Nghiên cứu tách chiết và tìm hiểu tính chất của chất kháng sinh có nguồn gốc từ một số chủng xạ khuẩn phân lập tại Thái Nguyên

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Chất kháng sinh (Antibiotic) là chất có nguồn gốc thiên nhiên và các sản phẩm cải biến của chúng bằng con đường hóa học. Chúng có khả năng tác dụng chọn lọc đối với sự phát triển của vi sinh vật, tế bào ung thư ở ngay nồng độ thấp [7]. Các kháng sinh là một nhóm thuốc thiết yếu trong y học hiện đại. Nhờ các kháng sinh mà y học đã có thể loại bỏ được các bệnh nhiễm trùng. Ngoài ra, chất kháng sinh còn đóng vai trò rất quan trọng trong một số lĩnh vực khác như chăn nuôi, bảo quản thực phẩm, và đặc biệt là trong bảo vệ thực vật. Hiện nay cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin thì công nghệ sinh học cũng được coi là một trong những ngành hàng đầu thế giới. Trong đó phải kể đến công nghệ sinh học vi sinh sản xuất kháng sinh phục vụ đời sống con người đang có những phát triển vượt bậc. Từ những phương pháp sinh tổng hợp và bán tổng hợp thì công nghệ vi sinh tổng hợp kháng sinh tiếp tục khẳng định vai trò của mình. Cho đến nay đã phát hiện được 17.000 chất kháng sinh có nguồn gốc từ vi sinh vật và khoảng 30.000 chất kháng sinh bán tổng hợp, nhưng chỉ có 1-2% chất kháng sinh tổng số này là có đủ tiêu chuẩn sử dụng trong y học [21]. Trong số các vi sinh vật có khả năng sinh chất kháng sinh thì xạ khuẩn là nhóm có tiềm năng lớn chiếm tới 80% số chất kháng sinh đã được mô tả. Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh Streptomyces là một chi xạ khuẩn gồm nhiều loài có khả năng sinh tổng hợp kháng sinh đa dạng về cấu trúc và đặc điểm kháng khuẩn. Trong tương lai chắc chắn còn có nhiều chất kháng sinh khác nữa cũng sẽ được tìm ra vì đa số các vi sinh vật có khả năng tạo thành chất kháng sinh đã được nghiên cứu cho tới nay đều thuộc về các chi Streptomyces và Bacillus. Tuy nhiên có một vấn đề gây lo âu đối với các nhà nghiên cứu đó là sự xuất hiện của các vi sinh vật kháng kháng sinh. Pseudomonas aeruginosa và Staphylococcus aureus là 2 trong số các vi khuẩn nguy hiểm nhất hiện nay. Chúng là nguyên nhân trực tiếp và gián tiếp của hàng loạt các bệnh nhiễm khuẩn: viêm phổi, viêm phế quản, nhiễm trùng tiết niệu, nhiễm trùng huyết, nhiễm khuẩn vết mổ Đồng thời, tỷ lệ kháng kháng sinh của 2 chủng này ngày càng tăng cao. Sự xuất hiện ngày càng nhiều các vi khuẩn đa kháng thuốc và sự thiếu hụt các kháng sinh mới làm cho chúng ta đang phải đối mặt với “thời kì hậu kháng sinh”. Chính vì thế nhiệm vụ đặt ra cho ngành công nghiệp sản xuất chất kháng sinh là: một mặt cải biến các chất kháng sinh cũ để tránh tình trạng kháng thuốc, mặt khác phải thúc đẩy nghiên cứu để tìm ra các chất kháng sinh mới. Thái Nguyên là một trong những vùng đất có nguồn vi sinh vật phong phú, đặc biệt có nhiều nhóm xạ khuẩn sinh chất kháng sinh. Xuất phát từ những yêu cầu thực tế trên, từ những chủng xạ khuẩn đã được phân lập ở Thái Nguyên, chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tách chiết và tìm hiểu tính chất của chất kháng sinh có nguồn gốc từ một số chủng xạ khuẩn phân lập ở Thái Nguyên”. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Tìm dung môi thích hợp cho việc tách chiết chất kháng sinh từ hai chủng xạ khuẩn HT17.8 và HT28. - Xác định một số tính chất của chất kháng sinh từ hai chủng HT17.8 và HT28. 3. Nội dung nghiên cứu - Kiểm tra mức độ ổn định về HTKS của các chủng nghiên cứu. - Xác định môi trường lên men kháng sinh thích hợp cho chủng HT17.8. - Tách chiết chất kháng sinh từ sinh khối và dịch ngoại bào bằng các dung môi hữu cơ. - Xác định khả năng bền trong pH của chất kháng sinh. - Xác định khả năng bền với nhiệt độ của chất kháng sinh.

doc44 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 26/01/2013 | Lượt xem: 7834 | Lượt tải: 15download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu tách chiết và tìm hiểu tính chất của chất kháng sinh có nguồn gốc từ một số chủng xạ khuẩn phân lập tại Thái Nguyên, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
à kháng lại, còn “bios” là sự sống. Tuy nhiên, thuật ngữ này đã không phản ánh đúng tính chất của chất kháng sinh. Đã có rất nhiều định nghĩa khác nhau về chất kháng sinh. Theo Waksman, chất kháng sinh là các chất hóa học do vi sinh vật sinh ra, có khả năng ức chế hoặc phân hủy các tế bào vi khuẩn và các vi sinh vật khác. Ngày nay, chất kháng sinh được coi là những chất đặc hiệu do sinh vật sinh ra trong quá trình sống mà ngay ở nồng độ thấp cũng có khả năng ức chế hoặc tiêu diệt các vi sinh vật khác một cách có chọn lọc. Tuy nhiên, hiện nay do việc sử dụng các hợp chất quinolon – là các hợp chất hóa học không có nguồn gốc từ vi sinh vật để điều trị các bệnh nhiễm khuẩn đã mở rộng định nghĩa về chất kháng sinh trong y học hiện đại. Các chất kháng sinh không chỉ bao gồm các chất có nguồn gốc từ vi sinh vật mà còn bao gồm cả các chất kháng sinh bán tổng hợp hay tổng hợp toàn phần. Năm 1928, Alexander Fleming (1881 – 1955) phát hiện ra penixillin – một chất kháng sinh có nguồn gốc từ nấm Penicillium có khả năng ức chế sự phát triển của tụ cầu vàng – Staphylococcus aureus. Nhưng phải hơn 10 năm sau, vào năm 1940, một nhóm các nhà khoa học mới tách chiết thành công được chế phẩm Penicillin. Kể từ đó, Penicillin mới chính thức được dùng làm thuốc đi chữa bệnh cho người, đẩy lùi được nhiều bệnh nhiễm trùng nguy hiểm. Đây là một trong những thành tựu vĩ đại nhất của thế kỷ XX. Cùng với việc phát hiện ra Penicillin, thập kỷ 40, 50 của thế kỷ XX cũng ghi nhận những bước tiến vượt bậc trong việc khám phá ra hàng loạt chất kháng sinh mới có giá trị trong y học như Streptomycin (Waksman, 1940), Cloramphenicol (Erhlich, 1947), Chlotetraxyclin (Dugar, 1948),… Tốc độ tìm kiếm các chất kháng sinh ngày càng được đẩy mạnh. Nhiều Trung tâm nghiên cứu khoa học về y học, dược phẩm và nông nghiệp tại nhiều nước trên thế giới vẫn liên tục phát hiện được hàng loạt các chất kháng sinh mới có giá trị ứng dụng trong thực tiễn. Năm 1945 phát hiện được 30 CKS, năm 1949 con số này là 150 CKS, năm 1953 xấp xỉ 450 CKS, năm 1980 có 5.500 chất và đến nay số lượng chất kháng sinh được phát hiện lên tới 17.000 chất và khoảng 30.000 chất kháng sinh bán tổng hợp [8,16]. Tuy nhiên, trong số đó chỉ có 1- 2% chất kháng sinh là có đủ tiêu chuẩn để được sử dụng trong y học. Ở Việt Nam, người đầu tiên nghiên cứu chất kháng sinh là GS. Đặng Văn Ngữ. Ông đã lấy dịch nuôi cấy nấm Penicillium và xạ khuẩn Streptomyces griseus để rửa các vết thương cho thương binh trong chiến dịch Đông Xuân 1951 – 1952. Tiếp theo, năm 1968, một đơn vị nghiên cứu về chất kháng sinh ở trường Đại học Dược Khoa Hà Nội đã được thành lập do GS. Trương Công Quyền phụ trách. Tại đây đã phân lập được hàng nghìn chủng xạ khuẩn từ các mẫu đất khác nhau. Đáng chú ý là đã tuyển chọn được một chủng thuộc nhóm Hồng có khả năng chống vi khuẩn gram âm, có hiệu quả tốt đối với vi khuẩn gây bệnh mủ xanh (Pseudomonas aeruginosa). Kháng sinh này lấy tên là Dekamycin và sau này được xác định là Neomycin. Từ năm 1974, tại Viện Khoa học Việt Nam (nay là Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã có một nhóm nghiên cứu về chất kháng sinh. Nhiều chủng vi sinh vật sinh chất kháng sinh có hoạt tính mạnh đã được ứng dụng trong bảo vệ thực vật. Một số chế phẩm kháng sinh như: tetravit, biovit, baxitraxin,… đã được sản xuất và đưa vào sử dụng trong chăn nuôi. Năm 2004, Tổng công ty Hóa chất và Tổng công ty Dược đã có dự án hợp tác xây dựng nhà máy sản xuất cephalosporin nguyên liệu với công suất 300 tấn/năm (thay thế dự án xây dựng nhà máy sản xuất penixilin nguyên liệu 1000 tấn/năm) [18]. 