Chương 1: TỔNG QUAN 1. Vi sinh vật phân giải agar Vi sinh vật phân giải agar là nhóm có khả năng sinh enzyme phân cắt agar và sử dụng như nguồn carbon chính cho sự sinh trưởng và phát triển. Vi sinh vật phân giải agar đã được phân lập từ nhiều nguồn, bao gồm nước biển, trầm tích biển, tảo biển, nhuyễn thể biển, nước ngọt và đất. Vi sinh vật phân giải agar đã được tìm thấy trong nước biển ở các khu vực địa lý khác nhau: Ở Châu Âu, bắc Wales Vương quốc Anh [13], và Biển Địa Trung Hải ở Pháp [33]; Ở Châu Á, vịnh Sagami ở tỉnh Kanagawa [38], trầm tích Vịnh Ise [8], tại Noma Point ở độ sâu 230 m [31], Porphyra ở Nhật Bản [7], bờ biển Hạ Môn ở Biển Hoa Đông [42], và từ tảo đỏ phân huỷ ở bờ Biển Đông ở đảo Hải Nam [43]; Ở châu Mỹ, vịnh San Vicente [25] Niebla ở Chile [42], Halifax ở Canada [30].
Vi sinh vật phân giải agar được tìm thấy trong đường tiêu hóa của một số loài nhuyễn thể biển ăn rong biển. Vi sinh vật phân giải agar đã được phát hiện trong ruột của ốc Turbo cornutus (Turbinidae batillus cornutus) ở bờ biển Kangnung thuộc Biển Đông của Hàn Quốc [15]. Hầu hết các vi sinh vật phân giải agar được phân lập từ môi trường biển, tuy nhiên một số được phát hiện trong nước ngọt và đất. Vi sinh vật phân giải agar đã được phân lập từ hồ IJsselmeer ở Hà Lan [41], các mẫu đất từ Gifu, Nhật Bản [39], Kanto, Nhật Bản [21], và Karnataka, Ấn Độ [23].
Vi sinh vật phân giải agar được phát hiện thuộc các chi Alteromonas, Pseudomonas, Vibrio, Cytophaga, Agarivorans, Thalassomonas, Pseudoalteromonas, Bacillus và Acinetobacter. Hầu hết trong số chúng thuộc nhóm vi khuẩn gram âm và enzyme phân hủy agar chủ yếu là enzyme ngoại bào. Enzyme phân hủy agar được gọi chung là agarase. Nguyễn Bảo Châu 10 K29 – Sinh học thực nghiệm Luận văn Thạc sĩ Bảng 1.
Một số vi khuẩn sinh agarase đã được công bố [18]. Khối Nhiệt Vmax Signal lượng độ tối pH tối Sản phẩm (μmol Phân loại Protein Chủng Họ GH Co-factor Khả năng bền nhiệt peptide phân tử ưu ưu phân cắt min−1 (kDa) (℃ ) −1 mg ) >A2- Aga A33 Thalassomonas sp. Strain Yes GH96 158 45 8,5 A4 Ca2+ - - producing JAMB-A3 3 ext-α- Aga A Alteromonas agarilytica Yes GH96 155 - 7,2 A4, A6 Ca2+ - - agarase Aga D Thalassomonas sp. LD5 - - 180 40 8 A4 Ca2+ - - CaLJ 96 Catenovulum agarivorans Yes GH96 200 37 7 A4 Ca2+ 12,65 - Aga WS5 Catenovulum sediminis Yes GH96 140 40 8 A4 Ca2+ 714,3 - WS1-A >NA2- Gaa16A Gilvimarinus agarilyticus Yes GH16 49 55 7 NA4 Ca2+, 103 85% hoạt tính sau khi ủ ở 50 producing JEA5 Mn2+, Fe2+, °C trong 1 giờ ext-β- Na+ agarase Aga091 Pseudoalteromonas Yes GH16 32,5 60 6 NA4 Co2+, 334 57% hoạt tính sau khi ủ ở 50 fuliginea Mg2+, K+, °C trong 1 giờ Na+ Aga4436 Flammeovirga sp.OC4 Yes GH16 54 55 6,5 NA4, NA6 Co2+, Mn2+ - 80% hoạt tính sau khi ủ ở 50 °C trong 48 giờ AgaA Microbulbifer sp.
