ù ư
Hầu hết hoạt chất Huperzine A hiện đang sử dung được tách chiết từ
cây Thạch tùng răng cưa và các cây thuộc họ Thạch tùng. Tuy nghiên, trong
cây Thạch tùng răng cưa chứa rất ít lượng Huperzine A. Bên cạnh đó, loài cây
22. 15
này phải mất nhiều thời gian để phát triển (phải mất ít nhất 15 năm từ khi bào
tử nảy mầm cho đến giai đoạn trương thành), đòi hỏi điều kiện phát triển ngặt
nghèo và chi phí cao trong trồng trọt. Mặc dù các nghiên cứu gần đây đã chỉ
ra nhân giống in vitro có thể cung cấp lượng HupA cao hơn cây trồng tự
nhiên [7, 6]; tuy nhiên, nó vẫn mất rất nhiều thời gian để có thể đủ lượng sinh
khối cho thu nhận HupA nên chưa thể đáp ứng được hết nhu cầu của ngành
công nghiệp dược.
Gần đây, nấm nội sinh thực vật được phân lập từ các loại cây được chấp
nhận như là nguồn nguyên liệu quan trọng cung cấp cho ngành công nghiệp
dược. Một lượng lớn các chất có cấu trúc mới và hoạt tính sinh học đa dạng
đã được chiết xuất từ nấm nội sinh [22]. Do vậy, các nhà khoa học đã quan
tâm đến việc nghiên cứu các chủng nấm nội sinh trong cây Thạch tùng răng
cưa có khả năng sản sinh hoạt chất HupA nhằm thay thế cho phương pháp
chiết xuất hoạt chất từ cây trồng tự nhiên, giúp tăng cường lượng HupA phục
vụ ngành công nghiệp dược. Đã có nhiều kết quả nghiên cứu khả quan được
công bố, đặc biệt là Trung Quốc – nơi có cây H. serrata phân bố nhiều. Hợp
chất Hup A được tìm thấy sinh tổng hợp b i các loài nấm nội sinh trong cây
H. serrata bao gồm các chi chủ yếu như Aspergillus, Trichoderma,
Coniochaeta, Rhizoctonia, Alternaria, Plectosphaerella,Podospora,
Penicillium, Cyphellophora, Colletotrichum, Acremonium, Blastomyces,
Botrytis. Với phương pháp phân loại bằng đặc điểm hình thái và bằng phân
tích trình tự ITS – rDNA, Shi và cs (2005) đã phân lập được 4 chủng:
Cephalosporium sp., Plasmoparad sp., Saccharomyces sp., Penicillium sp.
nội sinh trong cây H. Serrata trồng tại tỉnh An Huy [21]; Huang và cs (2009)
đã phân lập được 4 chủng trong cây H. Serrata trồng tại tỉnh Hồ Nam
(Cladosporium sp., Penicillium sp., Fusarium sp., and Coniothyrium sp.)
[23]; Chen và cs (2011a,b) – sau khi khử trùng mẫu rễ, thân, lá cây H.
Serrata bằng ethanol và sodium hypochloride, các mẫu cây được đặt nuôi trên
môi trường PDA có bổ sung streptomycin sunfate - đã phân lập được 52
chủng nấm nội sinh trong cây H. serrata trồng tỉnh Hải Nam và 5 chủng
trong cây trồng tỉnh Quảng Tây, các chủng này thuộc 26 chi
(Colletotrichum, Trichoderma, Fusarium, Coniochaeta, Rhizoctonia,
23. 16
Alternaria, Aspergillus, Plectosphaerella, Podospora, Cyphellophora...)[24].
Trong đó - bằng kỹ thuật phân tích sắc ký màng lỏng (TLC) và sắc ký màng
lỏng hiệu năng cao (HPLC) - Li và cộng sự (2007) đã xác định được chủng
Acremonium sp. 2F09P0 B sản sinh HupA với hàm lượng , 2µg l [25];
Wang và cộng sự (2011) - với phương pháp khử trùng mẫu thân, lá cây H.
serrata bằng ethanol và mercuric chloride, sau đó đặt các mẫu cây trên môi
trường PDA có bổ sung streptomycin và ampicilin - đã phân lập được 127
chủng nấm, trong đó bằng nhận dạng hình thái và phân tích trình tự ITS đã
định dạng được 69 chủng thuộc 19 chi nấm Aspergillus, Podospora,
Penicillium, Colletotrichum, Acremonium, Blastomyces, Botrytis... [34]. Bằng
kỹ thuật phân tích sắc ký màng lỏng (TLC) và sắc ký màng lỏng hiệu năng
cao (HPLC) đã xác định được 9 chủng có khả năng sản sinh HupA và chủng
Shiraia sp. Slf14 cho sản lượng HupA cao nhất là 27, µg L [26]; trình tự
gennom của chủng Shiraia sp. Slf14 đã được Zhang và cs công bố vào 2014.
1 3 1 2 ạ
Các chủng giống vi nấm có khả năng sinh tổng hợp HupA là nguồn
cung cấp HupA dễ kiểm soát và thao tác, có thể thu với lượng lớn với thời
gian nhanh nhất. Tuy nhiên, chủng sản phân lập từ tự nhiên thường có khả
năng tổng hợp hoạt chất sinh học thấp. Thông thường, để chủng có khả năng
tổng hợp hoạt chất sinh học cao, có giá trị trong công nghiệp cần phải áp dụng
các phương pháp nâng cao hoạt tính như lựa chọn các điều kiện, môi trường
nuôi cấy thích hợp, tối ưu thành phần môi trường lên men theo mô hình đáp
ứng bề mặt... hoặc gây đột biến chủng (đột biến cảm ứng, kỹ thuật di truyền
và công nghệ gen, điều khiển hoạt động của gen, gây đột biến định hướng).
Theo các tài liệu đã công bố hoạt tính huperzin A của các chủng nấm
nội sinh khác nhau dao động từ ,32 đến 27, mcg L dịch lên men. Tuy
nhiên nhiều chủng nấm dại phân lập có hoạt tính thấp, cần có sự nghiên cứu
về thành phần môi trường nuôi cấy, điều kiện nuôi cấy, điều kiện lên men để
tăng khả năng sản sinh Hup A. Các chủng nấm nội sinh tổng hợp Hup A cần
nhiều chất dinh dưỡng đặc biệt trong môi trường sống, chúng phát triển tốt
24. 17
trong cây thạch tùng và độ cao và nhiệt độ đặc biệt cho nên trong môi
trường tổng hợp Hup A có lẽ cũng cần một số chất đặc biệt. Tuy nhiên, hai
yếu tố nguồn cacbon và nguồn nito trong môi trường vẫn đóng vai trò quan
trọng trong tổng hợp Hup A. Các chủng vi nấm khác nhau có khả năng sử
dụng các nguồn cacbon, nito khác nhau để sinh tổng hợp Hup A.
Theo Zhao X-M và cộng sự (201 ), khi nghiên cứu ảnh hư ng của
nguồn cacbon đến tổng hợp Hup A của chủng Colletotrichum gloeosporioides
ES026 cho thấy nguồn cacbon, glucose và sucrose, tổng hợp HupA cũng như
hệ sợi mạnh hơn trong khi nguồn cacbon maltose cũng chủng này thì ngược
lại [27]. Nghiên cứu tối ưu các điều kiện lên men khác nhau để sản xuất
HupA từ C. gloeosporioides ES026 đã làm tăng 25,5 % sản lượng HupA.
Môi trường khoai tây bổ sung glucose hoặc sucrose nhưng không có maltose
đã làm tăng khả năng sản xuất HupA từ nấm. Ethanol được bổ sung vào môi
trường đạt nồng độ cuối cùng 0,5-2% đã kích thích sự phát triển của nấm
trong khi methanol với lượng tương tự đã ức chế sự tăng trư ng. Tuy nhiên,
cả methanol và ethanol đã làm tăng khả năng sản xuất HupA lên nhiều (năng
suất cao nhất của HupA tăng 51, 9% khi bổ sung ethanol). Phân tích sâu hơn
cho thấy cả ethanol và methanol là chất cảm ứng mạnh mẽ cho sản xuất
HupA, trong khi ethanol một phần được sử dụng như một nguồn carbon trong
quá trình lên men. Màu sắc của sợi nấm dần dần tr nên đen khi cho ethanol
trong khi cho methanol thì sợi nấm có màu xám trong suốt quá trình lên men.