1.2.2. Đặc tính chung của các chất kháng sinh Chất kháng sinh do vi sinh vật sinh ra nên có đặc tính trước hết là chống vi khuẩn. Có loại kháng sinh được vi sinh vật tiết ra môi trường xung quanh như Penicillin, Streptomycin, Tetracyclin, loại khác lại được tích lũy ở trong tế bào vi sinh vật và chỉ được giải phóng ra sau khi phá vỡ tế bào như Gramycidin, Prodigiozin. Các chất kháng sinh rất đa dạng về thành phần hóa học, chúng có thể có cấu tạo mạch vòng, dị vòng, vòng thơm, có thể là axit, kiềm, polypeptit. Nghiên cứu bản chất hóa học của chất kháng sinh là rất cần thiết vì có thể hiểu rõ được cơ chế tác dụng của chất kháng sinh, biết được con đường tổng hợp chúng. Khi ở điều kiện phát triển tối ưu thì các chủng vi sinh vật tích lũy chất kháng sinh là cực đại. Như vậy, trong công nghiệp sản xuất chất kháng sinh, muốn tạo được nhiều sản phẩm thì phải tạo môi trường tối ưu. Các chất kháng sinh khác nhau có tính chất lý hóa khác nhau, như: độ hòa tan trong dung môi, khả năng bền vững với axit, kiềm, nhiệt độ,… Nghiên cứu những tính chất này có ý nghĩa trong việc xác định được phương pháp tách chiết, cô đặc, tinh sạch các chất kháng sinh. Độ hòa tan của các chất kháng sinh rất khác nhau trong các dung môi, có loại hòa tan tốt trong nước, trong cồn, trong dung môi lipit, có loại chỉ hòa tan trong một số dung môi nhất định. Khả năng bền vững với nhiệt độ của các chất kháng sinh cũng rất khác nhau, có loại bị phân hủy nhanh ở nhiệt độ phòng như penicillin. Nhưng cũng có loại rất bền với nhiệt độ, ở 600C thậm chí 1000C vẫn không bị mất hoạt tính như streptomixin, tetracyclin, chloramphenicol. Tính chất này được ứng dụng trong sản xuất các chất kháng sinh. Các chất kháng sinh hòa tan trong huyết thanh và trong dịch mô mà vẫn không bị mất hoạt tính. Đặc tính này của chất kháng sinh rất có ý nghĩa trong y học. Độ độc của chất kháng sinh đối với cơ thể bậc cao cũng rất khác nhau. Đa số các chất kháng sinh từ vi sinh vật thì ngoài tính kháng khuẩn còn gây độc cho cơ thể bậc cao. Ví dụ: chloramphenicol dùng nhiều và lâu sẽ gây suy tủy, tetracyclin dùng nhiều và lâu sẽ gây ảnh hưởng đến gan. Một số chất kháng sinh khác có độ độc trung bình, cho nên chỉ được dùng để điều trị các vết thương tại chỗ. Một trong những đặc tính nổi bật của chất kháng sinh là có tác động chọn lọc đối với vi sinh vật. Vì vậy không thể có chất kháng sinh nào có thể tác động lên tất cả các vi sinh vật. 1.2.3. Cơ chế tác động của chất kháng sinh Cơ chế tác động của chất kháng sinh là những cách thức mà chất kháng sinh tác động lên các vị trí đích khác nhau trong tế bào qua đó ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của vi sinh vật. Cơ chế tác động của chất kháng sinh phụ thuộc vào bản chất hóa học và nồng độ của chất kháng sinh. Không thể có một cơ chế chung cho sự tác động của chất kháng sinh lên tế bào vi sinh vật. Nhìn chung cơ chế tác động của chất kháng sinh được biểu hiện theo các hướng cơ bản sau: * Ức chế tổng hợp thành tế bào Thành tế bào được cấu trúc chủ yếu bởi thành phần peptidoglycan (PG), có chức năng giữ hình dạng đặc trưng cho tế bào, bảo vệ cho tế bào khỏi vỡ dưới áp lực thẩm thấu cao ở bên trong tế bào. PG là một đại phân tử cấu tạo bởi các chuỗi polisaccarit bao gồm các đơn phân là hai loại dẫn xuất của glucoza nằm xen kẽ nhau và lặp lại một cách liên tục (NAG – NAM). Để có thể sinh trưởng và phân chia, tế bào phải tổng hợp các đơn vị PG mới và vận chuyển nó tới đúng vị trí sinh trưởng của thành tế bào. Phần lớn các tác nhân kháng khuẩn thông thường đều hoạt động dựa trên sự ức chế quá trình hình thành liên kết chéo giữa các tetrapeptit của tiểu phần NAM. Nổi bật nhất giữa các chất này là các kháng sinh ß-lactam mà đại diện là penixillin và cephalosporin. Đây là các chất có vùng chức năng là các vòng ß-lactam. Các kháng sinh ß-lactam ức chế sự hình thành PG mới bằng cách gắn với transpeptidaza là enzym cần thiết cho sự hình thành liên kết chéo giữa các chuỗi PG, kìm hãm hoạt tính của enzym này và làm gián đoạn sự tổng hợp thành tế bào của vi khuẩn. Các penixillin không thấm qua được màng ngoài của vi khuẩn Gr (-) nên hiệu quả chống các vi khuẩn này rất thấp. Tuy nhiên các penixillin và cephalosporin phổ rộng hoặc bán tổng hợp có thể vượt qua màng ngoài vi khuẩn Gr (-). Một số chất kháng sinh khác như vancomycin ức chế sự hình thành thành tế bào theo cách cản trở trực tiếp đến sự hình thành cầu D-alanin-D-alanin liên kết tiểu phần NAM của các vi khuẩn Gr (+). * Phá hủy màng sinh chất Thuộc nhóm này bao gồm có các kháng sinh: colistin, polymyxin, amphotericin. Các kháng sinh này phá hủy màng sinh chất bằng cách gắn với ergosterol hay cholesterol là thành phần của màng sinh chất, tạo nên các lỗ trên màng và làm thất thoát nội chất ra ngoài dẫn tới gây chết tế bào. Màng sinh chất của hầu hết vi khuẩn không có sterol nên chúng có khả năng đề kháng với amphoterixin B. Tuy nhiên chúng có thể bị phá hủy bởi polymixin. Kháng sinh này gắn vào thành phần photpholipit màng, làm thay đổi cấu trúc màng, dẫn tới làm rò rỉ một số chất của tế bào [7]. Ức chế quá trình sinh tổng hợp protein Thuộc nhóm này có khoảng gần 70 chất kháng sinh đã được nghiên cứu. Trong số đó có: streptomycin. gentamycin, neomycin, các tetracyclin, cloramphenicol, erythromycin,… Các kháng sinh nhóm aminoglycoside gắn vào tiểu phần 30s của riboxom làm biến dạng tiểu phần này và gây ra quá trình dịch mã không chính xác dẫn đến tổng hợp nên những protein bất thường. Các kháng sinh nhóm tetracyclin gắn vào tiểu phần 30s ngăn cản sự gắn các axit amin vào chuỗi polypeptit đang được kéo dài. Chloramphenicol gắn với tiểu phần 50s của ribosom ức chế enzim peptidyltransferase, ngăn cản việc gắn kết các axit amin mới vào chuỗi peptit mới. Các kháng sinh nhóm macrolide gắn với tiểu phần 50s của ribosom, ngăn cản sự dịch chuyển của ribosom từ codon này tới codon kế tiếp, kết quả là quá trình dịch mã bị cản trở và sự tổng hợp protein bị dừng lại. * Ức chế tổng