LỜI MỞ ĐẦU Hải miên là nguồn giàu các sản phẩm tự nhiên có giá trị nhƣ polyketides , nonribosomal peptides , và alkaloids. Phần lớn các sản phẩm biển tự nhiên đƣợc tách từ động vật không xƣơng sống nhƣ hải miên (sponge), động vật có vỏ (tunicate), động vật thân mềm (mollusk) và bryozoans. Rất nhiều hợp chất có hoạt tính độc tế bào (cytotoxic), kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virus và chống viêm. Hải miên có một lƣợng lớn các loại vi khuẩn khác nhau trong mô của chúng.
Vi sinh vật liên đới với hải miên có cả nội bào và ngoại bào. Hiện nay, cộng đồng vi sinh vật ở hải miên và hệ gen của chúng chƣa đƣợc hiểu rõ. Có giả thuyết cho rằng vi khuẩn trong các cộng đồng này tổng hợp rất nhiều hợp chất hoạt tính sinh học liên đới (associated). Ngƣời ta cho rằng rất nhiều sản phẩm của hải miên thực tế là do vi khuẩn liên đới sinh ra.
Ví dụ diketopiperazines của Tedania ignis đƣợc quy cho là sản phẩm trao đổi chất của Micrococcus sp. liên kết với hải miên. Kháng sinh polybrominated biphenyl ether tách từ hải miên Dysidea herbacea (Demospongiae) thực tế do cyanobacterium Oscillatoria spongeliae nội cộng sinh tạo ra. Vi khuẩn Salinispora phân lập từ hải miên P.
clavata đƣợc nhận dạng là nguồn kháng sinh rifamycin. Trong khi để nuôi động vật không xƣơng sống để tách chiết các sản phẩm tự nhiên nói chung là đắt đỏ hoặc không thực hiện đƣợc , nuôi cấy vi sinh vật có thể cung cấp các hợp chất quan trọng có tiềm năng y dƣợc rẻ và số lƣợng lớn. Cả ngành công nghiệp y dƣợc và nông nghiệp đều cần các chất trao đổi có hoạt tính sinh học (HTSH) mới. Để giải quyết yêu cầu này, điều quan trọng là chọn đúng nguồn nguyên liệu ban đầu, có nghĩa là hoặc các sản phẩm tự nhiên hoặc tổng hợp bằng đƣờng hóa học.
Trong khi các sản phẩm tổng hợp có cấu trúc đa dạng, nhƣng chúng khó tƣơng thích với thụ thể của đích đặc hiệu , nhƣng các sản phẩm tự nhiên lại tƣơng thích tốt. Trong thập kỷ gần đây, vi sinh vật biển, nhƣ vi khuẩn, vi tảo và nấm càng trở nên quan trọng nhƣ nguồn sản phẩm 1 HTSH tự nhiên mới. Hải miên đƣợc biết là vật chủ của cộng đồng vi sinh vật lớn và vai trò của những vi sinh vật này thay đổi theo nguồn dinh dƣỡng và sự cộng sinh, hỗ sinh với hải miên. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.
Sự đa dạng của vi sinh vật biển Việt Nam Vi sinh vật biển hiện đang là đối tƣợng mà các nhà khoa học trên toàn thế giới quan tâm nghiên cứu cho mục đích tìm kiếm các chất có hoạt tính sinh học. Ngoài những vi sinh vật cố hữu trong trầm tích biển , vi sinh vật sống cùng sinh vật biển khác gần đây đƣợc nghiên cứu nhiều hơn và thu đƣợc nhiều thành qua đáng kể , ứng dụng tìm kiếm thuốc chữa bệnh trong vài thập kỷ qua. Trong bài này , chúng tôi điểm lại những mốc quan trọng trong quá trình tìm kiếm “ thuốc từ biển ” , đồng thời tổng quan một số kết quả nghiên cứu nổi bật gần nhất đƣợc công bố trên các tạp chí uy tín trên thế giới về sự đa dạng của vi sinh vật biển sống cùng động vật không xƣơng sống và tiềm năng ứng dụng nghiên cứu đƣợc của chúng. Vi sinh vật biển tuy đƣợc quan tâm muộn hơn so với vi sinh vật trên cạn, tính đến nay đã có khoảng hơn 1 triệu loài khác nhau đƣợc công bố.