JAMB-A9 Yes GH16 48 55 7 NA No 517,3 80% hoạt tính tối đa sau khi 4 ủ ở 60°C trong 15 phút AgaP Pseudoalteromonas sp. Yes GH16 72,5 55 5,5 NA4, NA6 - 207,5 Hơn 50% hoạt tính tối đa AG4 sau khi ủ ở 55°C trong 60 phút Agy1 Saccharophagus sp. AG21 Yes GH16 69 55 7,6 NA4, NA6 Fe2+, Na+, 85 Bền nhiệt ở 45ºC K+ RagaA7 Microbulbifer sp. JAMB-A7 Yes GH16 49 50 7 NA4 No 398 50% hoạt tính sau khi ủ ở 50ºC trong 502 phút AgaDL6 Flammeovirga sp.
HQM9 Yes GH16 52,8 50 3 NA4, NA6 Mg2+, - Hơn 98% hoạt tính tối đa Ba2+, Ca2+, sau khi ủ ở 50°C trong 2 Co2+, Na+, giờ Zn2+ Nguyễn Bảo Châu 11 K29 – Sinh học thực nghiệm Luận văn Thạc sĩ Khối Nhiệt Vmax Signal lượng độ tối pH tối Sản phẩm (μmol Phân loại Protein Chủng Họ GH Co-factor Khả năng bền nhiệt peptide phân tử ưu ưu phân cắt min−1 (kDa) (℃ ) mg−1) Aga4 Flammeovirga sp. MY04 Yes GH16 - 50 7,5 NA4, NA6 Na+, DTT - Hơn 80% hoạt tính tối đa sau khi ủ ở 50°C trong 1 giờ Aga672 Aquimarina agarilytica ZC1 Yes GH16 98 25 7 NA4 and No 154,3 - NA6 (main), NA8 Aga3027 Flammeovirga sp. OC4 Yes GH16 90 43 9 NA4, NA6 Mn2+, Sr2+ - Hơn 80% hoạt tính tối đa sau khi ủ ở 40°C trong 48 giờ AgaB Flammeovirga sp. OC4 Yes GH16 106 45 8 NA4, NA6 No 700 Hơn 80% hoạt tính tối đa sau khi ủ ở 45°C trong 1 giờ AgaA Agarivorans sp.
LQ48 Yes GH16 51 40 7 NA4, NA6 Mn2+ 909,1 Hơn 80% hoạt tính tối đa sau khi ủ ở 40°C trong 1 giờ Aga672 Aquimarina agarilytica ZC1 Yes GH16 98 25 7 NA4 and No 154,3 80% hoạt tính còn lại sau khi NA6 (main), ủ ở 40°C trong 1 giờ NA8 Aga862 Pseudoalteromonas Yes GH16 50 45 6,5 NA4, NA6 Co2+, Cu2+, 256,41 - sp.Q30F Zn2+ AgaB 34 Agarivorans albus YKW-34 Yes GH16 49 30 7 NA4 No 50 80% hoạt tính còn lại sau khi ủ ở 40°C trong 1 giờ β-agarase Microbulbifer sp. Q7 Yes GH16 65 40 6 NA4, NA6 No - 90% hoạt tính còn lại sau khi ủ ở 37°C trong 2 giờ CaAga1 Cellulophaga algicola Yes GH16 39 40 7 NA4, NA6 Mn2+, Fe2+, 36,21 80% hoạt tính còn lại sau khi DSM1423 7 Ca2+, Co2+, ủ ở 70°C trong 2 giờ Mg2+ GH16B Bacteroides uniformis NP1 Yes GH16 - - - NA4, NA6 - - - DagA Streptomyces coelicolor Yes GH16 32 40 7 NA4, NA6 Co2+ 39,06 Khả năng chịu nhiệt tốt ở A3(2) 40°C Aga16B Saccharophagus Yes GH16 64 - - NA4 - - - degradans 2-40 AgaA