hợp axit nucleic Axit nucleic (ADN, ARN) là các đại phân tử sinh học không thể thiếu đối với sự sống của tế bào. Một số chất kháng sinh đã cản trở quá trình tổng hợp axit nucleic bằng cách ức chế sự tổng hợp các nucleotit, ức chế sao chép hoặc dừng phiên mã [10]. Do không thể tổng hợp vật chất di truyền nên các vi sinh vật gây bệnh không thể sinh sản và duy trì nòi giống được. Hiện nay người ta đã biết rõ khoảng 20 chất phá hủy trao đổi chất và ức chế tổng hợp ARN, 26 chất ức chế trao đổi hoặc tổng hợp ADN [10]. * Ức chế trao đổi chất Các chất kháng sinh theo cơ chế này có cấu trúc gần giống với các chất trao đổi bình thường nên được coi là các chất kháng trao đổi. Chúng sẽ cạnh tranh trung tâm hoạt động của enzym với các chất trao đổi bình thường làm cho sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật bị ức chế. Các kháng sinh thuộc nhóm này có: sunfonamit, trimethoprim… có cơ chế hoạt động như một chất kháng trao đổi. Các chất kháng trao đổi rất có giá trị trong y học vì chúng chỉ có tác dụng ức chế lên tế bào vi sinh vật mà không có tác dụng lên tế bào của người. 1.2.4. Các chất kháng sinh có nguồn gốc từ xạ khuẩn Một trong những đặc điểm quan trọng nhất của xạ khuẩn là khả năng hình thành chất kháng sinh. Trong số 8000 chất kháng sinh hiện biết trên thế giới, có hơn 80% là có nguồn gốc từ xạ khuẩn [4]. Hầu hết các chất kháng sinh có nguồn gốc từ xạ khuẩn đều có phổ kháng khuẩn rộng. Trong số đó đã có rất nhiều chất đã và đang được sử dụng trong y học để điều trị các bệnh nhiễm trùng. Streptomycin: Được Waksman phát hiện ra từ năm 1943, có nguồn gốc từ xạ khuẩn Streptomyces griseus, có khả năng chống các vi khuẩn Gr (-) khá mạnh. Streptomycin được sử dụng rất có hiệu quả để điều trị các bệnh dịch hạch, ho gà và đặc biệt quan trọng hơn cả là dùng để chứa các bệnh lao [5]. Neomycin: Là chất kháng sinh có hoạt phổ rộng, được tách ra từ xạ khuẩn Streptomyces fradiae vào năm 1949, có tác dụng chống cả các vi khuẩn Gr (-) và Gr (+). Đặc biệt là chống được nhiều loài vi khuẩn đã kháng lại với penixilin và streptomycin [5]. Gentamycin: Có nguồn gốc từ xạ khuẩn Micromonospora purpurea, có phổ kháng sinh rộng, có tác dụng chống cả vi khuẩn Gr (+) như tụ cầu, phế cầu đã kháng lại penixilin và vi khuẩn Gr (-) như màng não cầu, lậu cầu. Trong y học, chủ yếu dùng để điều trị các bệnh do nhiễm Pseudomonas [5]. Tetracyclin: Là các kháng sinh được tách chiết từ dịch nuôi cấy một số chủng xạ khuẩn thuộc chi Streptomyces, các chất kháng sinh này có phổ kháng sinh rộng, chống được cả các vi khuẩn Gr (+), Gr (-), ricketsia và một vài loài vi rút lớn. Ngoài sử dụng trong y học, tetracyclin còn được sử dụng trong chăn nuôi - thú y [2, 5]. Chloramphenicol: Có nguồn gốc từ xạ khuẩn Streptomyces venezuelae, được phát hiện vào năm 1947, có hoạt tính chống lại được nhiều loài vi khuẩn Gr (+), Gr (-). Ngoài sử dụng trong y học, chất kháng sinh này còn được dùng trong chăn nuôi – thú y và thủy sản [17]. Erythromycin: Có nguồn gốc từ xạ khuẩn Streptomyces erythreus, là chất kháng sinh có phổ rộng đối với các vi khuẩn Gram dương, được sử dụng nhiều nhất trong điều trị bệnh viêm phổi do mycoplasma và viêm họng do liên cầu khuẩn [4,17]. Novobicin: Có nguồn gốc từ xạ khuẩn Streptomyces spheroides và Streptomyces niveus, có hoạt tính mạnh đối với vi khuẩn Gr (+). Đặc biệt có khả năng chống các tụ cầu đã kháng với penixilin và một số CKS khác [14]. Vancomycin: Có nguồn gốc từ xạ khuẩn Streptomyces orientaliss, được dùng để điều trị các bệnh nhiễm khuẩn do vi khuẩn Gram dương, đặc biệt là các liên cầu, tụ cầu và phế cầu [17]. 1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh tổng hợp chất kháng sinh • Điều kiện nuôi cấy * Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng, phát triển và khả năng tổng hợp chất kháng sinh ở xạ khuẩn. Hầu hết xạ khuẩn phát triển tốt ở 28- 300C, nhiệt độ tối ưu cho tổng hợp CKS nằm trong khoảng 18- 300C [18]. * pH môi trường: Sinh tổng hợp chất kháng sinh phụ thuộc rất lớn vào pH môi trường. pH thích hợp cho sinh tổng hợp chất kháng sinh thường là pH trung tính, pH axit hay kiềm đều ức chế quá trình tổng hợp CKS [9]. * Độ thông khí: Xạ khuẩn là vi khuẩn hiếu khí có nhu cầu thông khí cao hơn so với các sinh vật khác nhất là trong giai đoạn nhân giống (khoảng từ giờ thứ 6- 12 của quá trình nuôi cấy). Do đó yếu tố thông khí có ảnh hưởng quyết định đến sinh tổng hợp chất kháng sinh [9]. * Tuổi giống: Khả năng sinh tổng hợp chất kháng sinh còn phụ thuộc vào tuổi sinh lý và chất lượng bào tử của xạ khuẩn. Tuổi của xạ khuẩn cho hiệu suất cao nhất là 24 giờ. Lượng giống cấy truyền khoảng 2-10%. • Thành phần môi trường lên men * Nguồn cacbon: Cacbon là nguyên tố có mặt ở hầu hết các chất trong cơ thể xạ khuẩn cũng như trong các sản phẩm trao đổi chất, do vậy các hợp chất cacbon có ý nghĩa hàng đầu trong sinh trưởng và hình thành chất kháng sinh. Đối với xạ khuẩn nguồn cacbon thích hợp nhất thường là tinh bột, ngoài ra còn sử dụng các loại đường như: glucose, fructose, maltose,…[13]. * Nguồn nitơ: Nitơ là thành phần dinh dưỡng không thể thiếu được trong quá trình sinh trưởng và hình thành chất kháng sinh của xạ khuẩn. Nguồn nitơ hữu cơ thường sử dụng là các hợp chất từ thực vật như bột đậu tương. Nguồn nitơ vô cơ là các muối amoni, muối nitrat. * Nguồn photpho vô cơ: Photpho là yếu tố điều chỉnh sinh tổng hợp chất kháng sinh. Nồng độ photpho cao sẽ làm tăng tổng hợp axit nucleic trong tế bào, rút ngắn pha tổng hợp và kéo dài pha dinh dưỡng [24]. * Các nguyên tố vi lượng: Là một trong các thành phần không thể thiếu được trong môi trường lên men làm thay đổi đáng kể khả năng tổng hợp chất kháng sinh của nhiều chủng xạ khuẩn. 1.2.6. Tách chiết chất kháng sinh Phần lớn các chủng sản sinh kháng sinh và tiết ra môi trường xung quanh, nhưng có một số chủng chỉ tiết một phần vào môi trường còn chủ yếu là vẫn nằm trong sinh khối. Tuy nhiên cũng có những chủng, chất kháng sinh chỉ được tích tụ ở trong sinh khối. Để lựa chọn được phương pháp tách chiết chất kháng sinh phù hợp phải dựa vào bản chất hoá học của các chất kháng sinh. Các chất kháng sinh có thể tan trong nước hoặc tan trong các dung môi hữu cơ. Đối với các chất tan trong dung môi hữu cơ dễ tinh sạch hơn so với tan trong nước. Thông thường, nếu kháng sinh nằm trong dịch nuôi cấy có thể lựa chọn các phương pháp: chiết rút bằng các dung môi không hỗn hợp với nước, kết tủa thành dạng hợp chất không hoà tan hoặc hấp phụ bằng nhựa trao đổi ion, còn nếu chất kháng sinh nằm trong sinh khối tế bào có thể chiết rút bằng các dung môi hữu cơ. Trước khi tiến hành chiết rút kháng sinh ra khỏi môi trường nuôi cấy, cần phải loại sinh khối tế bào ra khỏi dịch nuôi bằng phương pháp lọc hay ly tâm. Khi sử dụng phương pháp lọc để loại sinh khối, một điều cần lưu ý là pH của dịch nuôi cấy có ảnh