Tuy nhiên, sự hiểu biết của chúng ta về vi sinh vật biển có thể chỉ là 0,01 % về sinh thái, di truyền và đặc tính sinh học, trong khi vi sinh vật có thể nuôi cấy ƣớc tính chỉ khoảng 0,1 % trong số các loài đƣợc phát hiện. Vi sinh vật biển sớm đƣợc nghiên cứu trong nƣớc và trầm tích biển, vì chúng đóng vai trò quan trọng trong chuỗi thức ăn và lƣới thức ăn. Bất kể ở môi trƣờng giàu hay nghèo dinh dƣỡng, vi sinh vật cũng có mặt và càng không thể thiếu trong thành phần tham gia vào quá trình tuần hoàn vật chất đặc biệt nhƣ C, N, P và S trong đại dƣơng. Gần đây, vi sinh vật đƣợc nghiên cứu nhằm tìm kiếm các chất tự nhiên có hoạt tính sinh học vì chúng đƣợc xem là nguồn chứa các hợp chất này và là nguyên liệu cho nghiên cứu phát triển thuốc mới từ thế kỷ 20.
Mặc dù có lịch sử phát triển rất ngắn so với thực vật và sinh vật trên cạn, 10% các chất tự nhiên có hoạt tính đang thử nghiệm sinh học lâm sàng hiện nay có nguồn gốc từ vi sinh vật. Điều đó cho thấy vi sinh vật biển là đối tƣợng đang đƣợc quan tâm nhất đồng thời 3 cũng là đối tƣợng có tiềm năng để nghiên cứu các sản phẩm sinh học có hoạt tính. Ngày càng có nhiều bằng chứng xác thực về “ nhà sản xuất chính ” của các chất tự nhiên quan trọng , vốn dĩ đƣợc cho là do sinh vật biển (hải miễn, san hô, bryozoan, hải tiêu .) nhƣng lại đƣợc chứng minh là vi sinh vật tạo ra, cụ thể nhất là hải miên, san hô. Ví dụ Pseudopterosin một chất tự nhiên thuộc Diterpene có khả năng kháng viêm đƣợc phân lập từ san hô Pseudopterogorgia elisabethae.
Tuy nhiên khi nghiên cứu sinh tổng hợp Pseudopterosin thì phát hiên chính Symbiodinium sp., một loài tảo cộng sinh với vật chủ san hô mới chính là vi sinh vật tạo ra Pseudopterosin. Một vấn đề nữa vô cùng quan trọng, đã đƣợc đề cập và thảo luận, khi sự thật cho thấy từ những nghiên cứu tìm kiếm các chất có hoạt tính từ sinh vật biển đó là từ: Phải khai thác cả tấn hải miền, hải tiêu hay bryozoa, để có đƣợc 1g chất tinh sạch lần lƣợt là halichondrin, ecteinascidin hay bryostatin, chƣa kể đến những vấn đề không thể giải quyết đƣợc khi thực hiện nuôi trồng các sinh vật biển kể trên để thu nguyên liệu thô cho những nghiên cứu tiếp theo, ví dụ nhƣ dùng các chất thu đƣợc để thực hiện các thử nghiệm sinh học ở nhiều cấp độ trong quá trình nghiên cứu thuốc. Với đặc tính ƣu việt của vi sinh vật về thời gian và tốc độ sinh trƣởng cũng nhƣ đặc tính sinh học khác, thực sự vi sinh vật biển đang đƣợc nghiên cứu và chúng là đối tƣợng tiềm năng cho nghiên cứu thuốc trong tƣơng lai gần. Trong bài bảo tổng quan này, em sơ lƣợc những mốc nghiên cứu trong quá trình tìm kiếm “thuốc từ biển”, đồng thời tổng quan những kết quả nổi bật về nghiên cứu vi sinh vật biển, vi sinh vật sống cùng động vật không xƣơng sống biển cho mục đích tìm kiếm các chất có hoạt tính sinh học ứng dụng trong nghiên cứu y dƣợc đƣợc đăng tải trên các tạp chỉ có uy tín trên thế giới.