Các nghiên cứu này đã cho thấy tầm quan trọng của việc tối ưu hóa quá trình
lên men, trong đó, kết hợp với các chất gây cảm ứng đem lại hiệu quả sản
xuất hợp chất Hup A từ nấm nội sinh.
Theo Zhu và cộng sự (2010), chủng nấm Shiraia sp. Slf14 sau khi lên
men 14 ngày 2 o
C cho lượng Hup A đạt 27, mcg L dịch lên men [26].
Nhằm tăng khả năng sinh tổng hợp Hup A của chủng Shiraia sp. Slf14, Yan
và cộng sự (2014) đã bổ sung vào môi trường lên men một số chất cảm ứng
HSE (H. serrata extracts - tách chiết từ cây, lá thạch tùng răng cưa), L-Lysine
và acid acetic với các nồng độ khác nhau, lên men 2 o
C trong 14 ngày
[28]. Việc bổ sung L-Lysine và HSE đã kích thích khả năng sinh Hup A và hệ
25. 18
sợi nấm, với acid acetic thì ngược lại. Bổ sung 1 lượng rất nhỏ HSE đã làm
tăng khả năng sinh Hup A, đạt 40 mcg g sinh khối khô. Đặc biệt, chủng
Shiraia sp. Slf14 bổ sung 0,2 g L-1 l-lysine trong môi trường nuôi cấy năng
suất Hup A tăng đến 296,7 mg L-1, cao hơn so với đối chứng không bổ sung
L-Lysine khoảng 40%.
Theo Zhou và cộng sự (2009), để tăng sản lượng huperzin A của nấm
nội sinh Penicillium chrysogenum SHB từ cây họ Thạch sam (Lycopodium
serratum), các điều kiện lên men lỏng đã được nghiên cứu. Kết quả cho thấy
điều kiện lên men lỏng thích hợp nhất của SHB để sản xuất huperzin A là
28℃, pH ban đầu 6,4, tỉ lệ giống 12% , tuổi giống 4 giờ, khuấy 160
vòng phút và lên men trong ngày. Dưới những điều kiện này năng suất
huperzin A có thể đạt 7,21 mcg /ml [28].
1.3.2. Các nghiên cứu trong nước
Ở nước ta, Thạch tùng răng cưa mới được phát hiện tại Sa Pa, Lâm Đồng
độ cao 1.000 m. Đây là loài cây dược liệu quý hiếm, thuộc danh sách "đỏ"
trong Chương trình Nghiên cứu bảo tồn và phát triển nguồn gen quý hiếm về
cây thuốc, nhưng chưa được quan tâm nghiên cứu và khai thác ứng dụng
trong điều trị bệnh tại Việt Nam.
Ở Việt Nam trước đây đã có nhiều đề tài nghiên cứu về vi nấm nội sinh;
tuy nhiên, các nghiên cứu về nấm nội sinh cây Thạch tùng răng cưa Việt
Nam đến nay là chưa có công bố. Gần đây, tại Viện Công nghệ sinh học các
nhà khoa học đã phân lập được một số chủng vi nấm nội sinh từ cây Thạch
tùng răng cưa phân bố tại Sa Pa và Đà Lạt. Bằng phương pháp sắc ký màng
mỏng (TLC) và sắc ký hiệu năng cao (HPLC), nhóm đề tài đã xác định được
một số chủng có khả năng sinh tổng hợp hoạt chất HupA thuộc các chi
Penicillium, Fusarium, Xylaria, Fungal Endophyte...; trong đó có chủng
Penicillium sp. LĐL4.4 được phân lập từ lá cây Thạch tùng răng cưa phân bố
tại Đà Lạt. Các kết quả này là tiền đề và cơ s khoa học để các nhà khoa học
thực hiện các nghiên cứu tiếp theo về tạo nguồn nguyên liệu cho các nghiên
cứu sản xuất HupA nhằm phục vụ h trợ điều trị bệnh suy giảm trí nhớ, đặc
biệt là bệnh Alzheimer Việt Nam.
26. 19
1.4. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ PHÁT SINH TRƯỞNG PHÁT
TRIỂN CỦA VI NẤM
1.4.1. Ảnh hưởng của nuôi cấy đến sự sinh trưởng phát triển của vi nấm
Sự sinh trư ng hệ sợi nấm trong môi trường dịch thể được mô tả bằng
khả năng hình thành các pellet, kích thước của các pellet và sinh khối sợi nấm
thu được. Trong đó, sinh khối sợi là tiêu chí quan trọng nhất để đánh giá khả
năng sinh trư ng của hệ sợi nấm trong môi trường dịch thể.
Sự sinh trư ng và phát triển của nấm trong môi trường nhân giống dịch
thể chịu ảnh hư ng của tát cả các yếu tố như thành phần dinh dưỡng, pH của
môi trường, nhiệt độ nuôi cấy và tốc độ lắc trong quá trình nuôi giống.
Độ pH môi trường nhân giống có ảnh hư ng đến chức năng của mảng
tế bào, hình thái và cấu trúc tế bào, độ hòa tan của các muối, các ion, sự hấp
thụ các chất dinh dưỡng và quá trình sinh tổng hợp các chất khác nhau. Các tế
bào chỉ có thể phát triển trong một phạm vi pH nhất định và sự hình thành
chuyển hóa các chất cũng chịu ảnh hư ng của giá trị pH [30]. Kim và cộng sự
(200 ) đã báo cáo rằng, nồng độ các hợp chất polysaccharide ngoại bào và
sinh khối sợi nấm đạt giá trị cao nhất tại pH = 6 và sẽ giảm dần khi giảm pH
xuống ,0 hay tăng dần pH lên 9,0 [31] .
Nhu cầu dinh dưỡng cho sinh tổng hợp các chất tạo sinh khối sợi phụ
thuộc vào m i loại nấm và điều kiện nuôi cấy. Nguồn dinh dưỡng carbon
khác nhau có ảnh hư ng trực tiếp đến khả năng phân giải và hấp thụ dinh
dưỡng của tế bào. Glucose và sucrose là 2 nguồn carbon mang lại hiệu quả
sinh tổng hợp các hợp chất polysaccharide và tạo sinh khối sợi cao nhất đối
với nấm.
Nguồn dinh dưỡng nitrogen được sử dụng cho sự tăng trư ng hệ sợi
nấm là amoniac, muối amoni, axit amin và nitrogen hữu cơ phức tạp [32].
Nitrogen hữu cơ được sử dụng rộng rãi nhất cho hầu hết các loại nấm và cho
hiệu quả sinh trư ng của hệ sợi nấm trong môi trưòmg dịch thể cao hơn
nguồn vô cơ.
27. 20
Ngoài dinh dưỡng, điều kiện nuôi cấy cũng là một yếu tố ảnh hư ng
đến sự sinh trư ng của hệ sợi nấm trong môi trường dịch thể. Nhiều nghiên
cứu cho thấy, tốc độ lắc là cơ s duy nhất để cung cấp oxy hòa tan cho quá
trình sống của sợi nấm trong môi trường dịch lòng, ảnh hư ng đến khả năng
cuộn xoắn cùa hệ sợi nấm và ảnh hư ng trực tiếp đến hình thái kích thước
pellet cũng như sinh khối sợi nấm thu được
1.4.2. Các nguồn dinh dư ng trong sinh trưởng của vi nấm
Dinh dưỡng nấm mốc thường chia làm hai nguồn dinh dưỡng. Đó là
dinh dưỡng ngoại bào và dinh dưỡng nội bào. Chất dinh dưỡng ngoại bào
được thấm qua màng vào tế bào từ các chất của môi trường nuôi cấy bên
ngoài. Khi tế bào trạng thái đối với môi trường bên ngoài nghèo hoặc cạn
các chất dinh dưỡng thì những chất dự trữ nội bào như glycogen, tregeloza,
lipit, các hợp chất chứa N sẽ được sử dụng – dinh dưỡng nội bào.
Các chất dinh dưỡng khi được sử dụng sẽ hoặc là đi vào thành phần tế
bào phục vụ cho sinh trư ng hoặc là cung cấp năng lượng cần thiết cho đời
sống tế bào.
