Luận án tiến sĩ nghiên cứu đa dạng và sinh tổng hợp cyclooligomer depsipeptide của nấm ký sinh côn trùng tại khu bảo tồn thiên nhiên copia và vườn quốc gia xuân sơn

Luận án tiến sĩ nghiên cứu đa dạng và sinh tổng hợp cyclooligomer depsipeptide từ nấm ký sinh côn trùng tại khu bảo tồn Copia và vườn quốc gia Xuân Sơn.

Chuyên ngành

Vi sinh vật học

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Luận án tiến sĩ
222
2
0

Phí lưu trữ

55 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CAM ĐOAN

1. MỞ ĐẦU: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

1.1. Nấm và nấm ký sinh côn trùng

1.1.1. Giới thiệu về nấm

1.1.2. Nấm ký sinh côn trùng

1.1.2.1. Sơ lược về nấm ký sinh côn trùng

2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Nguyên vật liệu và đối tượng nghiên cứu

2.1.1. Đối tượng nghiên cứu

2.1.2. Hóa chất và thiết bị

2.1.3. Môi trường

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Phương pháp vi sinh vật học

2.2.2. Các phương pháp sinh học phân tử

2.2.3. Phương pháp tách chiết và tinh sạch cyclooligomer depsipeptide

2.2.4. Các phương pháp phân tích

2.2.5. Phương pháp toán học

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Đa dạng nấm ký sinh côn trùng phân lập từ mẫu thu ở Khu bảo tồn thiên nhiên Copia và Vườn quốc gia Xuân Sơn

3.1.1. Kết quả phân lập và nghiên cứu đặc điểm của nấm ký sinh côn trùng ở Khu bảo tồn thiên nhiên Copia và Vườn quốc gia Xuân Sơn

3.1.2. Một số nhận xét về đa dạng các chủng nấm ký sinh côn trùng tại Khu bảo tồn thiên nhiên Copia và Vườn quốc gia Xuân Sơn

3.2. Khả năng sinh tổng hợp cyclooligomer depsipeptide của các chủng nấm ký sinh côn trùng đã phân lập

3.2.1. Định loại chủng nấm CPA14V bằng đặc điểm hình thái và sinh học phân tử

3.2.1.1. Đặc điểm hình thái của chủng nấm CPA14V
3.2.1.2. Định loại chủng nấm CPA14V bằng phương pháp sinh học phân tử

3.2.2. Nghiên cứu môi trường và điều kiện nuôi cấy sinh tổng hợp cyclooligomer depsipeptide của chủng nấm C

3.2.2.1. Lựa chọn môi trường lên men sinh tổng hợp cyclooligomer depsipeptide
3.2.2.2. Ảnh hưởng của độ pH môi trường đến sự sinh trưởng và khả năng sinh tổng hợp cyclooligomer depsipeptide của chủng C
3.2.2.3. Ảnh hưởng của nguồn cacbon đến sinh trưởng và khả năng sinh tổng hợp cyclooligomer depsipeptide của chủng nấm C
3.2.2.4. Ảnh hưởng của nguồn nitơ đến sinh trưởng và khả năng sinh tổng hợp cyclooligomer depsipeptide của chủng nấm C

3.3. Nghiên cứu tách chiết, tinh sạch và xác định cấu trúc cyclooligomer depsipeptide từ C

3.3.1. Tách chiết và tinh sạch cyclooligomer depsipeptide từ C. cateniannulata CPA14V ở quy mô phòng thí nghiệm

3.3.2. Xác định cấu trúc hóa học của cyclooligomer depsipeptide

3.4. Nghiên cứu khảo sát một số hoạt tính sinh học của các cao chiết tổng, phân đoạn và chất sạch beauvericin của chủng nấm C

3.4.1. Đánh giá hoạt tính gây độc tế bào in vitro

3.4.2. Đánh giá hoạt tính chống oxi hóa

3.4.3. Đánh giá hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nấm ký sinh côn trùng và cyclooligomer depsipeptide

