Mở Đầu 1. Tính cấp thiết của đề tài Các nguồn tài nguyên thiên nhiên, chẳng hạn như thực vật, vi sinh vật, động vật có xương sống và không xương sống là những nguồn có giá trị của các hợp chất hoạt tính sinh học. Một số lượng lớn các loại thuốc đã được phát triển trong ngành y từ các sản phẩm tự nhiên (Amador và cộng sự. Kể từ khi phát hiện và thành công trong việc điều trị của peniciline, các vi sinh vật đã được sử dụng như một nguồn đặc biệt của các tác nhân hoạt tính sinh học có cấu trúc đa dạng.
các ứng dụng điều trị của các chất chuyển hóa của vi sinh vật cung cấp cơ hội cho việc phát hiện ra kháng sinh (ví dụ peniciline, erythromycin…), ức chế miễn dịch trong cấy ghép, các tác nhân giảm cholesterol (ví dụ : lovastain và mevastatin) và tác nhân chống ung thư (ví dụ: doxorubicin, daunorubicin, bleomycin và pentostatin). Từ khi nền khoa học hiện đại bắt đầu, các hợp chất thứ cấp tự nhiên được chiết xuất từ trái cây, rau, hạt, rễ cũng như từ vi sinh vật đã được sử dụng trong việc làm thuốc đông y, mỹ phẩm, thực phẩm ,. Nhưng sau đó, các hợp chất thứ cấp tự nhiên đã được nghiên cứu sâu hơn về cấu trúc hóa học cũng như cách tổng hợp bằng phương pháp hóa học, bởi người ta cho rằng chúng bền hơn, có thể sản xuất trên quy mô lớn và chi phí sản xuất thấp. Tuy nhiên, các vấn đề ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe gây ra bởi các hợp chất tổng hợp hóa học đã bắt đầu được quan tâm.
So với các hợp chất thứ cấp từ thực vật và động vật thì các hợp chất từ vi sinh vật ngày càng được quan tâm và phát triển, vì vi sinh vật cũng là một yếu tố tự nhiên và an toàn để sử dụng, sản xuất được quanh năm trong các điều kiện địa lý khác nhau và do sự tăng trưởng nhanh chóng của vi sinh vật nên sẽ làm giảm thời gian sản xuất xuống còn chỉ một vài ngày. So với các nguồn khác từ thực vật hoặc động vật thì hợp chất thứ cấp từ vi sinh vật có thể dễ dàng được kiểm soát và dự đoán sản lượng (Francis, 1987; Taylor, 1984). Trong những sắc tố từ vi sinh vật thì hợp chất prodigiosin được biết đến với ý nghĩa quan trọng. 1 Đồ án tốt nghiệp Một số loài Serratia, đặc biệt loài Serratia marcenscens có khả năng tổng hợp sắc tố đỏ (red pigment) prodigiosin (2-methyl-3-amyl-6-methoxyprodigiosene) (C20H25N3O = 323,44) (Williams và Qadri, 1980, Kobayashi và El-Barrad, 1996; Press và cộng sự, 1997; Someya và cộng sự, 2000; Roberts và cộng sự, 2005).
Prodigiosin là sắc tố màu đỏ, và có hoạt tính kháng vi sinh vật đã được bắt đầu nghiên cứu từ những năm 1960, nay thu hút được nhiều quan tâm do khả năng sử dụng làm màu tự nhiên và ứng dụng trong lĩnh vực bảo vệ thực vật cũng như hoạt chất kháng ức chế miễn dịch và chống khối u (D’Alessio và Rossi, 1996; Azuma và cộng sự, 2000; Bennet và Bentley, 2000; Melvin và cộng sự, 2000, Tsuji và cộng sự, 1990; Kataoka và cộng sự, 1992; Tsuji, 1992; Songia và cộng sự, 1997). Dựa trên cơ sở lợi ích rất quan trọng của hợp chất prodigiosin được tách từ việc nuôi cấy vi khuẩn Serratia marcenscens, đề tài “THIẾT LẬP MÔI TRƢỜNG DINH DƢỠNG VÀ ĐIỀU KIỆN NUÔI CẤY ĐỂ SẢN XUẤT PRODIGIOSIN TỪ VI KHUẨN S. MARCESCENS SH1” được tiến hành nhằm tìm ra được môi trường và điều kiện nuôi cấy để tổng hợp ra prodigiosin cao nhất. Mục tiêu của nghiên cứu Khảo sát các loại môi trường tổng hợp prodigiosin cao nhất.