1 2 1 D dưỡ b
Nguồn dinh dưỡng carbon của nấm mốc bao gồm các loại hợp chất hữu
cơ khác như đường, rượu, acid hữu cơ, acid amin, Hầu hết các loài nấm
mốc đều không có enzyme polyhydrolase trong đó có amylase và cellulase.
Vì vậy, nấm mốc không sử dụng trực tiếp được tinh bột cũng như cellulose và
hemicellulose.
Đường là một trong những nguồn carbon quan trọng cho nấm mốc sử
dụng đặc biệt là đường glucose thuộc loại đường 6 (hexose) là thông dụng
nhất cho tất cả các loài nấm mốc. Glucose được coi như nguồn carbon vạn
năng đối với vi sinh vật.
Trong môi trường có một h n hợp các nguồn carbon dinh dưỡng thì
nguồn nào cung cấp cho nấm men sinh trư ng tốt sẽ được ư tiên sử dụng
trước, tính sử dụng kế tiếp các nguồn carbon trong canh trường được gọi là
28. 21
tính đa dưỡng của nấm mốc. Trong quá trình nuôi cấy glucose và fructose sẽ
được sử dụng trước hết.
Những loại nấm mốc cùng một giống không phải bao giờ cùng đồng
hóa vật chất như nhau. Các loài khác nhu sẽ đồng hòa các nguồn dinh dưỡng
khác nhau. Các nguồn carbon khác thường được sử dụng cho dinh dưỡng nấm
mốc như saccarose, maltose, lactose, các acid béo,
1 2 2 D dưỡ ơ
Nguồn nito cần thiết cho tế bào nấm men thường là các hợp chất hữu
cơ hoặc vô cơ có sẵn trong môi trường.
Các hợp chất hữu cơ chứa nito của tế bào là các acid amin, các
nucleotic purin và pyrimidin, protein và một số vitamin.
Nguồn nito vô cơ được nấm mốc sử dụng tốt là các muối amoni acetat,
amoni lactat, amoni maltat và amoni sucxinat. Trong môi trường có muối
amoni đặc biệt là sunfat thì nấm men sẽ sử dụng gốc amoni trước, gốc acid
còn lại sẽ sử dụng sau hoặc ít sử dụng.
Các nguồn nito hữu cơ thường là h n hợp các acid amin, các peptid,
các nucleic, Trong thực tế người ta hay dùng cao ngô, cao nấm men, dịch
thủy phân protein tự nhiên làm nguồn nito hữu cơ.
Trong quá trình nuôi cấy nấm mốc các acid amin vừa là nguồn nito vừa
là nguồn carbon dinh dưỡng. Chúng đồng thời tham gia vào phản ứng
cetoacid để tạo thành các acid amin mơi như là chất cho nhóm amin (NH2-).
1 2 3 D dưỡ y ố ô ơ
Các nguyên tố vô cơ trong nuôi cấy vi sinh vật nói chung, trong đó có
nấm mốc bao gồm các nguyên tố phospho, kali, magie và lưu huỳnh,
- Phospho: tham gia vào các thành phần quan trong của tế bào, như các
nucleoproteic, acid nucleic, polyphosphate, phospholipid, Các hợp
chất phospho đóng vai trò xác định trong các biến đổi hóa sinh khác
nhau, đặc biệt là trong trao đổi chất hydrocacbon và trong vận chuyển
năng lượng. Nấm mốc sử dụng rất tốt nguồn phospho vô cơ là
29. 22
orthophosphate. Hợp chất này sẽ chuyển thành polyphosphate và sau
khi được hoạt hóa sẽ dùng vào các quá trình tổng hợp.
Người ta thường dùng KH2PO4, K2HPO4 hoặc dung dịch chiết từ
supephosphat làm nguồn P và K.
- Lưu huỳnh: là thành phần của một số acid amin trong phân tử protein
và là nhóm phụ (SH-) của một số enzyme CoA. B i vậy, khi không có
mặt lưu huỳnh trong môi trường sự trao đổi chất có thể không tổng hợp
được protein. Những chất chứa lưu huỳnh như acid amin, vitamin và
một số hợp chất khác đóng vai trò quan trọng trong hoạt động sống của
nấm men. Trong môi trường nuôi cấy nấm men thường có (NH4)2SO4
làm nguồn amoni và nguồn lưu huỳnh.
- Các ion K+, Ca2+, Mg2+ cũng cần có trong môi trường nuôi cấy hoặc
lên men. Thông thường ion K+ được bổ sung cùng với các muối
phosphat hoặc sunfat, ion Ca2+, Mg2+ thường có mặt trong nước sinh
hoạt, tuy nhiên khi hàm lượng ion Ca2+, Mg2+ quá cao (nước cứng),
cần phải loại bớt hai ion này (làm mềm nước). Giúp cho quá trình nuôi
cấy vi sinh vật hiệu quả hơn.
1 2 D dưỡ á ưở
Những chất kích thích sinh trường là các vitamin, các base purin và
pyrimidin. Những nhân tố sinh trường cơ bản đối với nấm mốc là vitamin
nhóm B, tiamin và acid paraaminobenzic.
Trong công nghiệp thường dùng các nguồn vitamin là cao ngô, cao
nấm men (có thể dùng dịch men tự phân hay nước chiết nấm men), nước chiết
cám (cám gạo hoặc cám mì), dịch thủy phân đậu tương bằng enzyme và đặc
biệt là rỉ đường (cung cấp bionin). Trong các thí nghiệm nuôi cấy phòng thí
nghiệm vi sinh vật hoặc quy mô nhỏ có thể dùng các dịch chiết từ giá đậu,
từ rau cải, bắp cải, cà chua, cà rốt, khoai tây, làm nguồn vitamin bổ sung
vào môi trường.
1.5. TẠO GIỐNG VI SINH VẬT BẰNG ĐỘT BIẾN
1.5.1. Khái niệm chung
30. 23
a) Khái niệm đột biến sinh học: Đột biến là những biến đổi bất thường
trong vật chất di truyền cấp độ phân tử (ADN, gen) hoặc cấp độ tế
bào (nhiễm sắc thể), dẫn đến sự biến đổi đột ngột của một hoặc một số tính
trạng, những biến đổi này có tính chất bền vững và có thể di truyền cho các
đời sau [34]
- Đột biến là quá trình xảy ra đột ngột, riêng rẽ, ngẫu nhiên, không định
hướng cơ thể sống trong điều kiện tự nhiên.
- Đa số là đột biến gen lặn và có hại, một số ít có lợi và có ý ngh a rất
lớn đối với quá trình tiến hóa và chọn giống.
b) Phương pháp tạo đột biến [33]
- Tạo đột biến bằng việc sử dụng các tác nhân vật lí
- Tạo đột biến bằng các tác nhân hóa học
- Tạo giống bằng phương pháp sốc nhiệt
c) Cơ s khoa học của chọn giống bằng phương pháp đột biến [33]
- M i một kiểu gen nhất định của một giống chỉ cho một năng suất nhất
định. Trong điều kiện nuôi trồng tối ưu thì thì m i giống chỉ cho một
năng suất tối đa nhất định (mức phản ứng của kiểu gen).
- Để thu được hiệu năng cao hơn thì phải thay đổi vật chất di truyền của
giống do đó ta sử dụng các tác nhân vật lí, hóa học tác động vào bộ
máy di truyền để gây đột biến.
1.5.2. Quy trình tạo giống bằng phương pháp gây đột biến
Quy trình tạo giống mới bằng phương pháp gây độ biến gồm các bước :
Bước 1: Xử lí mẫu vật bằng tác nhân gây đột biến
Bước 2: Chọn lọc các thể đột biến có kiểu hình mong muốn
Bước : Tạo dòng thuần chủng
1.5.2.1. Xử í ẫ ậ bằ á y đ b ế
a) Sử dụng tác nhân vật lí (Bảng 1.1)
31. 24
Bảng 1.1. Sử dụng tác nhân vật lý gây đột biến
Loại tác nhân Cơ chế tác động Cách sử dụng
Các loại tia
phóng xạ
(tia X, tia
gama, tia bêta,
chùm nơtrôn...)
Kích thích và iôn hóa các nguyên tử khi chúng
đi xuyên qua các mô sống. Các phân tử ADN,
ARN trong tế bào chịu tác động trực tiếp của
các tia phóng xạ hoặc chịu tác động gián tiếp
của chúng qua quá trình tác động lên các phân
tử nước trong tế bào (đặc biệt là các gốc OH-
và
H2O2 sinh ra có tác dụng ôxi hóa rất mạnh)
làm thay đổi cấu trúc phân tử ADN gây ra đột
biến gen và đột biến NST.