Zobellia galactanivorans Yes GH16 60 40 - NA4, NA6 - - - Nguyễn Bảo Châu 12 K29 – Sinh học thực nghiệm Luận văn Thạc sĩ Khối Nhiệt Vmax Signal lượng độ tối pH tối Sản phẩm (μmol Phân loại Protein Chủng Họ GH Co-factor Khả năng bền nhiệt peptide phân tử ưu ưu phân cắt min−1 (kDa) (℃ ) mg−1) AgaA Marinimicrobium sp. H1 Yes GH16 57,5 40 6 NA4 Na+, K+, Good thermost ability at 50 Mg2+, °C (Yan, et al., 2020) Ca2+, Ba2+ AgaB-4 Paenibacillus agarexedens Yes GH50 97 55 6 NA4 Co2+, Mn2+ 874,61 Good thermost ability at 45 BCRC17346 °C AgaW Cohnella sp. LGH Yes GH50 97 50 7 NA4 (main) Ca2+, 387,11 Good thermost ability at 55 NA6 Mg2+, Na+, °C K+ AgaACN41 Vibrio sp.
strain CN41 Yes GH50 110 40 7,5 NA4 - 5 - AgWH50B Agarivorans gilvus Yes GH50 105 40 7 NA4 No 1700 90% residual activity after WH0801 incubati ng at 50 °C for 1 h AgWH50 A Agarivorans gilvus Yes GH50 105 30 6 NA4 No 0,781 - WH0801 VejGH50 B Vibrio sp. EJY3 Yes GH50 111 65 7 NA4 - 43,5 - VejGH50C Vibrio sp. EJY3 Yes GH50 107 45 9 NA4 - 229,8 - AgaJ5 Gayadomonas joobiniege Yes GH86 89 30 4,5 NA2, NA4, Na+, K+ 188,6 - G7 NA6 (main) Aga1 Paenibacillus sp. SSG-1 Yes GH86 165 40 5 NA4, NA6 - - - AgaXa Catenovulum sp.
X3 Yes GH118 52 52 7,4 NA6, NA8, Mg2+, 588,2 90% hoạt tính còn lại sau khi NA10, Ca2+, Na+, ủ ở 40°C trong 1 giờ NA12, cơ K+ chất tối thiểu là NA8 AgaC Vibrio sp. PO-303 Yes GH118 47 45 6 NA4, NA6, - - - NA8, NA10, NA12, cơ chất tối thiểu là NA8 AgaB Pseudoalteromonas sp. Yes GH118 51 40 6 NA4, NA6, Mg2+, Ba2+ - - CY24 NA8, NA10, Nguyễn Bảo Châu 13 K29 – Sinh học thực nghiệm Luận văn Thạc sĩ Khối Nhiệt Vmax Signal lượng độ tối pH tối Sản phẩm (μmol Phân loại Protein Chủng Họ GH Co-factor Khả năng bền nhiệt peptide phân tử ưu ưu phân cắt min−1 (kDa) (℃ ) mg−1) cơ chất tối thiểu là NA8 AgaJA2 Agarivorans sp. JA-1 Yes GH118 52 35 7 NA8 - - - >NA2- YM01-3 Catenovulum agarivorans No GH16 46,9 60 6 NA4, NA6 Na+, K+ 1.14 × Khả năng chịu nhiệt tốt ở 50 producing YM01 104 °C cyt-β- AgaML Metagenomic library No GH16 71,6 50 7 NA4, NA6 Ca2+, 967,5 - agarase Mn2+, Ba2+, Co2+, Na+, K+ NA2- AgaL1 Microbulbifer pacificus Yes GH16 64,3 50 7 NA2 SDS 16,8 - producing LD25 ext-β- PdAgAc Persicobacter sp.