Nấm ký sinh côn trùng là nhóm nấm gây bệnh cho côn trùng, đóng vai trò quan trọng trong hệ sinh thái. Chúng có khả năng sinh tổng hợp các chất chuyển hóa thứ cấp, trong đó cyclooligomer depsipeptide (COD) là nhóm hoạt chất đặc biệt. COD được cấu tạo từ các đơn phân gồm 2-hydroxycarboxylic acid và 2-amino acid, sinh tổng hợp nhờ hệ enzyme non-ribosomal peptide synthetase (NRPSs). COD từ nấm ký sinh côn trùng có phổ hoạt tính sinh học rộng, bao gồm khả năng gây độc tế bào, kháng virus, chống khối u và ức chế enzyme. Nghiên cứu này tập trung vào đa dạng sinh họcsinh tổng hợp COD từ các chủng nấm ký sinh côn trùng tại Khu bảo tồn thiên nhiên CopiaVườn quốc gia Xuân Sơn.

1.1. Vai trò của nấm ký sinh côn trùng

Nấm ký sinh côn trùng không chỉ kiểm soát quần thể côn trùng mà còn có khả năng cộng sinh với thực vật, hỗ trợ quá trình dinh dưỡng. Các loài thuộc chi MetarhiziumBeauveria thường được sử dụng trong đấu tranh sinh học và y học. Chúng sản xuất các độc tố giúp tiêu diệt côn trùng và ngăn chặn sự cạnh tranh của vi sinh vật khác.

1.2. Tầm quan trọng của cyclooligomer depsipeptide

Cyclooligomer depsipeptide (COD) là nhóm hoạt chất tự nhiên có tiềm năng ứng dụng trong y dược. COD từ nấm ký sinh côn trùng đã được chứng minh có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư và kháng virus. Nghiên cứu này nhằm khám phá khả năng sinh tổng hợp COD từ các chủng nấm tại CopiaXuân Sơn.

II. Phương pháp nghiên cứu và kết quả

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp vi sinh vật học, sinh học phân tửphân tích hóa học để phân lập, định loại và nghiên cứu khả năng sinh tổng hợp COD của các chủng nấm ký sinh côn trùng. Kết quả cho thấy sự đa dạng về thành phần loài nấm tại CopiaXuân Sơn, trong đó chủng Cordyceps cateniannulata được ghi nhận lần đầu tiên tại Việt Nam. Chủng này có khả năng sinh tổng hợp COD với hiệu suất cao trong điều kiện nuôi cấy tối ưu.

2.1. Phân lập và định loại nấm

Các mẫu nấm được phân lập từ côn trùng thu thập tại CopiaXuân Sơn. Phương pháp sinh học phân tử dựa trên vùng gen ITS, LSU và Rpb1 được sử dụng để định loại chủng nấm. Kết quả xác định được 15 chủng nấm ký sinh côn trùng, trong đó chủng CPA14V thuộc loài Cordyceps cateniannulata.

2.2. Sinh tổng hợp và tách chiết COD

Chủng CPA14V được nuôi cấy trong các môi trường khác nhau để tối ưu hóa quá trình sinh tổng hợp COD. Phương pháp HPLCNMR được sử dụng để tách chiết và xác định cấu trúc hóa học của COD. Kết quả cho thấy COD từ chủng này có hoạt tính sinh học cao, đặc biệt là khả năng gây độc tế bào và chống oxy hóa.

III. Ứng dụng và ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học cho việc khai thác và ứng dụng cyclooligomer depsipeptide từ nấm ký sinh côn trùng trong y dược. Kết quả nghiên cứu góp phần bổ sung vào danh mục nguồn gen và bảo tồn đa dạng sinh học tại CopiaXuân Sơn. Đồng thời, chủng Cordyceps cateniannulata được xác định có tiềm năng ứng dụng trong sản xuất các hoạt chất sinh học có giá trị cao.