Chiếu xạ với
cường độ và
liều lượng thích
hợp lên đỉnh
sinh trư ng của
thân, cành hoặc
hạt phấn, bầu
nhụy, mô thực
vật nuôi cấy.
Tia tử ngoại Không có khả năng xuyên sâu và ion hóa các
nguyên tử mà chỉ có khả năng kích thích, nhưng
khi được tế bào hấp thu nó cũng gây ra đột biến
gen và đột biến NST.
Nhiệt độ Tăng giảm nhiệt độ đột ngột (sốc nhiệt) làm cơ
chế nội cân bằng của cơ thể không kh i động
kịp gây chấn thương bộ máy di truyền
Thay đổi nhiệt
đôi môi trường
cách đột ngột
b) Sử dụng tác nhân hóa học (Bảng 1.2):
Bảng 1.2. Cơ chế tác động của tác nhân hóa học gây đột biến
Loại tác nhân Cơ chế tác động
5BU(5 brôm uraxin) Thay thế T, chuyển đổi cặp A-T thành G-X qua nhân
đôi ADN: A-T => A-5BU => G-5BU => G-X.
Etyl metal sunfonat (EMS) Gây đột biến thay thế cặp G-X thành cặp A-T
NMU Thay thế G –X thành X- G hoặc A-T
Acridin Gây đột biến mất hoặc thêm cặp Nu, nếu được chèn
vào mạch khuôn cũ gây đột biến thêm cặp Nu
Côsixin Rối loạn hình thành thoi vô sắc dẫn đến rồi loạn phân
li cặp nhiễm sắc thể
32. 25
1 5 2 2 C ọ ọ á ể đ b ế ó ể ì ố
Khi trong quần thể giống xuất hiện các đột biến, dựa vào những đặc
điểm có thể nhận biết để tách các cá thể mang đột biến có lợi ra khỏi quần thể
giống.
1 5 2 3 Tạ dò ầ
Sau khi nhận biết được thể đột biến mong muốn, ta cho chúng sinh sản
để nhân lên thành dòng thuần chủng theo đột biến tạo được.
1.5.3. Đột biến chủng bằng tia UV
Tia UV có thể tạo ra đột biến giữa 2 vòng pyrimidine (cystosine hoặc
thymine) để tạo nên 2 liên kết giữa chúng. Tia cực tìm tạo ra cầu nối dimer
giữa các nhóm cytosine gần nhau. Việc dimer cytosine có thể tạo ra adenine
(thay vì guanine) được bổ sung vào các sợi mới. Quá trình sao chép AND, CC
(thể dại) thành TT (đột biến). Mặc dù, các đột biến điểm dimer cytosine trên
ADN có thể được sửa chữa b i hệ thống của tế bào nhưng không thể hết. Kết
quả là cặp GC, GC (tự nhiên) thành AT, AT (đột biến) sau khi chiếu UV.
1.5.4. Đột biến chủng MNNG (N-methyl-N’nitro-N-nitrosoguanidine)
NTG là một trong những hóa chất gây đột biến được sử dụng phổ biến
trong nghiên cứu hiện nay, có công thức phân tử C2H5N5O3. NTG gây đột
biến mạnh thuộc lớp alkyl hóa. Dạng alkyl hóa gây đột biến bằng cách thêm
nhóm methyl hoặc nhóm ethyl trên các bazo, đó tạo sự thay đổi khi kết cặp
của các bazo trên sợi ADN. Cơ chế của sự đột biến này là đột biến điểm, làm
biến đổi bazo gây ra sự kết cặp sai. NTG gây ra là các đột biến điểm, thay thế
cặp GC bằng cặp AT, một số rất ít các trường hợp dẫn đến dịch chuyển
khung đọc hoặc mất đoạn [34].
1.6. PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ [35]
1.6.1. Sắc ký bản mỏng (Thin layer chromatography – TLC)
Phương pháp sắc ký lớp mỏng được dùng để định tính, thử tinh khiết và
đôi khi để bán định lượng hoặc định lượng hoạt chất thuốc. Sắc ký lớp mỏng
là một kỹ thuật tách các chất được tiến hành khi cho pha động di chuyển qua
33. 26
pha t nh trên đó đã chấm h n hợp các chất cần tách. Pha t nh là chất hấp phụ
được chọn phù hợp theo từng yêu cầu phân tích, được trải thành lớp mỏng
đồng nhất và được cố định trên các phiến kính hoặc phiến kim loại. Pha động
là một hệ dung môi đơn hoặc đa thành phần được trộn với nhau theo tỷ lệ quy
định trong từng chuyên luận. Trong quá trình di chuyển qua lớp hấp phụ, các
cấu tử trong h n hợp mẫu thử được di chuyển trên lớp mỏng, theo hướng pha
động, với những tốc độ khác nhau. Kết quả thu được là một sắc ký đồ trên lớp
mỏng. Cơ chế của sự tách có thể là cơ chế hấp phụ, phân bố, trao đổi ion,
sàng lọc phân tử hay sự phối hợp đồng thời của nhiều cơ chế tùy thuộc vào
tính chất của chất làm pha t nh và dung môi làm pha động.
Đại lượng đặc trưng cho mức độ di chuyển của chất phân tích là hệ số
di chuyển Rf được tính bằng tỷ lệ giữa khoảng dịch chuyển của chất thử và
khoảng dịch chuyển của dung môi:
Rf =
Trong đó:
- a là khoảng cách từ điểm xuất phát đến tâm của vết mẫu thử, tính
bằng cm.
- b là khoảng cách từ điểm xuất phát đến mức dung môi đo trên
cùng đường đi của vết, tính bằng cm.
- Rf: Chỉ có giá trị từ 0 đến l.
Ngoài ra, khi sắc ký liên tục không xác định được tuyến dung môi, vị
trí vết chất thử trên sắc đồ có thể xác định bằng hệ số dịch chuyển tương đối
Rr. Hệ số dịch chuyển tương đối Rr được xác định bằng tỷ số giữa khoảng
cách dịch chuyển của vết chất thử và khoảng cách dịch chuyển của vết chất
chuẩn đối chiếu được sắc ký trong cùng điều kiện và trên cùng bản mỏng với
mẫu thử:
Rr
34. 27
Trong đó:
+ a là khoảng cách từ điểm xuất phát đến tâm của vết mẫu thử, tính
bằng cm.
+ c là khoảng cách từ điểm xuất phát đến tâm của vết chất chuẩn,
tính bằng cm.
1.6.2. Sắc ký lỏng hiệu năng cao (High performance liquid
chromatography – HPLC )
1 6 2 1 K á ệ
Sắc ký lỏng hiệu năng cao (hay còn được gọi là sắc ký lỏng áp suất
cao) là một kỹ thuật trong hóa phân tích dùng để tách, nhận biết, định lượng
từng thành phần trong h n hợp [36].
Sắc ký lỏng hiệu lăng cao do Csaba Horváth biên soạn lần đầu cho bài
báo Pittcon 1970 của ông, ban đầu chỉ ra rằng áp lực cao được sử dụng để tạo
ra dòng chảy cần thiết cho sắc ký lỏng các cột đóng [37]. Ban đầu, máy
bơm chỉ có một áp suất 500 psi ( 5 bar). Đây được gọi là sắc ký lỏng cao áp ,
hoặc HPLC, là một kỹ thuật trong hóa phân tích dùng để tách, nhận biết, định
lượng từng thành phần trong h n hợp. Kỹ thuật này dựa trên hệ thống bơm
để đẩy dung môi lỏng dưới áp suất cao, trong dung môi có chứa h n hợp mẫu,
qua một cột sắc ký. Cột sắc ký được đổ bằng vật liệu hấp phụ rắn. M i thành
phần trong mẫu tương tác tương đối khác nhau với vật liệu hấp phụ, nên tốc
độ dòng của m i thành phần khác nhau là khác nhau, dẫn tới sự phân tách các
thành phần khì mà chúng chảy ra khỏi cột. Sắc ký lỏng hiệu suất cao bây giờ
là một trong những công cụ mạnh mẽ nhất trong hóa học phân tích [36].