Khảo sát các điều kiện nuôi cấy tổng hợp prodigiosin cao nhất. Ý nghĩa khoa học Tìm ra được môi trường nuôi cấy tốt nhất để tổng hợp prodigiosin nhiều nhất. Thiết lập được điều kiện nuôi cấy tối ưu nhất để tổng hợp prodigiosin nhiều nhất. Ý nhĩa thực tiễn Prodigiosin là hợp chất thứ cấp vi sinh vật được nghiên cứu phát triển dược phẩm nên được bán trên thị trường với giá rất cao.
Thành công của đề tài sẽ góp phần vào việc tìm được môi trường tốt nhất và điều kiện nuôi cấy tối ưu để sản xuất và ứng dụng hợp chất prodigiosin. 2 Đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG 1. TỒNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan hợp chất thứ cấp từ vi sinh vật 1.
Hợp chất thứ cấp Hợp chất thứ cấp là chất được tạo ra từ hợp chất sơ cấp, có trọng lượng phân tử nhỏ, thường được gọi là chất có hoạt tính sinh học đóng vai trò điều hòa quan hệ sinh thái của chủ thể với các tác động lên chủ thể của môi trường xung quanh. Hợp chất thứ cấp từ vi sinh vật là những hợp chất được vi sinh vật tạo ra từ quá trình chuyển hóa hợp chất sơ cấp 1. Triển vọng và tiềm năng sản xuất hợp chất thứ cấp từ vi sinh vật Vi sinh vật đã được sử dụng trong một thời gian dài cho sản xuất các phân tử sinh học như thuốc kháng sinh, enzyme, vitamine và các tác nhân chỉ thị. Có sự quan tâm ngày càng tăng trong ngành công nghiệp thực phẩm trong việc sử dụng các thành phần tự nhiên.
Các thành phần, chẳng hạn như hợp chất thứ cấp, được xem là tự nhiên khi xuất phát từ nguồn gốc sinh học như động vật, thực vật hoặc vi sinh vật. Hợp chất thứ cấp của vi sinh vật được sử dụng trong ngành công nghiệp chế biến cá, ví dụ như để tăng màu hồng của cá hồi nuôi. Hơn nữa, một số hợp chất tự nhiên có tiềm năng thương mại để sử dụng như chất chống oxy hóa. Ngành công nghiệp hiện nay đã sản xuất một số hợp chất từ vi sinh vật ứng dụng trong thực phẩm, mỹ phẩm hoặc vật liệu dệt.
Trong tự nhiên phong phú về hợp chất và vi sinh vật sản xuất hợp chất (nấm, nấm men và vi khuẩn). Trong các sắc tố tự nhiên thì vi sinh vật cung cấp một số lượng hợp chất rất lớn như: carotenoid, melanin, flavin, quinone, prodigiosin và cụ thể hơn là monascin, violacein hoặc indigo (Dufosse, 2009). Các loại hợp chất này có tiềm năng khai thác cao, vì quá trình sản xuất đơn giản, sự đa dạng di truyền ở vi sinh vật, cũng như có thể dễ dàng tối ưu hóa quy trình công nghệ (Juailova và cộng sự, 1997). Bên cạnh đó, một số vi sinh vật có khả năng sản xuất hợp chất với hiệu suất cao, bao gồm các chi Monascus (Hajjaj và cộng sự, 2000) và Serratia (Williams và cộng sự, 1971a).
Các chi vi sinh vật khác như: Rhodotorula, Bacillus, Achrombacter, Yarrowia và Phaffia cũng có khả năng sản xuất số lượng lớn hợp 3 Đồ án tốt nghiệp chất thứ cấp (Krishna, 2008), trong đó kháng sinh, nhóm hoạt chất có khả năng gây chết hoặc kìm hãm vi sinh vật phát triển, được một số vi sinh vật (fungi, actmomycetes, bacteria) tạo ra, là một trong những thành tựu quan trọng của việc sản xuất hợp chất thứ cấp từ vi sinh vật. Mỗi kháng sinh có phổ tác động riêng của mình.1 tóm tắt về một số hợp chất thứ cấp được sản xuất bởi vi sinh vật. Danh sách một số hợp chất thứ cấp được sản xuất bởi vi sinh vật Hợp chất thứ Vi sinh vật Ứng dụng Kiểu tác động ức chế cấp Penicillium notatum, Ức chế tụ cầu Ức chế tạo polymer Penicillium khuẩn, nhiễm vách tế bào vi khuẩn, chrysogenum Penicillin trùng kỵ khí, ức chế hấp thu amino giang mai, hen acid và protein, ức chế suyễn. tạo enzyme Streptomyces griceus Ức chế vi khuẩn Ức chế ghép nối một Gram âm và ram số amino acid vào dương.