3.1. Tiềm năng ứng dụng trong y dược

COD từ chủng CPA14V có hoạt tính gây độc tế bào và chống oxy hóa, mở ra tiềm năng ứng dụng trong điều trị ung thư và các bệnh liên quan đến stress oxy hóa. Nghiên cứu này là tiền đề cho các nghiên cứu sâu hơn về cơ chế hoạt động và ứng dụng thực tiễn của COD.

3.2. Đóng góp cho bảo tồn đa dạng sinh học

Nghiên cứu ghi nhận sự đa dạng của nấm ký sinh côn trùng tại CopiaXuân Sơn, góp phần xây dựng cơ sở dữ liệu về nguồn gen và bảo tồn các loài nấm có giá trị sinh học cao.

01/03/2025
Luận án tiến sĩ nghiên cứu đa dạng và sinh tổng hợp cyclooligomer depsipeptide của nấm ký sinh côn trùng tại khu bảo tồn thiên nhiên copia và vườn quốc gia xuân sơn

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Nấm ký sinh côn trùng (Entomopathogenic fungi - EPF) hay nấm côn trùng (Insect fungi) là nhóm nấm gây bệnh cho côn trùng [96]. Đây là nhóm nấm có vai trò rất quan trọng đối với hệ sinh thái. Cho đến nay có gần 2000 loài nấm ký sinh côn trùng được ghi nhận [19, 222]. Nấm ký sinh côn trùng có khả năng sinh tổng hợp đa dạng các chất chuyển hóa thứ cấp như: Cyclic depsipeptide, peptide, dẫn xuất amino acid, polyketide, peptide hybrid, terpenoid… [48], [196].

Các chất chuyển hóa thứ cấp từ nấm ký sinh côn trùng có phổ hoạt tính mạnh đã và đang thu hút được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu. Trong đó đáng chú ý là nhóm hoạt chất cyclooligomer depsipeptide. Cyclooligomer depsipeptide (COD) là một nhóm đặc biệt của nonribosomal peptid gồm 2, 3 hoặc 4 đơn phân. Trong đó mỗi đơn phân được cấu tạo bởi ít nhất một 2-hydroxycarboxylic acid và một 2-amino acid.

COD được sinh tổng hợp nhờ hệ enzyme non-ribosomal peptide synthetase (NRPSs) [53]. COD là hoạt chất tự nhiên được tìm thấy ở vi khuẩn [55], nấm [168], thực vật [207], tảo [46], hải miên [17], và một số loại sinh vật biển khác [92, 141]. Trong các nhóm COD thì COD từ nấm ký sinh côn trùng là một nhóm rất quan trọng, chiếm tỷ lệ lớn nhất [196]. Cyclooligomer depsipeptide từ nấm ký sinh côn trùng có phổ hoạt tính sinh học rộng, bao gồm khả năng gây độc ở thực vật [116], gây độc tế bào [176], kháng virus [93], diệt côn trùng [211], chống sốt rét [75], chống khối u [106], ức chế hoạt động của một số loại enzyme [128, 156] cũng như là hạn chế sự hình thành các amyloid ở bệnh Alzheimer [73].

Đặc biệt trong các nghiên cứu gần đây cho thấy COD từ nấm ký sinh côn trùng có nhiều tiềm năng trong phòng chống ung thư, ức chế sự sinh trưởng của một số dòng ung thư khác nhau ở người [72, 107, 197]. Hiện nay, các hoạt chất COD từ nấm 2 ký sinh côn trùng được coi là nguồn nguyên liệu tự nhiên mới có tiềm năng ứng dụng trong y dược. Trên thế giới việc nghiên cứu nấm ký sinh côn trùng cũng như COD từ nấm ký sinh côn trùng bắt đầu từ khá sớm. Điển hình như nghiên cứu về tách chiết enniatin A từ nấm Fusarium orthocera var.