Dựa vào sự khác nhau về cơ chế tách chiết sử dụng trong HPLC, người
ta chia HPLC thành 4 loại:
- Sắc ký hấp phụ hay sắc ký lỏng rắn (adsorption liquid
chromatography).
- Sắc ký phân bố (partition chromatography).
- Sắc ký ion (ion chromatography).
35. 28
- Sắc ký rây phân tử (size exclusion gel permeation chromatography).
Trong sắc ký phân bố nói chung, pha t nh là những hợp chất hữu cơ
được gắn lên chất mang rắn silica hoặc cấu thành từ silica theo hai kiểu:
- Pha t nh được giữ lại trên chất mang rắn bằng cơ chế hấp phụ vật lý:
sắc ký lỏng-lỏng (liquid-liquid chromatography).
- Pha t nh liên kết hóa học với chất nền : sắc ký pha liên kết (bonded
phase chromatography).
Pha động trong sắc ký lỏng nói chung phải đạt những yêu cầu sau:
- Hòa tan mẫu phân tích.
- Phù hợp với đầu dò.
- Không hòa tan hay làm mòn pha t nh.
- Có độ nhớt thấp để tránh áp suất dội lại cao.
- Tinh khiết dùng cho sắc ký (HPLC grade).
Việc lựa chọn dung môi và thành phần dung môi trong pha động được
tối ưu hóa cho những hợp chất cần phân tích. Thông thường, người ta sử dụng
h n hợp dung môi MeOH nước trước, rồi ACN nước hay THF nước. Với một
h n hợp chất phân tích phức tạp thì sẽ có sự trộn lẫn của các dung môi hữu cơ
với nước. Khi lựa chọn thì phải chọn các h n hợp MeOH, ACN và THF hoặc
ethylenglycol với nước có độ rửa giải tương đồng. Thành phần pha động có
thể cố định trong suốt quá trình chạy sắc ký (chế độ isocratic) hoặc được thay
đổi theo một chương trình đã định sẵn (chương trình gradien dung môi) để có
hiệu quả tách tốt hơn [36].
1 6 2 2 y ắ
Phương pháp HPLC là 1 phương pháp phân tích hóa lý, dùng để tách
và định lượng các thành phần trong h n hợp dựa trên ái lực khác nhau giữa
các chất với 2 pha luôn tiếp xúc nhưng không hòa lẫn nhau: Pha t nh (trong
cột hiệu năng cao) và pha động (dung môi rửa giải). Khi dung dịch của h n
hợp các chất cần phân tích đưa vào cột, chúng sẽ được hấp thụ hoặc phân bố
36. 29
vào pha t nh tùy thuộc vào bản chất của cột và chất cần phân tích. Khi ta bơm
dung môi pha động vào cột thì tùy thuộc vào ái lực của các chất với 2 pha,
chúng sẽ chuyển qua cột với vận tốc khác nhau dẫn đến sự phân tách [36].
Các chất sau khi ra khỏi cột tách sẽ được phát hiện b i bộ phận phát
hiện gọi là detector và được chuyển qua bộ xử lý kết quả. Kết quả cuối cùng
được hiển thị trên màn hình hoặc đưa ra máy in.
1 6 2 3 Cơ ở ý yế
Quá tình phân tách trong kỹ thuật HPLC là do quá trình vận chuyển và
phân bố của các chất tan giữa 2 pha khác nhau. Khi pha động di chuyển với
một tốc độ nhất định qua cột sắc ký sẽ đẩy các chất tan bị pha t nh lưu giữ ra
khỏi cột. Tùy theobaor chất pha t nh, chất tan và pha động mà quá trình rửa
giải tách của các chất ra khỏi cột sắc ký. Nếu ghi quá trình tách sắc ký chúng
ta có sắc đồ [36].
1 6 2 y ắ ạ ệ ố C
Hệ thống HPLC đơn giản và đủ để làm việc theo kỹ thuật HPLC bao
gồm 6 bộ phận chính sau [36]:
- Hệ thống bơm: Để bơm pha động vào cột tách. Bơm này phải điều
chỉnh được áp suất (0 – 400 bar)
- Bình chứa dung môi và hệ thống xử lý dung môi: Bình chứa dung môi
bằng thủy tinh hoặc thép không gỉ. Dung môi chạy sắc ký được lọc qua
màng lọc (thường màng lọc cỡ 0.45 µm) và đuổi khí hòa tan.
- Hệ tiêm mẫu: Để đưa mẫu phân tích vào cột. Có nhiều phương phap
tiêm mẫu khác nhau, đơn giản nhất là sử dụng một van tiêm. Trong các
hệ thống sắc ký hiện đại là hệ tiêm mẫu tự động. Mẫu thử (dạng lỏng
hay rắn) đều phải hòa tan trong dung môi thích hợp rồi lọc qua màng
lọc 0.45µm trước khi tiêm.
- Cột sắc ký lỏng HPLC: Cột được chế tạo bằng thép đặc biệt trơ với hóa
chất, chịu được áp suất cao đến vài trăm bar
37. 30
+ Chiều dài cột: 10, 15, hoặc 25 cm; thích hợp với các tiểu phân pah
t nh có đường kính rất nhỏ ( .5, 10 µm).
+ Đường kính cột: 4 hoặc 4.6 mm
Nói chung, cột HPLC có tuổi thọ khá dài nếu sử dụng đúng cách. Ví dụ
dung môi có tính chất axit mạnh hoặc base mạnh hoặc tiêm liên tiếp
các mẫu sinh học hay các nguyên liệu bẩn thì tuổi tho của cột sẽ bị
giảm.
- Detector trong HPLC: Là bộ phận phát hiện chất phân tích, tùy theo
bản chất cần phân tích mà sử dụng hay detector hấp thụ UV – VIS.
Nguyên lý hoạt động của detector UV – VIS dựa trên nguyên lý hoạt
động của phương pháp đo quang phổ hấp thụ. Ngoài ra còn có detector
khúc xạ, huỳnh quang, điện hóa.
1 6 2 5 Ứ dụ C
Sắc ký nói chung và HPLC nói riêng cso ứng dụng chính:
- Định tính và thử độ tinh khiết: Thời gian lưu của các chất thử trên sắc
đồ phải tương ứng với thời gian lưu của chất chuẩn đối chiếu trên sắc
ký đồ.
- Sắc ký điều chế: Qua quá trình sắc ký các chất được tachs ra và dịch
rửa giải được hứng riêng rồi cho bốc hơi dung môi thu lấy chất.
- Định lượng: Sắc ký lỏng hiệu năng cao có ứng dụng rất lơn trong định
lượng chất trong h n hợp và xác định giới hạn tạp chất.
Các phương pháp định lượng bằng sắc ký đều dựa trên nguyên tắc:
nồng độ của một chất tỷ lệ với chiều cao hoặc diện tích pic của nó.
HPLC là một phương pháp chia tách trong đó pha động là chất lỏng và
pha t nh chứa trong cột là chất rắn đã được phân chia dưới dạng tiểu phân
hoặc một chất lỏng phủ lên một chất mang rắn, hay một chất mang đã được
biến bằng liên kết hóa học với các nhóm chức hữu cơ. Phương pháp này ngày
càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến vì nhiều lý do: có độ nhạy cao, khả
38. 31
năng định lượng tốt, thích hợp tách các hợp chất khó bay hơi hoặc dễ phân
hủy nhiệt.
Phạm vi ứng dụng của phương pháp HPLC rất rộng, như phân tích các
hợp chất thuốc trừ sâu, thuốc kháng sinh, các chất phụ gia thực phẩm trong
l nh vực thực phẩm, dược phẩm, môi trường
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. VẬT LIỆU
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Chủng vi nấm nội sinh Penicillium sp. LĐL 4.4
phân lập từ lá cây Thạch tùng răng cưa phân bố tại Đà Lạt - Việt Nam,
đã được xác định có khả năng sinh tổng hợp hoạt chất Huperzine A.
Chủng Penicillium sp. LĐL4.4 hiện đang được lưu giữ tại Trung tâm
Giống và Bảo tồn nguồn gen Vi sinh vật, Viện Công nghệ sinh học.
- Địa điểm nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành tại Trung tâm Giống
và Bảo tồn nguồn gen Vi sinh vật - Viện Công nghệ sinh học - Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ VN.