hưởng lớn đến việc chất kháng sinh đi ra môi trường nhiều hay tích tụ trong sinh khối nhiều. Ví dụ, nếu pH của dịch nuôi cấy chủng Streptomyces rimosus thấp (axit), kháng sinh oxytetracyclin đi ra môi trường nhiều, ngược lại nếu pH kiềm thì kháng sinh lại tích tụ trong sinh khối nhiều hơn [15]. Đối với các dịch lên men có độ nhớt cao thường gây khó khăn cho quá trình lọc, vì vậy để khắc phục, người ta thường bổ sung một số chất trợ lọc giúp cho quá trình lọc diễn ra tốt hơn. Phương pháp ly tâm không những loại được sinh khối mà còn loại bỏ được các chất không có lợi ra khỏi dịch nuôi cấy. Tốc độ ly tâm được sử dụng với mục đích này là 15.000 vòng/phút. Tách chiết chất kháng sinh từ sinh khối Trước khi tách chiết, cần phải rửa sinh khối bằng nước để loại bỏ các thành phần của môi trường. Chiết rút là phương pháp thích hợp nhất để tách chiết chất kháng sinh ra khỏi sinh khối tế bào. Hiệu quả tách chiết phụ thuộc vào khả năng hoà tan của chất kháng sinh trong dung môi chiết. Các dung môi hữu cơ dùng để tách chiết chất kháng sinh có thể là: butanol, metanol, etyl axetat, axeton,… Trong đó, methanol là dung môi thường được sử dụng để tách chiết chất kháng sinh từ sinh khối rất có hiệu quả. Tách chiết chất kháng sinh từ dịch lọc Các chất kháng sinh có trọng lượng phân tử thấp thường hoà tan trong nước và trong dung môi hữu cơ. Để tách chiết có hiệu quả cần phải lựa chọn các loại dung môi hoà tan chất kháng sinh và có thể bổ sung một số chất như: axit oleic, axit palmitic,… vào dịch lọc để làm tăng khả năng hoà tan của chất kháng sinh. Dung môi có chứa chất kháng sinh được cô ở điều kiện chân không và nhiệt độ thấp (dưới 60oC) để loại bỏ dung môi. Chất kháng sinh thô nhận được từ dịch lọc hay sinh khối được làm sạch hoá học bằng cách cô đặc và loại bỏ tạp chất. Điểm đáng chú ý là các chất kháng sinh thường bị mất hoạt tính trong điều kiện nhiệt độ cao, axit và kiềm cao. Do vậy, khi tách chiết và tinh sạch, phải sử dụng các điều kiện thích hợp sao cho chất kháng sinh giữ được hoạt tính. Phương pháp cơ bản để tinh sạch chất kháng sinh Phương pháp chiết rút: phương pháp này làm sạch kháng sinh nhiều lần bằng chiết dung môi, sau đó kết tủa và tinh chế. Phương pháp hấp thụ trao đổi ion: phương pháp này dựa trên bản chất hoá học của chất kháng sinh là axit, kiếm hay là hợp chất vô định hình được hấp phụ trên nhựa trao đổi ion mang điện tích dương hay âm, dạng cationit hay anionit trong cột, sau đó sử dụng dung dịch để thôi kháng sinh khỏi nhựa ion. Dung dịch kháng sinh nhận được sẽ có độ sạch hơn. Phương pháp kết tủa: phương pháp này dựa trên bản chất hoá học của chất kháng sinh là chất hữu cơ hay vô cơ có thể kết tủa. Chất kết tủa nhận được bằng cách lọc hay ly tâm. Sau khi sấy khô nhận được chất kháng sinh ở dạng bột tinh sạch hơn. Tinh chế chất kháng sinh Để chất kháng sinh có độ tinh khiết cao hơn cần sử dụng phương pháp kết tinh. Đây là phương pháp quan trọng nhất để tinh chế các hợp chất ở dạng rắn. Sự kết tinh có thể thực hiện bằng cách giảm nhiệt độ hay bằng cách thay đổi hệ dung môi. Dung môi chứa các vệt chất kháng sinh cuối cùng của các quá trình kết tinh có thể loại bỏ bằng cách cô chân không. Các phương pháp: sắc ký hấp phụ, sắc ký bản mỏng hay sắc ký lỏng cao áp là những phương pháp tinh chế chất kháng sinh rất có hiệu quả. 1.3. Một vài nét về hai chủng xạ khuẩn HT17.8 và HT28 Chủng HT28 Chủng HT28 là một trong số các chủng xạ khuẩn sinh chất kháng sinh có hoạt tính cao, đã được phân lập từ đất Thái Nguyên. Chủng HT28 đã được định tên khoa học là Streptomyces cinereoruber subp. HT28 và nghiên cứu một số đặc điểm sinh học. Đặc điểm hình thái Chủng HT28 có cuống sinh bào tử dạng thẳng (RF), bề mặt bào tử nhẵn, số lượng bào tử trên một chuỗi là 20-45 (hình 1.1). (Độ phóng đại 1000 lần) ( Độ phóng đại 15000) Hình 1.1. Hình dạng cuống sinh bào tử và bề mặt bào tử của chủng HT28 Đặc điểm nuôi cấy Chủng HT28 có khả năng sinh trưởng tốt trên môi trường Gause 1. Trên môi trường này hệ khuẩn ty khí sinh hình thành sớm hơn, màu sắc rõ ràng và có màu xám, không có khả năng sinh sắc tố hòa tan. HT28 có khả năng hình thành sắc tố melanin. Đặc điểm sinh lý, sinh hóa Chủng HT28 có khả năng sinh các enzym ngoại bào: amylase, cellulase và protease. Là chủng ít ưa mặn (chịu được nồng độ muối tối đa là 5%), sinh trưởng trong khoảng nhiệt độ từ 20 – 400C, sinh trưởng tốt nhất trong khoảng nhiệt độ từ 25 – 350C. Chúng sinh trưởng tốt trên môi trường trung tính hoặc hơi axit (6,5 – 7). Còn pH thích hợp nhất cho quá trình sinh tổng hợp chất kháng sinh của chủng là pH trung tính [12]. Chủng HT17.8 Chủng HT17.8 mới được phân lập từ đất Hà Thượng – Đại Từ - Thái Nguyên. Theo kết quả tuyển chọn sơ bộ và sàng lọc, chủng HT17.8 cũng là một trong số các chủng có hoạt tính kháng sinh mạnh, có hoạt phổ rộng. Ngoài khả năng kháng được cả hai nhóm vi khuẩn Gr (+) và Gr (-) còn có khả năng kháng nấm. 1.4. Ứng dụng của chất kháng sinh ngoài lĩnh vực y học Chất kháng sinh không chỉ được sử dụng trong y học để chữa bệnh cho con người mà còn được ứng dụng rộng rãi trong một số lĩnh vực khác như: bảo vệ thực vật, chăn nuôi, bảo quản thực phẩm,… Trong chăn nuôi, kháng sinh được dùng để phòng chữa bệnh và kích thích tăng trọng cho gia súc, gia cầm. Kháng sinh bổ sung vào thức ăn chăn nuôi có tác dụng ức chế và loại bỏ sự hoạt động của vi khuẩn, đặc biệt vi khuẩn gây bệnh đường tiêu hóa và hô hấp trên động vật non, như vậy làm cho chúng khỏe mạnh tăng trưởng tốt. Rất nhiều chất kháng sinh được dùng với mục đích này như tetracyclin, bacitraxin, monelzin,… Ở Việt Nam, năm 1982 đã sản xuất chế phẩm biovit 5 và terravit ở quy mô 12 tấn / năm. Kết quả thử nghiệm trên gia súc, gia cầm đã tăng trọng 15-25%, giảm tiêu tốn thức ăn 8,2%, tăng sản lượng đẻ trứng ở gà 5-7% [1]. Hiện nay việc dùng thuốc hóa học trong bảo vệ thực vật vẫn là phổ biến nhất. Tuy nhiên, việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học lại gây ra những tác hại không nhỏ đến môi trường và sức khỏa con người. Để khắc phục những nhược điểm trên thì việc sử dụng các chất kháng sinh trong bảo vệ thực vật vừa có tác dụng nhanh, dễ phân hủy, có tính đặc hiệu cao, chỉ tiêu diệt một hoặc một số sâu bệnh nhất định mà không ảnh hưởng đến những loài có ích khác và đặc biệt chất kháng sinh còn có khả năng ức chế cả các vi sinh vật đã kháng thuốc hóa học. Các kháng sinh được ứng dụng để tiêu diệt các nấm và vi khuẩn gây bệnh cho cây trồng như các bệnh khô vằn, vàng lụa ở lúa (calydamyxin, blasticidin S, kasugamyxin,…) bệnh thối cổ rễ ở các cây có củ,… Ngoài ra chất kháng sinh còn được sử dụng làm chất kích thích tăng trưởng ở những nồng độ nhất định như kích thích nảy mầm ở hạt. Việc sử dụng các chất kháng sinh trong bảo vệ thực vật ngày càng được phổ biến rộng rãi trên thế giới nhất là ở các nước Nga, Nhật