enniatinum của Gaumann [57], nghiên cứu về sinh tổng hợp cyclodepsipeptide D- D-, L-L-, và D-L- Cyclodi- (β-seryloxy- propionyl) của Hassal và cộng sự [66] hay nghiên cứu về cấu trúc của beauvericin từ nấm của Hamill và cộng sự [64],. Trải qua hơn 70 năm, nấm ký sinh côn trùng và COD từ nấm ký sinh côn trùng vẫn thu hút được sự chú ý của rất nhiều nhà khoa học trên thế giới. Ở Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu về nấm ký sinh côn trùng và ứng dụng của chúng đã được công bố. Các nghiên cứu tập trung chủ yếu vào đa dạng nấm ký sinh côn trùng hoặc sử dụng sinh khối nấm để sản xuất các chế phẩm ứng dụng làm thuốc trừ sâu, tiêu biểu như nghiên cứu của các tác giả Nguyễn Thị Lộc [3], Phạm Thị Thùy [10], Phạm Văn Nhạ [6],… Nghiên cứu về COD từ nấm ký sinh côn trùng là vấn đề rất mới mẻ, hiện chưa có một công trình nghiên cứu nào ở Việt Nam đề cập tới vấn đề này.

Khu bảo tồn thiên nhiên Copia (Sơn La) và Vườn quốc gia Xuân Sơn (Phú Thọ) là hai khu vực có độ đa dạng sinh học nổi bật ở miền Bắc Việt Nam. Được thiên nhiên ưu đãi về điều kiện tự nhiên vì thế hệ động thực vật ở hai khu vực này rất phong phú, không chỉ có giá trị nghiên cứu khoa học, bảo tồn nguồn gen mà còn có ý nghĩa trong phát triển kinh tế, khai thác tài nguyên thiên nhiên (đặc biệt là tài nguyên sinh vật). Với những khu rừng nhiệt đới và cận nhiệt đới, ở đây có rất nhiều loài động thực vật quý hiếm hiện hữu và đặc trưng cho vùng núi phía Bắc [2, 8, 223]. Tuy nhiên khu hệ nấm ở Khu bảo tồn thiên nhiên Copia và Vườn quốc gia Xuân Sơn còn chưa có nhiều nghiên cứu.

Những hiểu biết về đa dạng thành phần loài, đặc điểm sinh học và giá trị sử dụng còn đang rất hạn chế. Đặc biệt, hầu như không có nghiên cứu nào về nấm gây bệnh côn trùng ở hai khu vực này. 3 Nhằm bổ sung các hiểu biết về nấm ký sinh côn trùng và COD từ nấm ký sinh côn trùng cũng như góp phần xây dựng danh mục nguồn gen, bảo tồn đa dạng sinh học các loài nấm ký sinh côn trùng tại Khu bảo tồn thiên nhiên Copia và Vườn quốc gia Xuân Sơn, chúng tôi lựa chọn nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu đa dạng và sinh tổng hợp cyclooligomer depsipeptide của nấm ký sinh côn trùng tại Khu bảo tồn thiên nhiên Copia và Vườn quốc gia Xuân Sơn”. Mục tiêu đề tài Đánh giá được thành phần loài và khả năng sinh tổng hợp cyclooligomer depsipeptide của một số chủng nấm ký sinh côn trùng phân lập được ở Khu bảo tồn thiên nhiên Copia (Sơn La) và Vườn quốc gia Xuân Sơn (Phú Thọ).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Nấm được phân lập từ các mẫu côn trùng thu thập ở Khu bảo tồn thiên nhiên Copia (Sơn La) và Vườn quốc gia Xuân Sơn (Phú Thọ). - Phạm vi nghiên cứu: Phân lập, tuyển chọn, nghiên cứu đặc điểm hình thái và sinh học phân tử của chủng nấm có khả năng sinh tổng hợp COD. Nghiên cứu ảnh hưởng môi trường và điều kiện nuôi cấy thu nhận COD, tách chiết, tinh sạch và khảo sát hoạt tính sinh học của COD từ chủng nấm đã tuyển chọn. Nội dung nghiên cứu - Phân lập và nghiên cứu đa dạng nấm ký sinh côn trùng từ mẫu thu ở Khu bảo tồn thiên nhiên Copia và Vườn quốc gia Xuân Sơn.

