ĐẶT VẤN ĐỀ Đại dương chiếm 70% diện tích bề mặt trái đất, là nơi có sự đa dạng về sinh học lớn nhất trên trái đất. Đây là nơi sinh sống của 34 trên 36 ngành động thực vật trên trái đất với hơn 300000 loài sinh vật đã được biết đến. Môi trường biển đã được biết đến như một nguồn phong phú cung cấp các hợp chất thiên nhiên, nó như một kho dược liệu khổng lồ đang chờ được khai thác và khám phá. Đặc thù môi trường sống khắc nghiệt dưới biển sâu chính là điều kiện để hình thành các hợp chất hữu cơ với những đặc điểm cấu trúc hóa học độc đáo và hoạt tính sinh học quý giá [1,2].
Việc nghiên cứu các hoạt chất thứ cấp được sản sinh từ vi sinh vật biển trên thế giới đã thu được nhiều thành tựu đáng kể. Trong số rất nhiều các hợp chất thứ cấp với cấu trúc hóa học đặc biệt đã có nhiều hợp chất thể hiện hoạt tính sinh học rất phong phú. Đồng thời nhiều hợp chất trong số này đã đang được thử nghiệm sâu hơn nhằm ứng dụng trong y dược. Trong khi đó, nghiên cứu các hợp chất thứ cấp từ nguồn vi sinh vật biển của Việt Nam mới chỉ được bắt đầu, có rất ít các nghiên cứu đã công bố, mặc dù nguồn đa dạng vi sinh vật biển của nước ta là rất lớn nhờ vị trí địa lý tiếp giáp với biển [1,2,10].
Việt Nam có tiềm năng to lớn về tài nguyên biển, với hệ sinh vật biển đa dạng và phong phú. Đất nước ta nằm trong khu vực biển Thái Bình Dương, sở hữu hơn 1 triệu km2 vùng biển [1]. Do vậy, việc tiến hành nghiên cứu các hợp chất thứ cấp của nguồn vi sinh vật biển Việt Nam nhằm phát hiện các chất có hoạt tính sinh học cao có thể nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực y dược là hướng nghiên cứu cần thiết, hứa hẹn nhiều triển vọng. Ngoài ra, trong rất nhiều nghiên cứu về các đối tượng sinh vật biển như hải miên, san hô., các hợp chất phân lập được đã được xác định là do chính các vi sinh vật cộng sinh tạo ra.
Việc thu lượng lớn các đối tượng sinh vật biển này cho nghiên cứu hóa học là rất khó khăn, đòi hỏi nhiều công sức và kinh phí. Do vậy, nếu tiến hành nghiên cứu các hợp chất từ vi sinh vật, chỉ cần thu 1 lượng mẫu nhỏ phục vụ việc phân lập vi sinh vật, sau đó tiến hành sinh khối với lượng lớn trong phòng thí nghiệm phục vụ việc nghiên cứu hóa học. 1 Trong khuôn khổ của Đề tài nghiên cứu khoa học: “Nghiên cứu phát hiện các hợp chất chống lao từ nguồn vi sinh vật đáy biển vùng đông bắc bộ Việt Nam”, mã số: VAST. Kết quả sàng lọc cho chủng vi khuẩn Photobacterium sp.
được phân lập từ đất bùn Vịnh Hạ Long thể hiện hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định đối với chủng Staphylococcus aureus, Echerichia coli và nấm Fusarium oxysporum [50]. Cho đến nay, trên thế giới chưa có công trình nghiên cứu kỹ về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của các hợp chất ngoại bào của các loài thuộc chi Photobacterium. Do vậy, chúng tôi lựa chọn chủng vi khuẩn Photobacterium sp. này làm đối tượng nghiên cứu của luận văn với mục tiêu: - Nghiên cứu phân lập và xác định cấu trúc các chất từ dịch ngoại bào của chủng vi khuẩn Photobacterium sp.
- Khảo sát hoạt tính chống ung thư và hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của các chất phân lập được làm cơ sở khoa học định hướng cho việc nghiên cứu ứng dụng các hợp chất này. Tổng quan về vi sinh vật biển 1. Vi sinh vật Vi sinh vật (Microorganism) là những sinh vật có kích thước rất nhỏ từ vài trăm nm đến vài nm, muốn thấy rõ chúng phải sử dụng kính hiển vi. Vi sinh vật phân bố ở khắp mọi nơi trên trái đất.