Bản, Trung Quốc, Ấn Độ. Năm 1950, Trung Quốc đã tuyển chọn được chủng Streptomyces sp. 5406 có khả năng ức chế Rhizoctonia solani và Verticillium albo – atrum gây thối rễ ở bông non [13]. Năm 2002, ở Ấn Độ đã phân lập được chủng Streptomyces sp. 201 có khả năng sinh chất kháng sinh mới là z – methylheptyl iso - nicotinate, chất kháng sinh này có khả năng kháng lại nhiều loại nấm gây bệnh như Fusarium oxysporum, Fusarium solani, Fusarium semitectum, Fusarium moniliforme. Năm 2002, Trung tâm công nghệ sinh học – Đại học Quốc gia Hà Nội đã phân lập được chủng xạ khuẩn Streptomyces sp. LD30 có khả năng ức chế được vi khuẩn Pseudomonas solanacearum gây bệnh héo lá ở cây trồng [3]. Năm 2008, 2 chủng xạ khuẩn Actinomyces brunneofungus Đ1 và Streptomyces misawaensis R2 có hoạt tính kháng nấm mạnh, đặc biệt là có khả năng kháng được các chủng nấm gây bệnh trên chè cũng đã được phân lập ở Thái Nguyên [8]. Bên cạnh đó chất kháng sinh còn được sử dụng để bảo quản thực phẩm. Dùng kháng sinh để bảo quản thực phẩm vừa rẻ vừa đơn giản, vừa không cần trang thiết bị đặc biệt nhưng vẫn đảm bảo chất lượng thực phẩm cho nên vào những năm 1960 nhiều nước trên thế giới đã sử dụng rộng rãi các loại kháng sinh để bảo quản thịt, cá tươi và ướp lạnh các sản phẩm chế biến từ cá, thịt… Một số chất kháng sinh thường được sử dụng trong bảo quản thực phẩm như: clotetraciclin, nisin, subtilin, actidion, biomicin,… Các chất kháng sinh sử dụng theo hướng này cần phải có phổ tác dụng rộng để tác động lên cả vi khuẩn và nấm. Tuy nhiên, việc sử dụng chất kháng sinh trong bảo quản thực phẩm cũng còn có một số tồn tại: chất kháng sinh khó phân hủy và khi tồn dư trong thực phẩm có thể gây ra nhiều mối nguy hiểm cho người, làm xuất hiện nhiều chủng vi sinh vật có khả năng kháng thuốc, làm mất tác dụng của chất kháng sinh trong điều trị. Vì vậy để khắc phục tồn tại trên, việc sử dụng chất kháng sinh trong bảo quản thực phẩm cần phải tuân theo đúng nguyên tắc. Nên ưu điểm sử dụng các chất kháng sinh ít hoặc không được dùng trong y học như nisin. Ngày nay rất nhiều nước đã sản xuất những chất kháng sinh chuyên dùng cho mục đích này. Chương 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu nghiên cứu 2.1.1. Xạ khuẩn Hai chủng xạ khuẩn là HT17.8 và Streptomyces cineveoruber subp. HT28 do Khoa Khoa học sự sống – Trường Đại học Khoa học cung cấp. Đây là hai trong số các chủng có hoạt tính kháng sinh mạnh được tuyển chọn để tiếp tục nghiên cứu. Chủng được bảo quản và giữ giống trong môi trường Gause 1. 2.1.2. Vi sinh vật kiểm định Chủng vi khuẩn Staphylococcus aureus ATCC 25923 do Viện Kiểm nghiệm – Bộ Y tế cung cấp. Chủng được bảo quản và giữ giống trong môi trường MPA. 2.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm 2.2.1. Hóa chất - Các loại dung môi hữu cơ: axeton, n-butanol, iso butanol, etyl axetat, n- propanol, metanol, etanol, axit axetic, benzen, cloroform,… - Các loại muối: NaCl, KNO3, CaCO3, K2HPO4, MgSO4,… - Các loại cao: cao thịt, pepton, cao nấm men,… - Các loại hóa chất khác: tinh bột, thạch, casein,… 2.2.2. Dụng cụ - Tủ ấm, tủ sấy (Đức), tủ lạnh - Máy li tâm Hettich (Đức) - Cân phân tích, cân kĩ thuật - Box cấy vô trùng (Mỹ) - Nồi khử trùng (Đài Loan) - Máy lắc (Hàn Quốc) - Lò vi sóng Sharp - Máy cất nước một lần Hamilton - Các dụng cụ thủy tinh của Việt Nam, Trung Quốc, Đức,…. 2.3. Môi trường nghiên cứu (g/l) Môi trường Gause 1 - Tinh bột tan: 20 - K2HPO4: 0,5 - NaCl : 0,5 - FeSO4: 0,01 - KNO3: 1 - Thạch: 20 - MgSO4.7H2O: 0,5 - Nước máy vừa đủ 1 lít - pH = 6,8 ÷ 7 Môi trường MPA - Cao thịt: 3 - Thạch: 20 - NaCl: 5 - Nước máy vừa đủ 1 lít - Pepton: 10 - pH = 7 Môi trường A – 4 - Glucose: 10 - CaCO3: 1 - Bột đậu tương: 10 - Nước máy vừa đủ 1 lít - NaCl: 5 - pH = 7 Môi trường A – 4H - Glucose: 15 - CaCO3: 1 - Bột đậu tương: 15 - Nước máy vừa đủ 1 lít - NaCl: 5 - pH = 7 Môi trường Gause 2 - Cao thịt: 3 - Glucose: 10 - Pepton: 5 - Thạch: 20 - NaCl: 5 - Nước máy vừa đủ 1 lít - pH = 7 ÷ 7,4 Môi trường 79 - Glucose: 10 - NaCl: 6 - Pepton: 10 - K2HPO4: 0,2 - Cazein thủy phân: 2 - Thạch: 20 - Cao nấm men: 2 - Nước máy vừa đủ 1 lít - pH = 7 ÷ 7,4 2.4. Các phương pháp nghiên cứu 2.4.1. Phương pháp giữ giống Hai chủng xạ khuẩn HT17.8 và HT28 được nuôi trên môi trường thạch nghiêng (môi trường Gause 1). Sau 5 ÷ 7 ngày nuôi cấy, kiểm tra các ống giống, loại bỏ các ống bị nhiễm, sau đó bảo quản trong tủ lạnh ở nhiệt độ 30C ÷ 50C. Cấy chuyển giống định kì mỗi tháng một lần. Trước khi sử dụng phải cấy truyền sang ống thạch mới để hoạt hóa giống [5]. 2.4.2. Phương pháp lên men xạ khuẩn tạo kháng sinh Xạ khuẩn được lên men trên các môi trường cơ bản là: A – 4; A - 4H; Gause 1; Gause 2; 79. Sau 96 giờ nuôi trên máy 220 vòng/ phút ở nhiệt độ phòng. Xác định HTKS của dịch lên men bằng phương pháp đục lỗ để chọn ra môi trường cơ bản phù hợp cho những nghiên cứu tiếp theo [9]. 2.4.3. Phương pháp xác định hoạt tính kháng sinh * Phương pháp khối thạch [6, 7] Đây là phương pháp để sơ tuyển xạ khuẩn có hoạt tính kháng sinh. Xạ khuẩn được nuôi cấy trên môi trường Gause l hoặc Gause 2, sau 5 ÷ 7 ngày, khi xạ khuẩn mọc tốt dùng khoan nút chai khoan các thỏi thạch đặt vào đĩa petri đã cấy sẵn vi sinh vật kiểm định. Sau đó đặt vào tủ lạnh 40C trong vòng 4 ÷ 5 giờ để chất kháng sinh kịp khuếch tán rồi nuôi ở nhiệt độ ấm 28 ÷ 300C. Đọc kết quả sau 24 giờ đối với vi khuẩn, 3 ngày đối với nấm kiểm định. Hoạt tính kháng sinh được xác định theo kích thước vòng vô khuẩn: D-d (mm) trong đó D là đường kính vòng vô khuẩn, d là đường kính thỏi thạch. Các vi khuẩn kiểm định được nuôi cấy trên môi trường MPA. * Phương pháp đục lỗ Đây là phương pháp thử hoạt tính kháng sinh của xạ khuẩn trong dung dịch. Xạ khuẩn được nuôi trong môi trường lên men thích hợp trên máy lắc 220 vòng/ phút ở nhiệt độ 28 ÷ 300C, sau 120 giờ lấy ra đem li tâm ở 5000v/p trong 10 phút để thu dịch kháng sinh thô. Dùng khoan nút chai khoan các lỗ trên bề mặt thạch đã cấy vi khuẩn ở hộp petri, nhỏ vào mỗi lỗ thạch 0,1 ml dịch nuôi cấy cần thử. Các bước tiếp theo giống như phương pháp khối thạch. 2.4.4. Phương pháp tách chiết chất kháng sinh bằng dung môi hữu cơ * Phương pháp tách chiết CKS từ sinh khối bằng dung môi hữu cơ Sau khi lên men trong 5÷7 ngày, dịch nuôi cấy và sinh khối được tách riêng. Phần sinh khối được tách bằng các loại dung môi khác nhau với tỉ lệ chiết là 1:1 theo đơn vị thể tích/ thể tích. Hỗn hợp dung môi sinh khối này được lắc 30 phút ở nhiệt độ phòng, sau đó ly tâm loại sinh khối. Cuối cùng dung môi chiết được thử hoạt tính kháng sinh trên vi sinh vật kiểm định bằng phương pháp đục lỗ thạch. * Phương pháp tách chiết CKS từ dịch ngoại bào bằng dung môi hữu cơ Dịch lên men sau khi loại sinh khối có thể được tách bằng các loại dung môi hữu cơ khác nhau như n- butanol, etyl axetat... tỷ lệ giữa dịch chiết và dung môi là 1:1 theo đơn vị thể tích/ thể tích. Hỗn hợp dịch lên men và dung môi được lắc ở nhiệt độ phòng trong 30 phút. Sau đó thử hoạt tính kháng sinh trong dung môi chiết trên vi sinh vật kiểm định bằng phương pháp đục lỗ thạch. 