- Tuyển chọn các chủng nấm ký sinh côn trùng có khả năng sinh tổng hợp cyclooligomer depsipeptide. - Nghiên cứu định loại chủng nấm đã tuyển chọn bằng phương pháp hình thái và sinh học phân tử. 4 - Nghiên cứu lựa chọn môi trường và điều kiện nuôi cấy, sinh tổng hợp cyclooligomer depsipeptide cho chủng nấm đã tuyển chọn ở quy mô phòng thí nghiệm. - Nghiên cứu thu hồi, tinh sạch và xác định cấu trúc hóa học của cyclooligomer depsipeptide.

- Nghiên cứu khảo sát một số hoạt tính sinh học của các phân đoạn trong quá trình tách chiết cyclooligomer depsipeptide. Những đóng góp mới của luận án - Là luận án đầu tiên nghiên cứu một cách toàn diện (từ khâu phân lập, tuyển chọn, định loại, nghiên cứu các đặc điểm lên men thu nhận, tách chiết, tinh sạch, khảo sát hoạt tính sinh học của COD) về 01 chủng nấm ký sinh côn trùng thuộc chi Cordyceps có khả năng sinh tổng hợp COD và có tiềm năng ứng dụng trong thực tiễn. - Đây là luận án đầu tiên công bố về đa dạng nấm ký sinh côn trùng và khả năng sinh tổng hợp COD của chủng nấm phân lập từ các mẫu côn trùng thu thập ở Khu bảo tồn thiên nhiên Copia (Sơn La) và Vườn quốc gia Xuân Sơn (Phú Thọ). - Lần đầu tiên ghi nhận sự có mặt của loài nấm Cordyceps cateniannulata tại Việt Nam.

- Là công bố đầu tiên trên thế giới về Cordyceps cateniannulata có khả năng sinh tổng hợp COD. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1. Nấm và nấm ký sinh côn trùng 1. Giới thiệu về nấm Nấm là nhóm vi sinh vật nhân thật, đơn bào hoặc đa bào, dị dưỡng, dinh dưỡng hấp thu, có cơ thể dạng tản, vách tế bào có chứa chitin và ß- glucan.

Nấm thường là vi sinh vật hiếu khí, sinh sản bằng bào tử (hữu tính và vô tính) [43]. Nấm rất đa dạng, ước tính có khoảng 1,5 tới 15 triệu loài, và hiện nay đã có gần 150 nghìn loài được phát hiện và miêu tả [23, 67]. Mặc dù con người biết tới nấm, sử dụng nấm làm thực phẩm, rượu… nhưng cho tới năm 1969 nấm mới được xếp thành một giới riêng trong hệ thống 5 giới [200]. Hiện nay nấm được chia làm 5 ngành bao gồm nấm thích ty (Chytridiomycota), nấm tiếp hợp (Zygomycota), nấm mạch (Glomeromycota), nấm túi (Ascomycota) và nấm đảm (Basidiomycota) [182].

Trong đó, gần 84 nghìn loài thuộc ngành Nấm túi, 50 nghìn loài ngành Nấm đảm [222]. Là một ngành sinh vật đa dạng, nấm đã và đang có nhiều tác động đến đời sống con người từ môi trường sinh thái, nông nghiệp, thực phẩm, dược phẩm và y học. Nấm có vai trò quan trọng trong chu trình dinh dưỡng, trong các mối quan hệ sinh thái, có khả năng phân hủy lignin, có khả năng cộng sinh giúp bảo vệ thực vật, động vật đồng thời một số ít có khả năng gây bệnh cho thực vật, động vật. Kháng sinh đầu tiên được phát hiện, tinh sạch, sản xuất thành dược phẩm là penicillin do Penicillium sinh ra.