2.1.2. Dụng cụ, trang thiết bị thí ngiệm
Các máy móc, thiết bị phục vụ cho nghiên cứu thuộc Trung tâm Giống
và Bảo tồn nguồn gen Vi sinh vật - Viện Công nghệ sinh học - Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ VN. Hầu hết dụng cụ sử dụng trong nghiên cứu này
bao gồm:
- Cân phân tích (Mettelex, Toledo - Tủ cấy vô trùng (Esco,
Singapore)
- Máy lắc ổn nhiệt (Gerharat, Đức) - Tủ lạnh (Sanaky, Nhật)
- Kính hiển vi điện tử (Nikon, Nhật) - Pipetman 10 µl, 200 µl, 1000 µl
- Máy li tâm (Eppendof, Đức) - Nồi khử trùng (Tommy, Nhật)
- Tủ ấm nuôi cấy VSV (Esco, Singapore) - Lò vi sóng (Electrolux, Nhật)
39. 32
.
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2.1. Phương pháp nuôi cấy và bảo quản vi nấm
2 2 1 1 ươ á ô y
Nuôi cấy lỏng:
- Môi trường nuôi cấy được chuẩn bị trong các bình tam giác 500ml
chứa 150ml môi trường lỏng, khử trùng 121O
C, 1 atm trong 30 phút.
- Các sợi nấm thuần được cấy chuyển sang các bình tam giác đựng các
môi trường lỏng.
- Sau khi cấy xong, các bình tam giác được nuôi lắc 150 vòng phút,
28O
C trong thời gian -5 ngày.
Nuôi cấy trên đĩa thạch:
- Chuẩn bị các môi trường có bổ sung thêm agar, khử trùng 121O
C, 1
atm trong 30 phút.
- Cấy chuyển chủng sang các đ a peptri chứa thạch môi trường.
- Sau khi cấy xong, các đ a thạch được nuôi trong tủ ấm 2 O
C trong thời
gian 3-5 ngày.
Bảng 2.1. Các môi trường nuôi cấy
Môi trường Thành phần (g L)
PDA 200g Khoai tây; 10g Glucose; 16g Agar; 1L Nước cất
PDB 200g Khoai tây; 10g Glucose; 1L Nước cất
2 2 1 2 ươ á b q
Phương pháp giữ giống trên môi trường thạch nghiêng: Sau khi phân
lập riêng rẽ trên các đ a petri chứa môi trường PDA, chủng vi nấm được cấy
truyền trên môi trường thạch nghiêng thích hợp đã được khử trùng. Các ống
thạch nghiêng sau khi cấy được nuôi trong tủ ấm với nhiệt độ 2 O
C trong thời
gian 3-5 ngày. Các ống giống sau khi phát triển sẽ được bảo quản 4O
C.
40. 33
Khoảng -6 tháng, các ống giống được lấy ra và cấy truyền lại vào môi
trường mới.
Phương pháp bảo quản giống lâu dài: Chủng vi nấm sau khi phân lập
riêng rẽ được bảo quản lâu dài trong môi trường glycerol 20% nhiệt độ lạnh
sâu -86O
C.
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu một số đ c điểm sinh h c của chủng nấm
[38]
Chủng vi nấm được nuôi cấy trên 6 môi trường khác nhau (đặc trưng
của chi Penicillium) để quan sát đặc điểm hình thái và vi hình thái. Thành
phần dinh dưỡng của các môi trường được thể hiện bảng 2.2.
Bảng 2.2. Môi trường khảo sát đặc điểm hình thái
Môi trường Nguồn Carbon (g l) Nguồn Nitơ (g l) Nguyên tố khoáng (g l)
CYA
3g Sucrose
0,5g Yeast extract
0,1g K2HPO4
3mg NaNO3
5mg KCl
5mg MgSO4.7H2O
5mg FeSO4.7H2O
5mg ZnSO4.7H2O
5mg CuSO4.5H2O
CYA+ NaCl 5%
3g Sucrose
0,5g Yeast extract
0,1g K2HPO4
3mg NaNO3
0,5g NaCl
5mg KCl
5mg MgSO4.7H2O
5mg FeSO4.7H2O
5mg ZnSO4.7H2O
5mg CuSO4.5H2O
Oat meal agar 6g Oat meal
Yeast Extract 0,3g Yeast extract
41. 34
Sucrose 0,5g Peptone
CREA
5mg KCl
5mg MgSO4.7H2O
5mg FeSO4.7H2O
5mg ZnSO4.7H2O
5mg CuSO4.5H2O
Malt Extract
Agar
2g Dextrose 2g Malt Extract
0,6g Peptone
Các bước tiến hành:
i. Nuôi cấy nấm trên đ a peptri chứa các môi trường. Theo dõi hằng ngày
thời gian phát triển, hình thái, màu sắc, kích thước khuẩn lạc trên các
môi trường nuôi cấy khác nhau.
ii. Nuôi cấy, quan sát vi hình thái: Dùng que cấy lấy một miếng thạch có
sợi nấm phát triển kích thước khoảng 0,5 cm x 0,5 cm đặt lên lam kính
rồi lấy lamen đậy lên bề mặt miếng thạch. Sau đó đặt lam kính chứa
lamen đó vào trong đ a peptri. Nuôi 2 O
C trong khoảng thời gian -7
ngày cho đến khi sợi nấm mọc lan đều bề mặt lamen. Soi dưới kính
hiển vi quang học; quan sát hệ sợi, bào tử, cuống bào tử, vách ngăn,
của chủng nấm.
42. 35
2.2.3. Các phương pháp gây đột biến chủng
2.2.3 1 ươ á y đ b ế bằ UV [39]
1 ml dịch nuôi cấy chủng Penicillium sp. LĐL 4.4 (pha loãng nồng
độ 10-6
) được chuyển vào các đ a peptri khử trùng, gạt đều dịch nuôi cấy trên
đ a để tế bào phân bố đều, bật tia UV (50W – 254 nm), khoảng cách từ nguồn
UV đến đ a là 15 cm. Sau 5, 10, 15, 20 và 0 phút chiếu UV, các đ a được
chuyển vào bóng tối để 1 giờ đồng hồ nhiệt độ phòng. 100 µl dịch đã chiếu
được trang lên đ a PDA, ủ - 5 ngày 2 o
C. Khi nấm đã mọc, đếm số lượng
khuẩn lạc trên đ a thí nghiệm và đối chứng (không xử lí đột biến) để xác định
phần trăm sống sót của bào tử sau chiếu tia UV. Các dòng đột biến được nhân
nuôi, tách chiết và xác định hàm lượng HupA bằng HPLC.
2.2.3 2 ươ á y đ b ế bằ N-metyl- ’-nitro-N-
Nitrosoguanidin (MNNG) [39]
Chủng nấm Penicillium sp. LĐL 4.4 được nuôi cấy trong môi trường
PDB, 2 ml dịch nuôi cấy được ly tâm 10000 vòng phút trong 5 phút thu sinh
khối. Sinh khối nấm được hòa vào 1.5 µl dung dịch NTG (100 mg ml, pha
trong đệm 0.2M citrate, pH 5), vortex đều. Sau thời gian ủ 5, 10, 15, 20 và 0
phút 0o
C, 50 µl dịch được hòa vào 45 ml dung dịch NaCl 0.9%, ly tâm rửa
lần. Sau đó dịch được pha loãng đến nồng độ 10-3
rồi cấy trang trên các đ a
thạch PDA, nuôi 3 - 5 ngày 2 o
C rồi đếm số khuẩn lạc mọc. Các dòng đột
biến được nhân nuôi, tách chiết và xác định hàm lượng HupA bằng HPLC.
2.2.3.3 ươ á y đ b ế bằ óng siêu âm [40]
Chủng LĐL 4.4 nuôi cấy trên môi trường PDB, dịch nuôi cấy (mật độ
tế bào khoảng 106
/ mL) được đặt trong một cốc thủy tinh có chứa nước đá, đặt
trong lò vi sóng công suất 1200W - thời gian xử lý bức xạ là: 0, 20, 50, 80,
110, 130 giây. Sau đó dịch được pha loãng đến nồng độ 10-6
rồi cấy trang trên
các đ a thạch PDA, nuôi 3 - 5 ngày 2 o
C rồi đếm số khuẩn lạc mọc.