Lý do chọn Hải miên làm đối tƣợng nghiên cứu? Môi trƣờng biển phức tạp và khắc nghiệt cho nên tạo ra những vi sinh vật có hoạt tính có giá trị dƣợc phẩm, mĩ phẩm, kinh tế từ bọt biển, san hô, cỏ biển, rong biển, động vật biển,…) Trong đó, Hải miên có một số các hợp chất có cấu trúc hóa học mới luôn đƣợc phát hiện ra. Cấu trúc hóa học của các hợp chất mới từ hải miên cũng rất đa dạng nhƣ acid béo, glycolipid, macrolide, peptide, peroxide, polyketide, quinon, steroi, terpenoid, alkaloid, các dẫn xuất halogen. Phần lớn cấu trúc hóa học của các hợp chất từ hải miên rất độc đáo, khác với các hợp chất nhận đƣợc từ thực vật, vì vậy chúng có hoạt tính sinh học dị thƣờng. Việt Nam là nƣớc nhiệt đới, có bờ biển dài và nhiều đảo, tạo nên hệ sinh thái rất đa dạng cho các loài sinh vật biển.
Những nghiên cứu về hóa học và các hợp chất có hoạt tính sinh học từ biển đã đƣợc quan tâm từ những năm 2006 đến nay, trong đó có khá nhiều nghiên cứu về thành phần hóa học của hải miền biển ( Phan Van Kiem et al. , 2019 ) Từ những lợi ích đem lại ở trên, chúng tôi quyết định chọn Hải miên (Bọt biển) làm đối tƣợng nghiên cứu cho đề tài khoa học này. Giới thiệu về Hải Miên Hải miên hay còn gọi là Bọt biển (ngành Porifera) là động vật đáy không cuống, ăn lọc, sống trong các loại môi trƣờng khác nhau ở biển cũng nhƣ trong nƣớc ngọt, và trong tất cả các vùng khí hậu: từ các vùng cực và ôn đới, đến hệ 5 sinh thái rạn san hô nhiệt đới và cận nhiệt đới. Tính đến năm 2019, khoảng 9.125 loài hải miên nói chung đƣợc chấp nhận có trong danh sách của Cơ sở dữ liệu hải miên thế giới, trong đó gồm 20.000 taxon (http://www.org/poriferal; văn Soest et al, 2012).
Vì vậy, các quần thể hải miên có sự khác biệt về sự đa dạng, sự phong phú và mật độ. Các loài hải miên đƣợc chia thành 4 lớp: Calcarea (hải miên đá vôi), Demospongia (demosponges), Hexactinellida (hải miên thủy tinh), và Homoscleromorpha. Lớp lớn nhất là Demospongia, gồm khoảng 83,4% tất cả các loài đƣợc biết. Hải miên có các hình dạng khác nhau, từ hình cầu, hình ống, hình bình hoặc phân nhánh và kích thƣớc cũng khác nhau, từ một vài milimet (hải miên Cliona celata), đến vài mét (hải miên Xestospongia muta).
Phần lớn hải miên là động vật ăn lọc, trừ các loài ăn thịt cƣ trú ở môi trƣởng biển sâu nghèo dinh dƣỡng (Lee et al. Hình dáng cơ thể chung của loài ăn lọc đƣợc chuyên môn hóa cho lọc nƣớc để lấy dinh dƣỡng, hô hấp và bài tiết. Phụ thuộc vào thiết kế của hệ thống lọc nƣớc, hải miên đƣợc chia thành: (1) Asconoid, khi cơ thể hải miên có hình trụ rỗng, bề mặt (wall) có các lỗ nhỏ; (2) Syconoid, khi bề mặt cơ thể hải miên có xen kẽ các túi (pockets) chui và trong và lỗi ra ngòi, làm tăng tỉ lệ giữa diện tích và thể tích; hoặc (3) Leuconoid, khi cơ thể hải miền đƣợc tạo thành bởi các kênh dẫn nƣớc bao gồm rất nhiều các khoang hình cầu nối với nhau bởi các ống giống nhƣ mao mạch. Cấu tạo Hải miên đƣợc coi là động vật đa bào chƣa hoàn thiện (Parazoa) vì có các đặc điểm sau: - Cơ thể đa bào nhƣng chƣa có mô phân hóa.
Có nhiều lỗ thủng trên thân, trong thân có các khe, rãnh. - Đối xứng phóng xạ hay chƣa có kiểu đối xứng ổn định. - Biểu bì có các tế bào gai dẹp, có lớp tế bào cổ áo làm nhiệm vụ dẫn nƣớc vào và đẩy nƣớc ra. 6 - Tầng trung gian khá dày có các tế bào amip và gai xƣơng.
Xƣơng là canxi, silic hay sợi collagen (spongin). - Chƣa có miệng, tiêu hóa nội bào, bài tiết và hô hấp bằng thẩm thấu.