Luận Văn Thạc Sĩ Sinh Học: Nghiên Cứu Biểu Hiện Cao Gen Pectinase Trong Bacillus Subtilis Ứng Dụng Trong Công Nghiệp Xử Lý Vải Bông

• Tác giả: Lê Trọng Tài
• Người hướng dẫn: TS. Lê Văn Trường
• Trường học: Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
• Chuyên ngành: Hóa sinh thực nghiệm
• Đề tài: Nghiên cứu biểu hiện cao gen mã hóa pectinase trong Bacillus subtilis ứng dụng trong công nghiệp xử lý vải bông
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Sơ lược về Bacillus subtilis
• 1.2. Hệ biểu hiện Bacillus subtilis
• 1.3. Khái niệm pectinase
• 1.4. Phân loại và cơ chế hoạt động của pectinase
• 1.5. Pectinase của Bacillus subtilis
• 1.6. Ứng dụng pectinase kiềm
• 1.7. Cấu tạo sợi bông tự nhiên
• 1.8. Ứng dụng pectinase kiềm trong công nghiệp xử lý vải bông
• 1.9. Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bột giấy
• 1.10. Ứng dụng pectinase kiềm trong chiết xuất dầu thực vật, trong chế biến cà phê và trà
• 1.11. Tình hình nghiên cứu pectinase tái tổ hợp trên thế giới và Việt Nam
• 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 2.1. Các chủng vi khuẩn
• 2.2. Hóa chất thí nghiệm
• 2.3. Các vector sử dụng
• 2.4. Trình tự mồi
• 2.5. Môi trường nuôi cấy
• 2.6. Phương pháp nghiên cứu
• 2.6.1. Sàng lọc các chủng B. subtilis có hoạt tính pectinase trên môi trường thạch đĩa
• 2.6.2. Thu nhận pectinase ngoại bào từ các chủng B. subtilis tự nhiên
• 2.6.3. Thu nhận pectinase ngoại bào từ các chủng tái tổ hợp
• 2.6.4. Định lượng protein theo phương pháp Bradford
• 2.6.5. Xác định hoạt tính pectinase bằng phương pháp đường khử (Bernfeld 1955)
• 2.6.6. Xác định hoạt tính pectinase bằng phương pháp phát hiện liên kết đôi
• 2.7. Tách chiết DNA tổng số của vi khuẩn B.
• 2.8. Tách chiết DNA plasmid từ E.
• 2.9. Tách chiết DNA plasmid từ B.
• 2.10. Các phương pháp thao tác trong sinh học phân tử
• 2.10.1. Biến nạp plasmid vào E. coli bằng phương pháp xung điện
• 2.10.2. Biến nạp pMSE3/BaP-pel vào B.
• 2.10.3. Phương pháp điện di protein SDS-PAGE (Laemmli, 2009)
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Sàng lọc các chủng B. subtilis phân lập từ trong nước có hoạt tính pectinase cao
• 3.2. Sàng lọc chủng B. subtilis có hoạt tính pectinase trên đĩa thạch
• 3.3. Nghiên cứu khả năng phân cắt pectin ở pH kiềm bởi dịch enzyme ngoại bào của các chủng nghiên cứu
• 3.4. Xác định hoạt tính pectinase bằng phương pháp phát hiện liên kết đôi
• 3.5. Tách dòng gen pectinase trong E.
• 3.6. Tách chiết DNA tổng số của các chủng B.
• 3.7. Nhân gen pectinase bằng PCR
• 3.8. Tách dòng các gen pel vào E.
• 3.9. Giải trình tự các gen pectinase. subtilis tái tổ hợp sản sinh pectinase
• 3.10. Thiết kế vector biểu hiện gen pectinase trong B.
• 3.11. Nghiên cứu chuyển gen pectinase vào B.
• 3.12. Biểu hiện chủng tái tổ hợp BSM sản sinh pectinase trên môi trường lỏng
• 3.13. So sánh tính chất của enzyme pectinase tái tổ hợp với enzyme pectinase sinh ra từ chủng tự nhiên
• 3.14. So sánh ảnh hưởng của nhiệt độ tới hoạt tính pectinase tái tổ hợp và pectinase từ chủng tự nhiên
• 3.15. So sánh ảnh hưởng của pH tới hoạt tính pectinase tái tổ hợp và pectinase từ chủng tự nhiên
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Nghiên cứu gen pectinase