2.2.4. Các phương pháp nghiên cứu môi trường nuôi cấy thích hợp
2.2.4 1 ươ á ự ọ ô ườ ô y í
43. 36
Chủng Penicillium sp. LĐL 4.4 được nghiên cứu nuôi trên các môi
trường nuôi cấy vi nấm có thành phần cải tiến khác nhau (Bảng 2.3 và bảng
2.4). Sau 120 giờ nuôi cấy nhiệt độ thích hợp 2 o
C, xác định hoạt tính và
sinh khối. Trên môi trường nào vi nấm sinh trư ng tốt, tích lũy nhiều sinh
khối mà khả năng sinh tổng hợp hoạt chất HupA trong tế bào cao nhất sẽ
được lựa chọn làm môi trường nuôi cấy.
44. 37
Bảng 2.3. Thành phần các môi trường dinh dưỡng nuôi cấy
Môi trường Khoai tây (g/l) Nguồn Carbon (g l) Nguồn Nitơ (g l) Nguyên tố khoáng (g l) Thành phần khác
MT 1 150g 10 g Cao nấm men 2g NaNO3
0.5g MgSO4
1g KH2PO4
0.5g K2HPO4
0.5g Na2HPO4.2H20
0.3g KCl
0.3g NaCl
10ml Ethanol
10g Glucose 5g Peptone
5g Tryptone
MT 2 150g 10 g Cao nấm men 2g NaNO3
0.5g MgSO4
1g KH2PO4
0.5g K2HPO4
0.5g Na2HPO4.2H20
0.3g KCl
0.3g NaCl
200mg Lysine
10g Glucose 5g Peptone
5g Tryptone
MT 3 200g 20g Glucose - - 10ml Ethanol
MT 4 200g 20g Glucose - - 200mg Lysine
MT 5 150g 10g Cao nấm men 1/10 dung dịch MS (*) 10ml Ethanol
10g Glucose 5g Peptone
5g Tryptone
46. 39
(*) Bảng 2.4. Thành phần dung dịch môi trường MS
Thành phần đa lượng Thành phần vi lượng Vitamins và chất hữu cơ
1.650mg Ammonium nitrate
(NH4NO3)
6.2 mg Boric acid (H3BO3) 100 mg i-Inositol
440mg Calcium chloride
(CaCl2 · 2H2O)
0.025 mg Cobalt chloride
(CoCl2 · 6H2O)
0.5 mg Niacin
370 mg Magnesium sulphate
(MgSO4 · 7H2O)
0.025 mg Cupric sulphate
(CuSO4 · 5H2O)
0.5 mg Pyridoxine · HCl
170 mg Potassium phosphate
(KH2PO4)
27.8 mg Ferrous sulphate
(FeSO4 · 7H2O)
0.1 mg Thiamine · HCl
1.900 mg Potassium nitrate
(KNO3)
22.3 mg Manganese sulphate
(MnSO4 · 4H2O)
2 mg Glycine
0.83 mg Potassium iodide
(KI)
1 g Edamin (tùy chọn)
0.25 mg Sodium molybdate
(Na2MoO4 · 2H2O)
8.6 mg Zinc sulphate
(ZnSO4·7H2O)
37.2 mg Na2EDTA · 2H2O
2 2 2 ươ á ự ọ ồ b , ơ à b
í ô ườ n ô y
Môi trường nuôi cấy thích hợp được lựa chọn sẽ được dùng làm môi trường
cơ s để lựa chọn nguồn C, N và chất bổ sung thích hợp. Tiến hành phối hợp
nguồn C, N và chất bổ sung (Bảng 2.5) để chọn ra thành phần môi trường thích
hợp cho khả năng sinh trư ng và sinh tổng hợp HupA cao nhất.
47. 40
Bảng 2.5. Nguồn C, N và chất bổ sung được lựa chọn
2 2 3 ươ á á đ ề ệ ô y
Thí nghiệm được tiến hành trong bình tam giác dung tích 500 ml trên máy
lắc tốc độ 100 - 250 vòng phút, với môi trường lên men đã lựa chọn trên. Các
thông số nghiên cứu bao gồm nhiệt độ, pH, độ thông khí, tỷ lệ giống, tuổi giống
và động thái lên men. Các yếu tố được kế thừa từ kết quả của các thí nghiệm
trước.
- Lựa chọn môi trường nhân giống: Các môi trường dùng để nghiên cứu
lựa chọn môi trường nhân giống thích hợp cho chủng sinh trư ng tốt gồm
Czapek – Dox, PDB, Khoai tây (Thành phần thể hiện bảng 2.6). Cấy
giống vào bình tam giác, nuôi trên máy lắc (150 vòng phút), nhiệt độ
28o
C trong 3 ngày.
- Khảo sát thời gian nhân giống: Chủng nấm được nuôi cấy trong môi
trường PDB, trên máy lắc (150 vòng phút), nhiệt độ 2 o
C trong dải thời
gian 24 – 72 giờ, sau đó tiếp giống sang môi trường lên men đã được lựa
chọn.
- Khảo sát tỷ lệ giống: Khảo sát ảnh hư ng của tỷ lệ giống tới sinh tổng hợp
HupA trong khoảng từ - 15%, sau đó tiếp giống sang môi trường lên
men đã được lựa chọn.
Cacbon Nitơ Chất bổ sung
Cao malt Cao nấm men Ethanol
Tinh bột tan Cao thịt Methanol
Casein thủy phân Acid acetic
Pepton + trypton L-lysin
Dịch chiết cây Thạch tùng răng cưa
48. 41
- Khảo sát pH: Nghiên cứu ảnh hư ng của pH môi trường đến sinh trư ng
hệ sợi nấm chủng trong môi trường dịch thể. Các bình nhân sinh khối
được nuôi trong thời gian 120 giờ với tỷ lệ giống và tuổi giống được lựa
chọn thí nghiệm trước. Đánh giá sự sinh trư ng hệ sợi giống nấm tại các
ngưỡng pH môi trường là 6, 6.5, 7 và 7,5.
- Khảo sát nhiệt độ: Các bình nhân sinh khối được nuôi 6 nhiệt độ khác
nhau từ 25÷ 0o
C.
- Khảo sát độ thông khí: Chủng nấm trong môi trường dịch thể được nuôi
lắc trong môi trường dịch thể với các tốc độ khác nhau (100, 120, 150, 1 0
và 200 vòng phút) để khảo sát sự ảnh hư ng của tốc độ lắc tới sự sinh
trư ng hệ sợi nấm.
- Xác định động thái lên men: Quá trình lên men chủng LĐL 4.4 được tiến
hành trong thiết bị lên men thể tích 5-10 lít, với các điều kiện lên men đã
xác định các thí nghiệm trên. Sau m i 12 giờ lên men, tiến hành lấy
mẫu, xác định pH, sinh khối nấm và hàm lượng HupA.
Bảng 2.6. Thành phần môi trường nhân giống
Môi trường Thành phần (g/L)
Czapek - Dox 30g Saccharose
3g NaNO3
1g K2HO4
0,5g MgSO4
0,5g KCl
0,1g FeSO4
PDB 200g Khoai tây
10 glucose
Khoai tây 200g Khoai tây
49. 42
2.2.5. Phương pháp tách chiết hoạt chất Huperzine A từ chủng nấm [26]
Các bước tiến hành
- Nuôi nấm trong ≥250 ml môi trường PDA-I lỏng, lắc 150 rpm, 2 o
C trong
5-14 ngày tùy chủng;
- Ly tâm 000 rpm thu sinh khối nấm;
- Sấy khô sinh khối nấm 45-50o
C;
- Nghiền nấm bằng nitơ lỏng thành bột mịn;
- Bổ sung một lượng ammonia 10% với tỉ lệ 1 ml 1 g bột nấm trong 1-2h
nhiệt độ phòng;
- Bổ sung 0ml dung môi HCl 5% tỉ lệ 1: 0 ml, lắc nhiệt độ phòng trong
24h;
- Ly tâm thu dịch chiết 000 rpm 10 phút;
- Chỉnh dung dịch thu được về pH 9-10 bằng NaOH 10% NH4OH 25%;
chiết lần với Chloroform, thu pha dưới;
- Cô quay loại bỏ dung môi, thu được căn alkaloid toàn phần được hòa tan
trong 1 lượng methanol đậm đặc ≥1ml.