2.4.5. Phương pháp xác định một số tính chất của chất kháng sinh * Phương pháp xác định khả năng bền trong pH của chất kháng sinh Xạ khuẩn được nuôi lắc trong môi trường lên men thích hợp sau 5÷7 ngày tiến hành ly tâm thu dịch lên men. Dịch lên men được chỉnh pH theo các pH 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 bằng NaOH 0,5M và CH3COOH 0,4M và giữ ở nhiệt độ phòng trong 10 phút. Sau đó chỉnh tiếp dịch lên men có các mức pH trên về pH = 7 rồi tiến hành thử hoạt tính kháng sinh bằng phương pháp đục lỗ thạch. * Phương pháp xác định khả năng bền với nhiệt độ của chất kháng sinh Dịch nuôi cấy sau khi lọc được đun cách thủy ở 400C, 600C, 800C, 1000C kéo dài 20, 40 và 60 phút, sau đó để nguội và xác định hoạt tính kháng sinh bằng phương pháp đục lỗ thạch. 2.4.6. Phương pháp xử lý số liệu Kết quả nghiên cứu được xử lý theo phương pháp thống kê sinh học trên phần mềm excel. Đây là phần mềm lập trình sẵn, các hàm sử dụng được dựa trên những công thức cơ bản của toán thống kê trong đó có công thức: - Giá trị trung bình (): - Độ lệch chuẩn (): - Sai số m: Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Hoạt tính kháng sinh của hai chủng xạ khuẩn HT17.8 và HT28 Chất kháng sinh là sản phẩm thứ cấp, vì vậy trong quá trình bảo quản và cấy truyền nhiều lần, các chủng giống thường bị thoái hóa, có thể dẫn đến làm giảm hoạt tính hoặc mất hoàn toàn khả năng hình thành kháng sinh. Hai chủng xạ khuẩn HT17.8 và HT28 được giữ trong ống thạch nghiêng trên môi trường Gause 1 (hình 3.1.a), vì vậy trước khi tiến hành nghiên cứu chúng tôi đã kiểm tra lại hoạt tính kháng sinh của hai chủng theo phương pháp đục lỗ. Kết quả được thể hiện trên hình 3.1.b đã chứng tỏ hai chủng vẫn giữ được hoạt tính và tương đối ổn định. Đây là một đặc điểm cần có của các chủng xạ khuẩn được lựa chọn để tiếp tục nghiên cứu. a b Hình 3.1. Ảnh giữ giống và hoạt tính kháng sinh của hai chủng HT17.8 và HT28 (VSVKĐ: Staphylococcus aureus) 3.2. Lựa chọn môi trường lên men thích hợp Chủng xạ khuẩn HT17.8 là một chủng có hoạt tính kháng sinh mạnh mới được phân lập, vì vậy trước hết chúng tôi tiến hành lựa chọn môi trường lên men thích hợp cho chủng này. Môi trường lên men đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ sản xuất chất kháng sinh. Một môi trường lên men tốt phải đảm bảo cho chủng sinh trưởng tốt đồng thời cho hiệu suất kháng sinh cao. Để lựa chọn được môi trường đáp ứng được cả hai điều kiện này, chúng tôi sử dụng 5 loại môi trường lên men cơ sở là Gause 1, Gause 2, A - 4, A - 4H và 79. Quá trình lên men tiến hành trên máy lắc với tốc độ 220 vòng/phút ở 28 - 300C. Sau 5-7 ngày, xác định hoạt tính kháng sinh của dịch lên men bằng phương pháp đục lỗ. Kết quả được thể hiện trên bảng 3.1 và hình 3.2. Bảng 3.1. HTKS của chủng HT17.8 trên các môi trường lên men STTMôi trường lên menHoạt tính kháng sinh (D – d, mm)1Gause 117,4 ± 0,472Gause 223,2 ± 0,373A – 416,4 ± 0,174A – AH20,9 ± 0,1757912,2 ± 0,30 Hình 3.2. HTKS của chủng HT17.8 trên các môi trường lên men Các kết quả trên đã chứng tỏ môi trường lên men có ảnh hưởng rất rõ rệt đến khả năng sinh tổng hợp chất kháng sinh của chủng HT17.8. Trong 5 loại môi trường được sử dụng để lên men, hoạt tính biểu hiện mạnh nhất trên hai môi trường Gause 2 và A - 4H. Dịch lên men trong hai môi trường này có vòng vô khuẩn khá lớn, đặc biệt là môi trường Gause 2, đường kính vòng vô khuẩn là 23,2 mm (hình 3.3). Trên môi trường 79, dịch lên men có hoạt tính thấp, mặc dù đó là môi trường rất giàu dinh dưỡng, đặc biệt là nguồn nitơ. Để tổng hợp chất kháng sinh, xạ khuẩn cần thiết phải có các nguồn dinh dưỡng cacbon, nitơ, các nguyên tố khoáng, các chất sinh trưởng. Tuy nhiên, nhu cầu sử dụng các nguồn dinh dưỡng rất khác nhau giữa các chủng giống. Nhiều trường hợp dư thừa glucose hay amon trong môi trường có thể dẫn đến làm ức chế quá trình tổng hợp chất kháng sinh [2]. Căn cứ từ kết quả trên, chúng tôi đã sử dụng môi trường Gause 2 để lên men chất kháng sinh cho chủng HT17.8. Hình 3.3. HTKS của chủng HT17.8 trên các môi trường lên men 1- Gause 1; 2- Gause 2; 3- A-4; 4- A–4H; 5- 79 3.3. Tách chiết chất kháng sinh 3.3.1. Tách chiết chất kháng sinh từ sinh khối Khả năng hòa tan của chất kháng sinh trong các loại dung môi rất khác nhau. Đây là một đặc tính cần được chú ý để thu nhận kháng sinh. Để xác định được dung môi thích hợp cho việc tách chiết chất kháng sinh, hai chủng HT17.8 và HT28 được lên men trên các môi trường lên men thích hợp nhất, sau 5-7 ngày, ly tâm thu sinh khối và tiến hành tách chiết bằng dung môi hữu cơ. Chúng tôi đã sử dụng 6 loại dung môi để chiết rút chất kháng sinh từ sinh khối và xác định HTKS của dịch chiết bằng phương pháp đục lỗ. Kết quả được thể hiện ở bảng 3.2 và hình 3.4. Bảng 3.2. Hoạt tính kháng sinh của dịch chiết từ sinh khối STTDung môiHoạt tính kháng sinh (D-d, mm)HT17.8HT28ĐC1Etyl axetat16,7 ± 0,6114,2 ± 0,082,8 ± 0,042Axeton19,9 ± 0,4916,3 ± 0,122,1 ± 0,333Metanol18,4 ± 0,6514,4 ± 0,293,2 ± 0,084n- propanol20,6 ± 0,4513,7 ± 0,655,5 ± 0,695Iso butanol19,7 ± 0,6115,6 ± 0,245,9 ± 0,736Etanol19,3 ± 0,5319,6 ± 0,292,9 ± 0,04(ĐC - đối chứng: dung môi hữu cơ) Hình 3.4. HTKS của dịch chiết từ sinh khối 1-etyl axetat; 2- axeton; 3- metanol; 4- n-propanol; 5- iso butanol; 6- etanol Sáu loại dung môi chúng tôi sử dụng để tách chiết chất kháng sinh đều là các dung môi thông dụng, có tính hòa tan tốt và đặc biệt ít độc hơn so với nhiều loại dung môi khác có thể dùng để tách chiết. Kết quả trên bảng 3.2 và hình 3.4 cho thấy cả 6 loại dung môi đều có thể dùng để chiết chất kháng sinh từ chủng HT17.8 và HT28. + Chủng HT17.8: Dịch chiết bằng n – propanol cho hoạt lực mạnh nhất (20,6 mm), tiếp theo là axeton, iso butanol và etanol (hình 3.5). Tuy nhiên, cũng không có sự khác nhau nhiều giữa các loại dung môi này. Vì vậy, ngoài n –propanol có thể sử dụng các dung môi trên để tách chiết mà vẫn cho hiệu quả cao. Đây là một điểm rất thuận lợi trong công nghệ tách chiết chất kháng sinh. + Chủng HT28: Dịch chiết bằng etanol cho hoạt lực mạnh nhất (19,6 mm), dịch chiết bằng n- propanol cho hoạt lực yếu nhất (13,7 mm) (hình 3.5). Điều này rất thuận lợi và kinh tế để tách chiết chất kháng sinh từ sinh khối tế bào vì etanol vừa rẻ tiền hơn lại không độc hại. Từ kết quả trên, chúng tôi đã lựa chọn được dung môi thích hợp cho mỗi chủng HT17.8 và HT28 để tách chiết chất kháng sinh từ sinh khối. HT28 HT17.8 Hình 3.5. HTKS của dịch chiết từ sinh khối 1-etyl axetat; 2- axeton; 3- metanol; 4- n-propanol; 5- iso butanol; 6- etanol 3.3.2. Tách chiết chất kháng sinh từ dịch ngoại bào Chất kháng