Từ đó đến nay, đã có hàng nghìn hoạt chất mới được phát hiện từ nấm. Nấm là nguồn sinh vật có tiềm năng cung cấp đa dạng các hoạt chất có thể ứng dụng trong đời sống con người [182]. Nấm ký sinh côn trùng 1. Sơ lược về nấm ký sinh côn trùng Nấm ký sinh côn trùng (Entomopathogenic fungi - EPF) hay nấm côn trùng (Insect fungi) là nhóm nấm gây bệnh cho côn trùng [97].

Với đặc tính gây bệnh đặc thù cho các loài côn trùng khác nhau, nấm ký sinh côn trùng đã 6 và đang được sử dụng làm nhân tố đấu tranh sinh học hiệu quả chống lại các loài côn trùng gây hại mùa màng, cây rừng. Một số khác được sử dụng trong các quy trình công nghệ sinh học hoặc trong y học [102]. Theo Evans và cộng sự, nấm ký sinh côn trùng được chia thành 4 nhóm: Nhóm ký sinh trong các nội quan, khoang cơ thể ký chủ; nhóm phát triển trên lớp cuticun vỏ cơ thể của ký chủ; nhóm mọc trên ký chủ và nhóm cộng sinh trên ký chủ [52]. Bào tử nấm tiếp xúc với bề mặt ký chủ, khi gặp điều kiện thuận lợi sẽ mọc mầm, xâm nhiễm vào bên trong cơ thể ký chủ qua lớp vỏ cuticun.

Ngoài ta, nấm ký sinh côn trùng có thể xâm nhiễm vào cơ thể côn trùng qua con đường hô hấp, tiêu hóa. Nấm mọc khắp bên trong cơ thể côn trùng và sản xuất các độc tố nhằm gây chết côn trùng và ngăn chặn sự cạnh tranh của vi sinh vật khác.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Nghiên cứu "Nghiên cứu đa dạng và sinh tổng hợp cyclooligomer depsipeptide từ nấm ký sinh côn trùng tại Copia và Xuân Sơn" tập trung vào việc khám phá các hợp chất cyclooligomer depsipeptide được tổng hợp từ nấm ký sinh côn trùng, một nguồn tài nguyên sinh học quý giá. Nghiên cứu này không chỉ làm sáng tỏ sự đa dạng của các hợp chất này mà còn mở ra tiềm năng ứng dụng trong y học và nông nghiệp, đặc biệt là trong việc phát triển các loại thuốc mới và chất bảo vệ thực vật. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc khai thác nguồn lợi từ hệ sinh thái tự nhiên, đặc biệt là từ các loài nấm ký sinh.

Để hiểu sâu hơn về các nghiên cứu liên quan đến bảo tồn và khai thác tài nguyên sinh học, bạn có thể tham khảo Luận án tiến sĩ nghiên cứu bảo tồn một số loài cây dược liệu có nguy cơ bị đe dọa tại vườn quốc gia Hoàng Liên tỉnh Lào Cai, nghiên cứu này cung cấp cái nhìn toàn diện về các biện pháp bảo tồn cây dược liệu quý hiếm. Ngoài ra, Luận án nghiên cứu một số đặc trưng cơ bản và đề xuất biện pháp bảo tồn phát triển bền vững thảm thực vật trên núi đá vôi ở khu vực thành phố Cẩm Phả tỉnh Quảng Ninh cũng là một tài liệu hữu ích để hiểu rõ hơn về các chiến lược bảo tồn thảm thực vật. Cuối cùng, Luận văn thạc sĩ quản lý tài nguyên rừng nghiên cứu đặc điểm hệ thực vật tại rừng bảo tồn Kiu Ta Lun huyện Xieng Ngeun tỉnh Luông Pha Băng sẽ giúp bạn khám phá thêm về hệ thực vật trong các khu bảo tồn rừng. Những tài liệu này sẽ mở rộng kiến thức của bạn về bảo tồn và khai thác bền vững tài nguyên thiên nhiên.