2.2.6. Phương pháp xác định hoạt chất HupA [26]
2 2 6 1 ươ á ắ ý b ỏ - TLC
- Nguyên liệu, hóa chất:
+ Dịch chiết nấm nội sinh
+ Hóa chất: Chất chuẩn Huperzine A, chloroform, acetone, isopropanol,
axit acetic, axit tartaric, phenol, isoamyl alcohol, iod, KMnO4
+ Bản mỏng silicagel Merck 0.25mm
- Tiến hành: (1) Hòa tan chất chuẩn Huperzine A trong Methanol 1mg ml.
Pha loãng đến các nồng độ chuẩn; (2) Hoạt hóa bản mỏng silicagel bằng
50. 43
cách sấy 1h 110o
C. Mẫu được chấm lên bản mỏng bằng pipet (chất
chuẩn HupA 1µl nồng độ 10-6
; mẫu dịch chiết nấm là 5 µl). Khoảng cách
các giếng chấm cách mép dưới 1 cm, hai bên mép 0.5 cm, giữa các giếng
0.7 cm. Kích thước của vệt chấm càng nhỏ thì khả năng tách càng tốt. Sấy
nhẹ bản mỏng để đuổi hết dung môi; ( ) Dùng kẹp đưa bản mỏng đã chấm
vào bình dung môi, đậy nắp bình.Theo dõi vạch dung môi di chuyển đến
khi cách mép trên tấm bản mỏng 1 cm thì lấy bản mỏng ra khỏi bình, sấy
nhẹ bản mỏng; (4) Sử dụng thuốc nhuộm KMnO4 0.5% xịt đều lên bản
mỏng. Sấy nhẹ bản mỏng, quan sát vết.
2.2.6 2 ươ á ắ ý ỏ ệ – HPLC
Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) sử dụng cột phân tích
Zorbax SB – C18 RP (3.0 x 15 nm) trên hệ thống detector PDA. Qua khảo sát
các điều kiện chạy khác nhau, lựa chọn ra điều kiện chạy cho HupA với hệ thống
thiết bị hiện có là:
- Bước sóng phân tích: 10 nm
- Vận tốc dòng chảy: 1ml phút
- Chế độ chạy: isocratic
+ Kênh A: 5% nước - 20mM Amoniacetat
+ Kênh B: ACN - 0.1% A.Acetic
- Lượng mẫu bơm: 10 ul
- Thời gian phân tích: 20 phút
51. 44
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
.1. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI, VI HÌNH THÁI CỦA
CHỦNG VI NẤM Penicillium sp. LĐL 4.4
Trong các nghiên cứu trước, chủng Penicillium sp. LĐL4.4 đã đựơc phân
loại đến chi theo phương pháp truyền thống và phương pháp sinh học phân tử
dựa trên trình tự vùng rADN – ITS khi nuôi cấy trên môi trường PDA. Để tìm
hiểu thêm về đặc điểm sinh học của chủng LĐL4.4, tiến hành nuôi cấy chủng
trên 6 môi trường nuôi cấy có thành phần dinh dưỡng khác nhau - đặc trưng cho
chi Penicillium - như mô tả phần phương pháp. Kết quả cho thấy trên 6 môi
trường nuôi cấy có nguồn dinh dưỡng khác nhau - đặc điểm hình thái, màu sắc,
kích thước khuẩn ty trên các môi trừơng dinh dưỡng khác nhau là khác nhau; tuy
nhiên các đặc điểm sợi khuẩn ty và bào tử của chủng LĐL4.4 đều giống nhau:
sợi khuẩn ty có vách ngăn, bào tử trần không có vách ngăn, hình cầu, sắp xếp
thành chu i (hình .1, .2 và bảng .1). Các đặc điểm này đều cho thấy chủng
LĐL4.4 là thuộc chi Penicillium như đã được phân loại.
Bảng 3.1. Đặc điểm hình thái khuẩn lạc của chủng Penicillium sp. LĐL 4.4 trên
các môi trường nuôi cấy
Môi
trường
Đ c điểm hình thái Vi hình thái
Khuẩn lạc Sợi sinh
dư ng
Sợi cơ
chất
Đ c điểm
khác
CYA - Đường kính khuẩn lạc ≈
3cm.
- Hình dáng khuẩn lạc:
không cân đối.
- Dạng mặt: nhung mượt
- Dạng mép khuẩn lạc:dày,
liền, có khía đồng tâm
Màu sắc:
xanh lục,
viền
trắng.
Màu sắc:
vàng nâu.
- Giọt tiết:
nhiều, không
màu
- Sắc tố hòa
tan: không.
- Sợi nấm: có
vách ngăn.
- Bào tử trần:
không có vách
ngăn, hình cầu,
sắp xếp thành
chu i.
CYA
+
- Đường kính khuẩn lạc ≈
4cm.
Màu sắc:
xanh lục,
Màu sắc:
vàng nâu
- Giọt tiết:
nhiều, không
- Sợi nấm: có
vách ngăn.
52. 45
NaCl
5%
- Hình dáng khuẩn lạc:
không cân đối.
- Dạng mặt: nhung mượt
- Dạng mép khuẩn lạc:
dày, liền, có khía đồng
tâm.
viền
trắng.
màu.
- Sắc tố hòa
tan: không.
- Bào tử trần:
không có vách
ngăn, hình cầu,
sắp xếp thành
chu i.
Yeast
Extract
Sucrose
- Đường kính khuẩn lạc ≈
2,5 cm.
- Hình dáng khuẩn lạc:
tròn.
-- Dạng mặt: nhung mượt
- Dạng mép khuẩn lạc:
dày, liền, không có khía.
Màu sắc:
xanh lục,
viền
trắng.
Màu sắc:
vàng nâu
- Giọt tiết: ít,
không màu.
- Sắc tố hòa
tan : không.
- Sợi nấm: có
vách ngăn.
- Bào tử trần:
không có vách
ngăn, hình cầu,
sắp xếp thành
chu i.
Oat
Meal
Agar
- Đường kính khuẩn lạc ≈
1,3cm.
- Hình dáng khuẩn lạc:
tròn, cân đối.
- Dạng mặt: nhung mượt.
- Dạng mép khuẩn lạc:
mỏng, không có khía.
Màu sắc:
xanh lục,
viền
trắng.
Màu sắc:
vàng
- Giọt
tiết:nhiều,
không màu.
- Sắc tố hòa
tan : không.
- Sợi nấm: có
vách ngăn.
-Bào tử trần:
không có vách
ngăn, hình cầu,
sắp xếp thành
chu i.
CREA - Đường kính khuẩn lạc ≈
1,8 cm.
- Hình dáng khuẩn lạc:
không cân đối.
- Dạng mặt: nhung mượt.
- Dạng mép khuẩn lạc:
không.
Màu sắc:
trắng
Màu sắc:
trắng
- Giọt tiết: ít,
không màu.
- Sắc tố hòa
tan : không.
- Sợi nấm: có
vách ngăn.
-Bào tử trần:
không có vách
ngăn, hình cầu,
sắp xếp thành
chu i.
Malt
Extract
Agar
- Đường kính khuẩn lạc ≈
2,1cm.
- Hình dáng khuẩn lạc:
không cân đối.
- Dạng mặt: nhung mượt.
- Dạng mép khuẩn lạc:
mỏng, không có khía.
Màu sắc:
xanh lục,
viền
trắng.
Màu sắc:
vàng nâu
- Giọt tiết: ít,
không màu.
- Sắc tố hòa
tan : không.
- Sợi nấm: có
vách ngăn.
-Bào tử trần:
không có vách
ngăn, hình cầu,
sắp xếp thành
chu i.
53. 47
3.2. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG SINH TỔNG HỢP HUPA CỦA CHỦNG
Penicillium sp. LĐL4.4 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỘT BIẾN CHỦNG
Chủng nấm Penicillium sp. LĐL4.4 đã xác định được khả năng sinh tổng
hợp hoạt chất Huperzine A với hàm lượng 1,38 mg/L dịch lên men trên môi
trường PDB (Hình 3.3).
Hình 3.3. Sắc ký đồ (UV 310 nm) Penicillium sp. LĐL4.4 trên hệ thống sắc ký
lỏng hiệu năng cao
Để có thể nâng cao khả năng sinh tổng hợp HupA của chủng, tiến hành
đột biến chủng bằng 3 phương pháp chiếu tia UV, sử dụng hóa chất MNNG và
sóng siêu âm (như mô tả phần phương pháp) nhằm tạo ra những dòng biến thể
mới có khả năng cho sản lượng HupA cao hơn chủng gốc.