sinh có thể chỉ được tích lũy trong sinh khối hoặc tiết ra môi trường xung quanh. Nhưng cũng có trường hợp, chất kháng sinh vừa nằm trong sinh khối, vừa nằm trong môi trường. Vì vậy để kiểm tra chất kháng sinh của hai chủng HT17.8 và HT28 có trong dịch ngoại bào hay chỉ nằm trong sinh khối, chúng tôi tiếp tục tách chiết chất kháng sinh từ dịch ngoại bào. Các chủng được nuôi lắc 220 vòng/phút trong 5-7 ngày. Ly tâm dịch nuôi cấy để thu dịch ngoại bào. Một đặc tính của chất kháng sinh cần quan tâm là khả năng hòa tan của chất kháng sinh trong dung môi phụ thuộc nhiều vào pH. Để xác định pH cho hiệu quả tách chiết chất kháng sinh cao nhất, chúng tôi tiến hành tách chiết chất kháng sinh từ dịch ngoại bào bằng dung môi ở các pH = 3, pH = 7 và pH = 10. Kết quả xác định hoạt tính kháng sinh của dịch chiết được thể hiện trên bảng 3.3 và hình 3.6. Bảng 3.3. Hoạt tính kháng sinh của dịch ngoại bào Chủng Dung môiHoạt tính kháng sinh ( D – d, mm )pH = 3pH = 7pH = 10 HT17.8n - butanol22,8 ± 0,1221,1 ± 0,5720,9 ± 0,37Iso - butanol21,7 ± 0,6120,0 ± 0,4020,7 ± 0,28Benzen18,6 ± 0,2413,5 ± 0,4918,3 ± 0,28Cloroform16,8 ± 0,5315,5 ± 0,3712,8 ± 0,57Etyl axetat20,8 ± 0,5316,4 ± 0,4919,6 ± 0,24Đối chứng23,2 ± 0,4023,1 ± 0,5723,4 ± 0,49 HT28n - butanol24,5 ± 0,7723,0 ± 0,6921,3 ± 0,53Iso - butanol24,9 ± 0,4023,7 ± 0,2421,5 ± 0,49Benzen16,7 ± 0,739,30 ± 0,373,10 ± 0,77Cloroform17,0 ± 0,459,60 ± 0,777,70 ± 0,77Etyl axetat20,1 ± 0,658,40 ± 0,332,90 ± 0,28Đối chứng27,6 ± 0,3326,3 ± 0,7326,5 ± 0,73(Đối chứng: Dịch nuôi cấy đã loại sinh khối) (a) (b) Hình 3.6. HTKS của dịch ngoại bào của hai chủng xạ khuẩn được chiết bằng dung môi thích hợp ở các mức pH khác nhau (a): HTKS chủng HT17.8; (b): HTKS chủng HT28 Chúng tôi đã sử dụng 5 loại dung môi: n-butanol, iso butanol, benzen, cloroform, etyl axetat để tách chiết CKS từ dịch ngoại bào. Kết quả ở bảng trên cho ta thấy đối với cả hai chủng, ở pH = 3, dịch chiết trong các dung môi đều cho hoạt lực cao nhất. Điều này chứng tỏ khả năng hòa tan của chất kháng sinh trong dung môi tốt nhất ở môi trường axit. Vì vậy để tách chiết chất kháng sinh từ dịch ngoại bài chủng HT17.8 và HT28 đạt được hiệu quả cao nên tách trong môi trường axit. Khả năng hòa tan của chất kháng sinh trong các loại dung môi cũng rất khác nhau. Đối với chủng HT17.8, ở pH = 3, n-butanol cho dịch chiết có hoạt lực mạnh nhất (22,8 mm) và chiết với hiệu suất khoảng 92,3%, tiếp đó là iso butanol và etyl axetat, còn cloroform cho hoạt lực kém nhất (16,8 mm) (hình 3.7). Chủng HT28, ở pH = 3, iso butanol là dung môi tách chiết tốt nhất (24,9 mm) với hiệu suất chiết khoảng 90,2%, sau đó đến n-butanol, còn benzen cho hoạt lực kém nhất (16,7 mm) (hình 3.7). HT28 HT17.8 Hình 3.7. Hoạt tính kháng sinh của dịch ngoại bào được chiết ở pH = 3 1- n-butanol; 2- iso butanol; 3- benzen; 4- cloroform; 5- etyl axetat Vậy, từ những kết quả trên cho thấy, chất kháng sinh của cả hai chủng HT17.8 và HT28 nằm trong cả sinh khối và dịch ngoại bào. Do vậy, để thu nhận chất kháng sinh của hai chủng này cần phải tách chiết cả trong sinh khối và dịch ngoại bào. 3.4. Một số tính chất của chất kháng sinh chủng HT17.8 và HT28 3.4.1. Khả năng bền của chất kháng sinh trong pH Khả năng bền trong pH của chất kháng sinh là một đặc điểm rất cần chú ý vì nó có ý nghĩa trong công nghệ tách chiết và ứng dụng chất kháng sinh. Để xác định khả năng bền trong pH của chất kháng sinh chủng HT17.8 và HT28, chúng tôi tiến hành nuôi chủng trên các môi trường thích hợp. Sau 5- 7 ngày, ly tâm dịch nuôi cấy để thu dịch kháng sinh. Điều chỉnh dịch kháng sinh về các mức pH từ 3 đến 9 và giữ ở nhiệt độ phòng trong 10 phút, sau đó lại điều chỉnh về pH = 7. Xác định HTKS bằng phương pháp đục lỗ. Kết quả được thể hiện ở bảng 3.4 và hình 3.8. Bảng 3.4. Khả năng bền của chất kháng sinh trong pH pHHoạt tính kháng sinh ( D – d, mm)Chủng HT17.8Chủng HT28317,3 ± 0,3721,0 ± 0,45417,8 ± 0,4922,5 ± 0,27518,3 ± 0,4022,6 ± 0,09618,7 ± 0,4022,7 ± 0,18718,9 ± 0,3523,3 ± 0,40819,1 ± 0,5223,2 ± 0,27917,9 ± 0,3722,7 ± 0,31 Hình 3.8. Khả năng bền của chất kháng sinh trong pH Các kết quả trên cho thấy, dịch kháng sinh của hai chủng vẫn giữ được hoạt tính trong dải pH từ 3 đến 9 trong thời gian 10 phút và hoạt tính hầu như không thay đổi giữa các mức pH (hình 3.9). Điều này đã chứng tỏ chất kháng sinh này đều có khả năng bền vững trong pH. Đây là một đặc điểm rất thuận lợi trong công nghệ thu hồi, tinh chế chất kháng sinh, đồng thời mở rộng khả năng ứng dụng của hai chất kháng sinh này. Nhiều chất kháng sinh có độ mẫn cảm cao với axit sẽ bị mất khả năng kháng khuẩn ở trong môi trường axit. Song, ngược lại có những chất kháng sinh bị giảm hoặc mất hoạt tính trong môi trường kiềm. Khả năng bền vững của các chất kháng sinh với pH rất khác nhau và phụ thuộc vào bản chất hóa học của từng loại kháng sinh. HT28 HT17.8 Hình 3.9. Khả năng bền của dịch kháng sinh trong pH 3.4.2. Khả năng bền nhiệt của chất kháng sinh Khả năng bền với nhiệt độ của chất kháng sinh là một đặc điểm cần nghiên cứu để phục vụ cho công nghệ tách chiết và tinh chế chất kháng sinh có hiệu quả cao. Để xác định khả năng bền nhiệt của chất kháng sinh chủng HT17.8 và HT28, chúng tôi tiến hành lên men các chủng trên môi trường thích hợp. Thu dịch kháng sinh, và xử lý với nhiệt độ ở các mức 400C, 600C; 800C; 1000C trong các khoảng thời gian 20, 40, 60 phút. Hoạt tính kháng sinh của dịch xử lý được xác định bằng phương pháp đục lỗ. Kết quả được trình bày ở bảng 3.5 và hình 3.10. Bảng 3.5. Hoạt tính kháng sinh của dịch lọc sau khi đã xử lý ở các nhiệt độ khác nhau Ký hiệu chủngThời gian xử lý (phút) Hoạt tính kháng sinh (D – d, mm) 400C 600C 800C 1000CĐối chứngChủng HT17.8 2022,3 ± 0,4922,3 ± 0,4522,2 ± 0,5722,1 ± 0,45 22,5 ± 0,53 4021,9 ± 0,6921,9 ± 0,4921,8 ± 0,3321,6 ± 0,53 6021,7 ± 0,3721,6 ± 0,3321,3 ± 0,6921,0 ± 0,73Chủng HT28 2020,8 ± 0,2419,3 ± 0,2819,0 ± 0,1618,9 ± 0,20 20,8 ± 0,49 4020,5 ± 0,0819,2 ± 0,7318.1 ± 0,2014,4 ± 0,20 6017,4 ± 0,4517,3 ± 0,2415,0 ± 0,165,40 ± 0,37( Đối chứng: Dịch kháng sinh chưa xử lý với nhiệt độ ) Hình 3.10. HTKS của dịch lọc sau khi đã xử lý ở các nhiệt độ khác nhau Từ các kết quả trên, chúng tôi nhận thấy khả năng bền với nhiệt độ của chất kháng sinh chủng HT17.8 và HT28 có sự khác nhau rất rõ rệt. + Chủng HT17.8, hoạt tính kháng sinh thay đổi rất ít sau khi xử lý ở các mức nhiệt độ khác nhau. Ở 400C trong 20 phút đầu hoạt tính kháng sinh thay đổi rất ít. Ngay cả ở 1000C kéo dài trong 60 phút, hoạt tính kháng sinh vẫn còn khoảng 93% so với đối chứng (hình 3.11). Do đó việc tách chiết sử dụng và bảo quản chất kháng sinh chủng HT17.8 hầu như không hoặc gặp trở ngại rất ít về nhiệt độ. + Chủng HT28, hoạt tính kháng sinh có sự thay đổi rõ rệt khi xử lý ở các mức nhiệt độ khác nhau. Ở 400C trong 20 phút đầu HTKS hầu như không thay