CCB- Yes GH16 30 60 7,5 NA2 No 2.9 × Khả năng chịu nhiệt tốt ở 55 agarase QB2 103 °C YM01-1 Catenovulum agarivorans Yes GH16 37,3 50 7 NA2 Ca2+, 4.35 × Hơn 80% hoạt tính tối đa YM01 Mg2+, K+ 103 sau khi ủ ở 50°C trong 1 giờ N3-1 Microbulbifer sp. BN3 Yes GH16 34,3 50 6 NA2, NA4 Na+, K+ - Hơn 90% hoạt tính tối đa sau khi ủ ở 50°C trong 1 giờ ZgAgaC Zobellia galactanivorans Yes GH16 37,6 50 6.5 NA2, NA4 - - - (agar) (agaro se) 9 (agar) AgaB Zobellia galactanivorans Yes GH16 40 - - NA2, NA4 - - - (main) AgaJ9 Gayadomonas joobiniege Yes GH39 134 25 5 NA2, NA4 No 10,7 - G7 VejGH50A Vibrio sp. EJY3 Yes GH50 108 45 7 NA2 - 144,7 - EXB3 Gilvimarinus chinensis Yes GH50 84 30 6.0 NA2 Ca2+ 126,8 - Sco3487 Streptomyces coelicolor Yes GH50 88,5 40 7 NA2 Co2+ 10,75 Khả năng chịu nhiệt tốt ở A3(2) 40°C β-agarase Agarivorans sp. JA-1 Yes GH50 109 40 8 NA2, NA4 Na+, Ca2+ - - Nguyễn Bảo Châu 14 K29 – Sinh học thực nghiệm Luận văn Thạc sĩ Khối Nhiệt Vmax Signal lượng độ tối pH tối Sản phẩm (μmol Phân loại Protein Chủng Họ GH Co-factor Khả năng bền nhiệt peptide phân tử ưu ưu phân cắt min−1 (kDa) (℃ ) mg−1) Aga50D Saccharophagus Yes GH50 84 30 7 NA2 Ca2+ 17,9 - degradans 2-40 AgaA11 Agarivorans sp.
JAMB-A1 Yes GH50 105 40 7. NA2 Cu2+, Pb2+, 371 - 1 EDTA, SDS β-agarase Alteromonas sp. E-l Yes GH50 89 40 7,5 NA2 K+, Na+, - EDTA AgaB Marinimicrobium sp. H1 Yes GH50 88,8 60 7 NA2 Ba2+ - - β-agarase Pseudomonas atlantica Yes - - - 8 NA2 Na+ 88 nmol - min-1 Aga3463 Pseudoalteromonas sp.
Yes GH86 40 50 7 NA2 Ca2+, Cd2+, 557 - NJ21 Mn2+, Fe2+ Aga86E Saccharophagus Yes GH86 146 - - NA2 - - - degradans 2-40 NA2- AgaL4 Microbulbifer pacificus No GH50 84,6 60 7 NA2 Ca2+ 9,6 93% hoạt tính còn lại sau khi producing LD25 ủ ở 70°C trong 180 phút cyt-β- VejGH50D Vibrio sp. EJY3 No GH50 85,5 30 7 NA2 - 3,07 - agarase AgWH50C Agarivorans gilvus No GH50 83,7 30 6 NA2 Mg2+, 1,17 - WH0801 Mn2+ AgaB Vibrio sp. Strain JT0107 No GH50 106 - - NA2 - - - Aga86A_Wa Wenyingzhuangia aestuarii No GH86 79,73 30 6,5 NA2 Na+, Mg2+, 136,99 - OF219 Cd2+ AgaJ10 Gayadomonas joobiniege No GH42 89 30 5 NA2 Mn2+ 294,1 - G7 -: Không có dữ liệu Nguyễn Bảo Châu 15 K29 – Sinh học thực nghiệm Luận văn Thạc sĩ 1. Sơ lược về agar 1.
Cấu trúc agar Agar là một trong ba hydrocoloid chính thu được từ môi trường nước, hai loại còn lại là carrageenan và alginate.