Trị bệnh protein, tác động lên Streptomycin lao, bệnh viêm hệ enzyme của vi màng não, ho gà khuẩn tham gia chuyển pyruvate vào chu trình Creb… Steptomyces Ức chế đối với Ức chế đặc hiệu sinh venezuelae bệnh lỵ, sốt cao, tổng hợp protein vi sốt phát ban khuẩn liên quan đến peptidyl transferase Chloramphenicol trong tiểu đơn vị Ribosome 50s, ngăn không cho tạo liên kết peptide 4 Đồ án tốt nghiệp Streptomyces Ức chế phổ rộng Ức chế tổng hợp aureomycin Tetracilin vi khuẩn Gram protein âm, Gram dương Streptomyces Chữa bệnh do tụ ức chế vi khuẩn Gram erythraeus cầu khuẩn âm và Gram dương Erythromycin streptococcal gây ra Streptomyces fradiae Tác dụng vi Hơi độc Neomycin khuẩnn Gram âm và Gram dương Streptomyces Điều trị lao, ức Tác động giống như kanamycetius chế vi khuẩn streptomycin và Kanamycin Gram âm và neomycin Gram dương Streptomyces Điều trị bệnh lao Cản trở tổng hợp vách Cycloserine lavendulae tế bào 1. Tổng quan prodigiosin 1. Khái niệm về prodigiosin Prodigiosin là một tripyrrole được phát hiện lần đầu tiên trên khuẩn lạc đặc trưng của vi khuẩn Serratia marcescens. Tên gọi “prodigiosin” có nguồn gốc từ “prodigious” có nghĩa là một điều gì đó kỳ diệu.
Prodigiosin được tìm thấy ở dạng túi bên ngoài tế bào cũng như các tế bào liên kết, và dạng hạt ở bên trong tế bào (Kobayashi và Ichikawa, 1991). 5 Đồ án tốt nghiệp Prodigiosin là một chất chuyển hóa thứ cấp, được sản xuất bởi các vi khuẩn như Serratia marcescens, Pseudomonas magneslorubra, Vibrio psychroerythrous, Serratia rubidaea, Vibrio gazogenes, Alteromonas rubra, Rugamonas rubra và các xạ khuẩn Gram dương, chẳng hạn Streptoverticillium rubrireticuli và Streptomyces longisporus (Khanafari và cộng sự, 2006).1 trình bày cấu trúc hóa học của các hợp chất đại diện của prodigiosin. Các chất đại diện prodigiosin (Furstner, 2003) 1. Cấu trúc và đặc điểm của prodigiosin Mãi đến năm 1960, công thức hóa học chính xác của prodigiosin được tổng hợp bởi Serrattia marcescens mới được biết đến (Rapoport và Holden, 1962).
Do sự tiến bộ nhanh chóng trong khoa học phân tích và quang phổ ở những năm tiếp theo, mà cấu trúc của prodigiosin dần được nghiên cứu rõ ràng hơn (Hesse, 2000). 6 Đồ án tốt nghiệp Prodigiosin với tên gọi (5[(3-methoxy-5-pyrrol-2-ylidene-pyrrol-2-ylidene)- methyl]-2-methyl-3-pentyl-1H-pyrrole) có công thức phân tử C20H25N3O và trọng lượng phân tử là 323,44 Da (Harris và cộng sự, 2004; Song và cộng sự, 2006; Williamson và cộng sự, 2006). Prodigiosin là một alkaloid có cấu trúc hóa học đặc biệt, với ba vòng pyrrole tạo thành bộ khung pyrrolylpyrromethane, trong đó hai vòng đầu liên kết trực tiếp với nhau, còn vòng thứ ba được gắn vào thông qua cầu nối methene (Qadri và Williams, 1972; Gerber, 1975). Cấu trúc của prodigiosin có bảy liên kết đôi và được miêu tả là tạo sắc tố mạnh (Krishna, 2008).
Prodigiosin nhạy cảm với ánh sáng và không tan được trong nước. Prodigiosin có thể tan tương đối trong alcohol và ether; bên cạnh đó, nó dễ tan trong chloroform, methanol, acetonitrile và DMSO (Grimont và cộng sự, 1977; Khanafari và cộng sự, 2006).