đổi hoặc thay đổi rất ít. Tuy nhiên khi tăng các mức nhiệt độ và thời gian xử lý thì HTKS giảm đi rõ rệt. Ở 1000C kéo dài trong 60 phút, hoạt tính kháng sinh chỉ còn khoảng 26% so với đối chứng (hình 3.11). HT28 HT17.8 Hình 3.11. HTKS của dịch lọc đã được xử lý ở các nhiệt độ khác nhau trong vòng 60 phút Đã có rất nhiều nghiên cứu về khả năng bền nhiệt của chất kháng sinh xạ khuẩn, trong đó có nhiều kháng sinh rất bền với nhiệt độ, ở 1000C và kéo dài tới 60 phút, hoạt tính kháng sinh vẫn còn khoảng 80% [19] hoặc chỉ giảm chút ít [14]. Tuy nhiên, cũng có nhiều chất kháng sinh kém bền với nhiệt độ, chỉ mới trên 500C, HTKS đã bị giảm hoặc mất hoàn toàn [22]. So sánh với kết quả của chúng tôi cho thấy ở 1000C trong 60 phút hoạt tính kháng sinh của chủng HT28 vẫn còn nhưng với tỷ lệ rất thấp còn HTKS của chủng HT17.8 vẫn còn với tỷ lệ rất cao. Chứng tỏ chất kháng sinh tổng hợp từ chủng HT28 thuộc loại kém bền với nhiệt độ, do vậy nên tách chiết sử dụng và bảo quản chất kháng sinh ở nhiệt độ không quá 500C để bảo đảm hoạt lực của kháng sinh. Còn chất kháng sinh tổng hợp từ chủng HT17.8 rất bền với nhiệt độ, như vậy đây là chất kháng sinh chịu nhiệt và rất thuận lợi cho việc tách chiết chúng trong nghiên cứu. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Đã kiểm tra hoạt tính kháng sinh của hai chủng xạ khuẩn HT17.8 và HT28 và nhận thấy rằng hai chủng này vẫn giữ được hoạt tính cao, ổn định, có hoạt phổ rộng, ức chế được cả hai nhóm vi khuẩn Gram âm và Gram dương. Đã xác định được môi trường Gause 2 là môi trường lên men kháng sinh thích hợp cho chủng xạ khuẩn HT17.8. Đã khảo sát 6 loại dung môi để tách chiết chất kháng sinh từ sinh khối và 5 loại dung môi để tách chiết chất kháng sinh từ dịch ngoại bào cho hai chủng HT17.8 và HT28, đồng thời đã xác định được dung môi thích hợp nhất: Chủng HT17.8: Trong sinh khối dung môi tách chiết tốt nhất là n-propanol còn trong dịch ngoại bào dung môi tách chiết tốt nhất là n-butanol và tách chiết có hiệu quả cao nhất ở điều kiện pH = 3. Chủng HT28: Trong sinh khối dung môi tách chiết tốt nhất là etanol còn trong dịch ngoại bào dung môi tách chiết tốt nhất là iso butanol và tách chiết có hiệu quả cao nhất ở điều kiện pH = 3. Đã xác định một số tính chất của chất kháng sinh từ hai chủng HT17.8 và HT28. Chất kháng sinh chủng HT17.8 thuộc loại bền với nhiệt độ. Ở 1000C trong 60 phút, hoạt tính vẫn còn khoảng 93% so với đối chứng. Chất kháng sinh chủng HT28 thuộc loại kém bền với nhiệt độ. Ở 1000C trong 60 phút, hoạt tính giảm chỉ còn 26% so với đối chứng. Chất kháng sinh của cả hai chủng HT17.8 và HT28 thuộc loại bền với pH. Hoạt tính kháng sinh vẫn giữ được trong dải pH từ 3 đến 9. KIẾN NGHỊ Hai chủng xạ khuẩn HT17.8 và HT28 là hai chủng có hoạt tính kháng sinh mạnh, hoạt phổ rộng. Vì vậy cần tiếp tục nghiên cứu các nội dung sau: Phân loại chủng HT17.8. Tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện quy trình tách chiết chất kháng sinh. Xác định bản chất hóa học của chất kháng sinh của hai chủng nghiên cứu. TÀI LIỆU THAM KHẢO A. Tài liệu tiếng việt Ngô Đình Quang Bính, Vi sinh vật học công nghiệp, Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Trang 53-71, 2005. Nguyễn Văn Cách, Công nghệ lên men các chất kháng sinh, Nhà xuất bản (NXB) Khoa học (KH) và Kỹ thuật (KT) Hà Nội, 2004. Nguyễn Lân Dũng (dịch), N. X. Egrov (hiệu đính), Thực tập vi sinh vật học, NXB KH và KT, Hà Nội, Trang 73-81, 1983. Nguyễn Lân Dũng, Đào Xuân Mượu, Nguyễn Phùng Tiến, Đặng Đức Trạch, Phạm Văn Ty, Một số phương pháp nghiên cứu vi sinh vật học, tập 1, NXB Khoa học và Kĩ thuật Hà Nội, Trang 101-109, 1972. Nguyễn Lân Dũng, Phạm Văn Ty, Nguyễn Đình Quyến, Vi sinh vật học, tập 2, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội, 1977. Nguyễn Lân Dũng, Phạm Văn Ty, Dương Đức Tiến, Vi sinh vật học, tập 1, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội, 1977. Bùi Thị Việt Hà, Nghiên cứu xạ khuẩn sinh chất kháng sinh chống nấm gây bệnh thực vật ở Việt Nam, Luận án tiến sĩ Sinh học, Hà Nội, 2006. Bùi Thị Hà, Nghiên cứu xạ khuẩn thuộc chi Streptomyces sinh chất kháng sinh chống nấm gây bệnh trên cây chè ở Thái Nguyên, Luận văn thạc sĩ Sinh học, Thái Nguyên, 2008. Đỗ Thu Hà, Định loại chủng xạ khuẩn Streptomyces ĐN-05 sinh chất kháng sinh có hoạt phổ rộng phân lập từ đất Quảng Nam, Tạp chí Sinh học tập 24, số 1, Trang 5, 2001. Đỗ Thu Hà, Nghiên cứu xạ khuẩn sinh chất kháng sinh chống nấm phân lập từ đất Quảng Nam-Đà Nẵng, Luận án tiến sĩ sinh học, Hà Nội, 2004. Nguyễn Bá Hiên, TS. Hoàng Hải, PGS. TS. Nguyễn Xuân Thành, Giáo trình vi sinh vật học công nghiệp, NXB GD, 2006. Trịnh Ngọc Hoàng, Nghiên cứu tính đối kháng của xạ khuẩn với một số vi sinh vật gây nhiễm trùng bệnh viện, Luận văn Thạc sĩ Sinh học, 2009. Lê Mai Hương, Nghiên cứu xạ khuẩn sinh chất kháng sinh phân lập ở Hà Nội và vùng phụ cận, Luận văn phó tiến sĩ Sinh học, Hà Nội, 1993. Lê Gia Hy, Nghiên cứu xạ khuẩn thuộc chi Streptomyces sinh chất kháng sinh chống nấm gây bệnh đạo ôn thối cổ rễ phân lập tại Việt Nam, Luận án Phó tiến sĩ Sinh học, Hà Nội, 1994. Lê Gia Hy, Khuất Hữu Thanh, Cơ sở công nghệ vi sinh và ứng dụng, NXB Giáo dục, 2010. Nguyễn Khang, Kháng sinh học ứng dụng, Nhà xuất bản Y học Hà Nội, Trang 7-20, 2005. Phan Quốc Kinh, Công nghiệp hóa chất, thông tin kinh tế & Công nghệ, số 1, 2004. Biền Văn Minh, Nghiên cứu khả năng sinh chất kháng sinh của một số chủng xạ khuẩn phân lập từ đất Bình Trị Thiên, Luận án tiến sĩ, Nhà xuất bản (NXB) Đại học Sư phạm (ĐHSP) Hà Nội, 2002. Liễu Thị Phương, Tuyển chọn các chủng xạ khuẩn có khả năng đối kháng với một số vi sinh vật gây nhiễm trùng bệnh viện, Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học, Thái Nguyên, 2008. Nguyễn Xuân Thành, Nguyễn Thị Hiền, Giáo trình vi sinh vật học nông nghiệp, NXB ĐHSP, 2003. Bùi Thị Tho, Thuốc kháng sinh và nguyên tắc sử dụng trong chăn nuôi, NXB Hà Nội, 2003. Nguyễn Thị Thu Thủy, Hoàng Thị Kim Hồng, Nghiên cứu xạ khuẩn sinh chất kháng sinh phân lập từ đất trồng hoa màu ở Thừa Thiên – Huế, Báo cáo Khoa học Hội nghị Công nghệ sinh học toàn Quốc, 2009. Trần Thị Cẩm Vân, Giáo trình vi sinh vật học môi trường, NXB ĐHQG Hà Nội, 2001. B. Tài liệu tiếng anh Newman D. J, Cragg G.M, Snader K. M, Natural products as sourees of new drugs over the period, J Nat Prod, 66, 1022-1037, 2003. Paul Singleton, Diana, Dictionary of Microbiology and Molecular Biology, second edi, Sainburg, John Willey & Son, 1999. Waksman, S.A., The actinomycetes. Classification, identification and descriptions of genera and species, vol 2, The Williams & Wilkins Co., Baltimore, USA, 1961.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docNghiên cứu tách chiết và tìm hiểu tính chất của chất kháng sinh có nguồn gốc từ một số chủng xạ khuẩn phân lập tại Thái Nguyên.doc
Luận văn liên quan