Nghiên Cứu Tạo Chủng Bacillus Subtilis Đột Biến Có Khả Năng Sinh Protease Cao Bằng Chiếu Xạ Gamma

Protease là enzyme thủy phân liên kết peptide giữa các amino acid của phân tử protein tạo thành các amino acid đơn lẻ. Protease đã được nghiên cứu và ứng dụng từ rất lâu trên thế giới, trong đó protease tiêu hoá được nghiên cứu sớm hơn cả. Từ thế kỷ 18, nhà tự nhiên học người Pháp, Reaumur đã bắt đầu nghiên cứu khả năng tiêu hoá thịt trong dạ dày và sau đó Schwann đã gọi chất này là pepsin. Năm 1857, Corvisart đã tách được trypsin, loại protease thứ hai từ dịch tụy. Đây là protease đầu tiên thu nhận được ở dạng chế phẩm.

Các chủng Bacillus subtilis tự nhiên thường cho năng suất sinh protease không cao. Việc tạo ra các thể đột biến có khả năng sinh sản phẩm thứ cấp vượt trội là một lựa chọn lý tưởng cho ngành công nghiệp sản xuất protease. Trong tự nhiên, tỷ lệ đột biến phụ thuộc vào điều kiện phát triển của vi sinh vật và nằm trong khoảng từ 10^-10 đến 10^-6. Tỷ lệ này có thể tăng một cách rõ rệt bằng cách sử dụng các tác nhân gây đột biến thực nghiệm và thực tế có thể lên đến 10^-5 đến 10^-1.

Các phương pháp truyền thống như chọn lọc tự nhiên thường cho hiệu quả thấp và tốn thời gian. Tỷ lệ đột biến tự nhiên rất thấp, đòi hỏi quá trình sàng lọc quy mô lớn và kéo dài. Điều này gây khó khăn cho việc cải thiện năng suất sinh protease của Bacillus subtilis một cách hiệu quả.

Cần có những phương pháp đột phá để tạo ra các chủng Bacillus subtilis có khả năng sinh protease cao hơn. Các phương pháp đột biến thực nghiệm, đặc biệt là sử dụng chiếu xạ gamma kết hợp với xử lý kháng sinh, đang được nghiên cứu để giải quyết thách thức này. Mục tiêu là tạo ra các chủng đột biến ổn định, có khả năng sinh protease vượt trội và ứng dụng được trong quy trình sản xuất công nghiệp.

Các tác nhân vật lý như: các tia X, tia , notron có bước sóng ngắn nên có khả năng ion hóa và khả năng xuyên sâu cao. Các tia phóng xạ có thể gây đột biến bằng cách làm đứt gãy DNA, thay đổi cấu trúc của DNA hoặc hình thành các hợp chất có hoạt tính không ổn định làm biến đổi DNA. Bức xạ ion hóa có thể tạo ra đột biến tại những vị trí xác định nhằm cải thiện hoạt tính của vi sinh vật.

Chiếu xạ gamma có thể tạo ra đột biến tại những vị trí xác định nhằm cải thiện hoạt tính của vi sinh vật. Nhiều nghiên cứu cho thấy một số thể đột biến kháng kháng sinh ở vi sinh vật có thể tăng cường sản xuất sản phẩm thứ cấp như enzyme, sắc tố, kháng sinh cũng như tăng khả năng chịu hợp chất độc hại.

Ở Bacillus subtilis, đột biến kháng streptomycin làm tăng lượng sản phẩm enzyme α – amylase lên 20 – 30% và lượng sản phẩm cũng tăng từ 1,5 đến 2 lần với thể đột biến kháng rifampicin. Cơ chế phân tử liên quan được phân tích, đánh giá trong nhiều công trình nghiên cứu cho thấy sự tác động này chủ yếu theo hai con đường chính là gây đột biến gen rpsL mã hóa cho protein ribosome S12 và gây đột biến gen rpoB mã hóa cho tiểu phần β của RNAP.

Việc kết hợp chiếu xạ gamma với xử lý kháng sinh giúp tăng áp lực chọn lọc, giảm thời gian sàng lọc và tăng tần suất thu được thể đột biến mong muốn. Đặc biệt là tăng khả năng kháng với kháng sinh của vi sinh vật. Việc kết hợp giữa gây đột biến gen bằng phóng xạ và sử dụng kháng sinh có thể giúp tạo ra chủng vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp enzyme cao hơn chủng tự nhiên nhiều lần, giúp tăng khả năng ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu.

Protease được sử dụng rộng rãi trong sản xuất chất tẩy rửa, chế biến thực phẩm, sản xuất dược phẩm và nhiều lĩnh vực khác. Với tiềm năng ứng dụng to lớn trong nhiều lĩnh vực đời sống nên protease đang thu hút mối quan tâm của nhiều nhà khoa học cũng như các công ty hóa dược lớn trên thế giới.

Nghiên cứu này có tiềm năng đóng góp vào việc phát triển các quy trình sản xuất enzyme protease hiệu quả hơn, giảm chi phí và tăng tính cạnh tranh cho các doanh nghiệp. Hơn nữa, việc áp dụng công nghệ sinh học tiên tiến như công nghệ ribosome có thể giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất và tạo ra các sản phẩm protease chất lượng cao.

Nghiên cứu về tạo chủng Bacillus subtilis đột biến có khả năng sinh protease cao bằng chiếu xạ gamma kết hợp với xử lý kháng sinh là một hướng đi đầy hứa hẹn. Phương pháp này không chỉ giúp cải thiện năng suất sinh protease mà còn mở ra cơ hội ứng dụng công nghệ ribosome để tối ưu hóa quá trình sản xuất.

Trong tương lai, các nghiên cứu sâu hơn về cơ chế đột biến, di truyền học vi sinh vật và sinh học phân tử sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về quá trình sinh tổng hợp protease và phát triển các chủng vi sinh vật có năng suất vượt trội. Cần tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình chiếu xạ gamma, lựa chọn kháng sinh phù hợp và áp dụng các kỹ thuật sinh học phân tử để xác định và phân tích các đột biến có lợi.