Chúng có mặt trên cơ thể người, động vật, thực vật, trong đất, trong nước, trong không khí, trên mọi đồ dùng,vật liệu, từ biển khơi đến núi cao, từ nước ngọt, nước ngầm cho đến nước biển. Vi sinh vật tham gia tích cực vào việc thực hiện các vòng tuần hoàn sinh - địa - hoá học (biogeochemicalcycles) như vòng tuần hoàn cacbon, vòng tuần hoàn nitơ, vòng tuần hoàn photpho, vòng tuần hoàn lưu huỳnh [2,7] Dựa vào đặc điểm cấu tạo tế bào, người ta chia ra làm 3 nhóm lớn như sau: - Nhóm chưa có cấu tạo tế bào bao gồm các loại virút. - Nhóm có cấu tạo tế bào nhưng chưa có cấu trúc nhân rõ ràng (cấu trúc nhân nguyên thủy) được gọi là nhóm Procaryotes, bao gồm vi khuẩn, xạ khuẩn và tảo lam. - Nhóm có cấu tạo tế bào và có cấu trúc nhân phức tạp được gọi là Eukaryotes bao gồm nấm men, nấm sợi (gọi chung là vi nấm) một số động vật nguyên sinh và tảo đơn bào.
Như vậy, vi sinh vật không có mặt trong hai giới động vật và thực vật. Người ta ước tính trong số 1,5 triệu loài sinh vật có khoảng 200000 loài vi sinh vật. Tuy nhiên hàng năm, có thêm hàng nghìn loài sinh vật mới được phát hiện, trong đó có không ít loài vi sinh vật [2]. Vi khuẩn - Tiếng Anh và tiếng La Tinh là bacterium, đôi khi còn được gọi là vi trùng.
Vi khuẩn là một nhóm sinh vật đơn bào, có kích thước nhỏ (kích thước hiển vi) và thường có cấu trúc tế bào đơn giản không có nhân, bộ khung tế bào (cytoskeleton) và các bào quan như ty thể và lục lạp [2,7]. 3 Virút là một dạng đặc biệt chưa có cấu trúc cơ thể là những tác nhân gây nhiễm trùng có kích thước nhỏ nhất (đường kính từ 20-300 nm) và trong bộ gen của chúng chỉ chứa 1 loại axit nucleic (RNA hoặc DNA). Axit nucleic được bao bọc trong lớp vỏ protein và bên ngoài cùng có thể được bao quanh 1 màng lipid. Toàn bộ phân tử virút được gọi là virion.
Có 3 loại virus chính là Viroid (ARN có tính cảm nhiễm), Virusoid (ARN không có tính cảm nhiễm) và Virino. Số virút đã được đặt tên là khoảng 4000 loài [2,7]. Xạ khuẩn - danh pháp khoa học là Actinobacteria, tiếng Anh là Actinomycetes là một nhóm vi khuẩn thật (Eubacteria) phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên. Trước kia được xếp vào tản thực vật (tức nấm), nhưng ngày nay chúng được xếp vào vi khuẩn (Schizomycetes).
Xạ khuẩn có nhiều nét khác với nấm nhưng giống vi khuẩn: có giai đoạn đơn bào và có giai đoạn đa bào, kích thước rất nhỏ, nhân giống với vi khuẩn, không có màng nhân và tiểu hạch, vách tế bào không chứa cellulose hoặc chitin, giống với vi khuẩn, phân chia tế bào giống với vi khuẩn (kiểu Amitose). Xạ khuẩn không có giới tính (không có tế bào đực cái), hoại sinh và ký sinh [2,5]. Vi khuẩn Escherichia Nấm men Nấm sợi Alternaria Vi tảo Chlorella coli Saccharomyces cerevisae Hình 1.Hình ảnh một số vi sinh vật 1. Vai trò của vi sinh vật trong tự nhiên Phân giải các hợp chất hữu cơ.