Nghiên cứu tập trung vào việc biểu hiện gen pectinase trong Bacillus subtilis nhằm ứng dụng trong công nghiệp xử lý vải bông. Pectinase là enzyme quan trọng giúp phân hủy pectin, một thành phần không cellulose trong sợi bông. Việc sử dụng enzyme pectinase thay thế hóa chất kiềm trong xử lý vải bông không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

1.1. Cơ chế hoạt động của pectinase

Pectinase được phân loại thành ba nhóm chính dựa trên cơ chế hoạt động: esterase, polygalacturonase, và lyase. Esterase thủy phân các liên kết ester trong pectin, trong khi polygalacturonase cắt các liên kết glycoside. Lyase tham gia vào quá trình phân cắt pectin thông qua cơ chế beta-elimination. Các enzyme này đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy pectin, giúp loại bỏ các chất không cellulose khỏi sợi bông.

1.2. Ứng dụng của pectinase trong công nghiệp

Pectinase được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như sản xuất nước ép trái cây, xử lý giấy, và đặc biệt là xử lý vải bông. Trong công nghiệp dệt may, enzyme pectinase giúp tăng khả năng thấm nước của vải, cải thiện chất lượng nhuộm màu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Các sản phẩm thương mại như Bioprep 3000L và ScourL-Novozyme đã được sử dụng rộng rãi.

II. Bacillus subtilis và hệ biểu hiện gen

Bacillus subtilis là vi khuẩn gram dương, có khả năng tạo nội bào tử và phân bố rộng rãi trong tự nhiên. Vi khuẩn này được chọn làm hệ thống biểu hiện gen do khả năng sinh trưởng mạnh, môi trường nuôi cấy đơn giản và an toàn sinh học. Hệ biểu hiện Bacillus subtilis được sử dụng để sản xuất các protein tái tổ hợp, bao gồm enzyme pectinase.

2.1. Đặc điểm của Bacillus subtilis

Bacillus subtilis có thành tế bào vững chắc, bao gồm lớp peptidoglycan giúp duy trì hình dạng và chịu được áp lực môi trường. Vi khuẩn này phát triển tốt trong điều kiện nhiệt độ 25-35°C và được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu sinh học phân tử. Hệ gen của Bacillus subtilis đã được giải mã hoàn chỉnh, tạo điều kiện thuận lợi cho các nghiên cứu biểu hiện gen.

2.2. Hệ biểu hiện gen trong Bacillus subtilis

Hệ biểu hiện gen trong Bacillus subtilis sử dụng các promoter và tín hiệu tiết để tối ưu hóa quá trình biểu hiện gen ngoại lai. Các vector đa copy thường được sử dụng để tăng cường biểu hiện gen, mặc dù chúng có tính bền kém hơn so với vector tích hợp. Việc sử dụng hệ biểu hiện Bacillus subtilis đã mang lại hiệu quả cao trong sản xuất các enzyme công nghiệp, bao gồm enzyme pectinase.

III. Ứng dụng sinh học trong xử lý vải bông

Nghiên cứu tập trung vào việc ứng dụng enzyme pectinase trong xử lý vải bông thay thế các phương pháp truyền thống sử dụng hóa chất kiềm. Xử lý vải bông bằng enzyme pectinase giúp loại bỏ các chất không cellulose, cải thiện chất lượng vải và giảm thiểu tác động môi trường.

3.1. Quy trình xử lý vải bông bằng pectinase

Quy trình xử lý vải bông bằng enzyme pectinase bao gồm các bước: ngâm vải trong dung dịch enzyme, ủ ở nhiệt độ và pH tối ưu, và rửa sạch. Phương pháp này giúp tăng khả năng thấm nước của vải, cải thiện quá trình nhuộm màu và giảm thiểu sử dụng hóa chất độc hại. Công nghệ sinh học đã mang lại hiệu quả cao trong việc tối ưu hóa quy trình xử lý vải bông.

3.2. Lợi ích của việc sử dụng pectinase

Việc sử dụng enzyme pectinase trong xử lý vải bông mang lại nhiều lợi ích, bao gồm giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tiết kiệm năng lượng và nâng cao chất lượng sản phẩm. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng enzyme pectinase có thể thay thế hoàn toàn các hóa chất kiềm trong quá trình xử lý vải bông, mở ra hướng phát triển bền vững cho ngành công nghiệp dệt may.