Làm nguồn thức ăn bổ dưỡng cho các sinh vật hóa dị dưỡng hữu cơ khác, tức là chuyển hóa nhanh các chất hữu cơ trong chu trình thức ăn. Làm nguồn thức ăn cho các loại giun, sâu bọ tạo ra mạng lưới thức 4 ăn. Biến đổi các chất để các cơ thể khác nhau có thể sử dụng được. Biến đổi rất lớn các chất bằng cách hình thành các chất hòa tan và khí, từ đó tạo ra các chất tham gia vào con đường chuyển hóa trực tiếp hoặc biến đổi môi trường một cách gián tiếp.
Hình thành các chất ức chế làm giảm hoạt động của các vi sinh vật khác, của thực vật và động vật. Số lượng và chủng vi sinh vật trong tự nhiên là rất lớn, rất đa dạng và luôn biến đổi. Ở một số nơi, số vi sinh vật phụ thuộc vào nguồn chất dinh dưỡng, các chất độc hại và các tác nhân tới hạn khác. Vi sinh vật có vai trò quan trọng trong vòng tuần hoàn các nguyên tố C, N, S, P… và có khả năng chuyển hóa các hợp chất độc hại chứa kim loại nặng như bạc, vàng, thủy ngân, đồng… thành các dạng không độc hại hoặc ít độc hơn đối với cơ thể người động vật và cây trồng [7].
Vai trò của vi sinh vật trong đời sống Sử dụng vi sinh vật trong lên men đồ uống, lên men lactic, ủ chua thức ăn gia súc, sử dụng những tác nhân ức chế vi sinh vật trong bảo quản thực phẩm, giữ vệ sinh môi trường làm việc và hoạt động sống. Vi sinh vật, đặc biệt là vi khuẩn – mô hình lý tưởng trong công nghệ di truyền và công nghệ sinh học. Một số vi sinh vật là tác nhân gây bệnh trên người, động vật và cây trồng. Hiện có khoảng 1000 loài virút gây bệnh trên thực vật, gần 90% các bệnh đường hô hấp ở người là do virút, trong đó có bệnh viên đường hô hấp cấp (bệnh SARS), HIV/AIDS vẫn là đại dịch chưa có thuốc chữa khỏi, các bệnh vi khuẩn trên người cũng rất nhiều như viên xoang mũi (Staphylococcus sp), bạch hầu (Corynebacteriumdiphtheria), ho gà (Bordetella pertusis), lao phổi (Mycobacterrium tuberculosis) [7].
Vi sinh vật biển Biển là môi trường sống rất đặc biệt, vì ở đó nghèo chất dinh dưỡng và độ mặn cao. Biển là một hệ sinh thái tự nhiên lớn nhất địa cầu vì hơn 70% bề mặt trái đất được bao phủ bởi nước. Vi sinh vật biển có khả năng thích nghi với các điều kiện môi trường biển luôn bị thay đổi, điều này mở ra các triển vọng phát triển các hợp chất hữu cơ thứ cấp duy nhất. Số lượng vi sinh vật biển không cao như trên 5 cạn.
Vi sinh vật biển có thể phân lập được từ trầm tích biển, nước biển, từ các đối tượng mà hoạt động hoặc bất động mà vi sinh vật có thể cộng sinh. Hiểu được qui luật phân bố của vi sinh vật biển sẽ làm dễ dàng và tạo điều kiện thuận lợi để thu thập chúng từ các vật mẫu thích hợp cho việc phân lập định hướng các nhóm vi sinh vật có hoạt tính sinh học đã được phân loại [1,2,10]. Với mức đa dạng sinh học cao thì các vi sinh vật biển đóng vai trò quan trọng đối với vòng tuần hoàn sinh địa hóa các nguyên tố cơ bản. Những vi sinh vật này có thể tìm thấy ở bất kỳ ngõ ngách nào ở đại dương từ trên bề mặt đến dưới thềm đáy biển, trên các cơ thể sinh vật biển hay cả giữa những dòng hải lưu.
Dưới 5% số tế bào vi khuẩn quan sát được ở các mẫu sinh vật lấy từ biển là có thể phát triển trong các môi trường nuôi cấy nhân tạo.
