Đặt vấn đề Nuôi trồng thủy sản nổi lên như một ngành phát triển nhanh nhất vì nó cung cấp protein động vật chất lượng cao để tăng cường dinh dưỡng và lương thực. Sản lượng nuôi trồng thủy sản toàn cầu đã tăng từ 148 triệu tấn (năm 2010) lên đến 178 triệu tấn (năm 2018) (FAO, 2018). Bên cạnh với sự phát triển đó ngành nuôi trồng thủy sản đang gặp phải một số hạn chế làm giảm tốc độ phát triển như sự bùng phát các bệnh truyền nhiễm - vi khuẩn, dẫn đến sản lượng cá bị giảm sút. Các đợt bùng phát dịch bệnh thường do các chủng vi khuẩn gây bệnh thuộc các chi như: Staphylococcus (gây xuất huyết vây và xương nắp mang), Aeromonas (gây bệnh xuất huyết trên cá), Vibrio (gây bệnh nhiễm khuẩn máu), Edwardsiella (bệnh mủ gan trên cá), Pseudomonas (gây nhiễm khuẩn huyết) (Defoirdt & cs.
Để giải quyết những vấn đề này, thuốc kháng sinh đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều năm để chống lại các bệnh đó và các chất kích thích tăng trưởng cũng đã được áp dụng để cải thiện năng suất vật nuôi trong nuôi trồng thủy sản. Tuy nhiên, việc sử dụng thuốc kháng sinh trong thời gian dài gây nhiều hậu quả nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe con người, làm thay đổi trong hệ vi sinh vật của các hệ thống nuôi trồng thủy sản, gây ra hiện tượng kháng thuốc kháng sinh của vi khuẩn (Resende & cs., 2012) và thậm chí ảnh hưởng đến vi khuẩn có lợi tự nhiên. Hiện nay, chế phẩm sinh học đang được xem là giải pháp hữu hiệu để ngăn chặn các mầm bệnh và kiểm soát dịch bệnh trong nuôi trồng thủy sản. Trong đó, chủng vi khuẩn Lactobacillus đóng vai trò quan trọng do cải thiện khả năng miễn dịch, cân bằng hệ vi sinh đường ruột và tiết ra chất kháng khuẩn như acid lactic, bacteriocin… để ức chế sự phát triển của các vi khuẩn gây bệnh (Badina, 2013; Maeda & cs.
Bacteriocin là các peptit hoặc protein kháng khuẩn được tổng hợp theo con đường ribosome ở vi khuẩn Gram âm và Gram dương. Bacteriocin không 1 được coi là một nhóm kháng sinh vì chúng thể hiện phổ kháng khuẩn chống lại các chủng của các loài có quan hệ họ hàng gần. Trong khi kháng sinh là chất kháng khuẩn giúp tiêu diệt và ức chế sự phát triển của nhiều loại vi khuẩn gây bệnh, ngay cả khi hoạt tính của kháng sinh bị hạn chế, nó không cho thấy bất kỳ tác dụng ưu tiên nào đối với các loài có họ hàng gần (Walsh & cs. Vì vậy bacteriocin hiện được xem như là hợp chất tiềm năng nhằm thay thế cho kháng sinh trong nuôi trồng thuỷ sản.
Từ những điều thực tế trên, tôi tiến hành thực hiện đề tài “Phân lập và nghiên cứu đặc điểm sinh học của chủng vi khuẩn Lactobacillus sinh bacteriocin từ thủy sản”. Mục đích và nội dụng nghiên cứu 1. Mục đích Tuyển chọn chủng vi khuẩn Lactobacillus sinh bacteriocin từ thủy sản. Nghiên cứu một số đặc điểm sinh học chủng tuyển chọn.
Đối tượng nghiên cứu Chủng vi khuẩn Lactobacillus sinh bacteriocin được phân lập từ thủy sản. Nội dung nghiên cứu - Phân lập vi khuẩn Lactobacillus từ thủy sản. - Tuyển chọn các chủng vi khuẩn Lactobacillus có khả năng đối kháng với vi khuẩn kiểm định. - Khảo sát khả năng sinh bacteriocin với các chủng vi khuẩn được tuyển chọn.
- Nghiên cứu đặc điểm sinh học của các chủng vi khuẩn tuyển chọn. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Khái quát về vi khuẩn Lactobacillus 2. Khái niệm về Lactobacillus Lactobacillus (Lactobacilli) là vi khuẩn acid lactic, thuộc họ Lactobacillaceae.
Chúng là những trực khuẩn Gram dương, không hình thành bào tử, catalase âm tính, có khả năng di động. Chúng sản sinh ra các peptit kháng khuẩn và các protein nhỏ gọi là bacteriocin (Messaoudi & cs. Lactobacillus có liên quan đến các bề mặt niêm mạc, đặc biệt là đường tiêu hóa, khoang miệng, sinh dục của người và động vật. Hơn nữa, chúng cũng có môi trường sống liên quan đến thực phẩm, bao gồm môi trường rượu, sữa, thịt, và thực vật, chẳng hạn như trái cây, rau và hạt ngũ cốc.
Một số chủng Lactobacillus spp. được bán trên thị trường dưới dạng chế phẩm sinh học vì việc tiêu thụ chúng mang lại lợi ích sức khỏe cho vật chủ. Giống như các vi khuẩn acid lactic khác, Lactobacillus cũng có khả năng phát triển trong môi trường giàu dinh dưỡng và nhanh chóng chuyển hóa đường thành acid lactic thông qua các con đường trao đổi chất đơn giản (De Vos & Hugenholtz, 2004). Vai trò của vi khuẩn Lactobacillus Vi khuẩn Lactobacillus được áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực: Trong công nghiệp thực phẩm và thức ăn chăn nuôi, Lactobacillus được sử dụng rộng rãi trong quá trình lên men rau, ủ chua, bột chua, và một số sản phẩm từ sữa và thịt, mặc dù có một số loài có liên quan đến việc làm hư hỏng thực phẩm.
Lactobacillus thường được coi là một sinh vật an toàn (GRAS) do có lịch sử sử dụng lâu dài trong quá trình lên men thực phẩm, công nghiệp thực phẩm và không có khả năng gây bệnh. Một số chủng Lactobacillus được cho là có lợi cho vật chủ của chúng và hiện đang được sử dụng làm chất bổ sung probiotic trong một số sản phẩm cho người hoặc động vật. 3 Về sức khỏe: Nhiều chủng Lactobacillus có thể thay đổi sinh lý đường ruột của vật chủ bằng cách điều chỉnh sự tổng hợp các yếu tố tăng trưởng như tinh trùng, vitamin (Turpin & cs. Ngoài ra, Lactobacillus giúp phòng tránh và ngăn chặn chứng rối loạn tiêu hóa, cân bằng hệ vi sinh đường ruột; khôi phục và cân bằng vi khuẩn tự nhiên trong cơ thể; đồng thời chuyển hóa lactose thành acid lactic giúp hạn chế tình trạng dị ứng do cơ thể không dung nạp lactose.
Nhiều nghiên cứu đã báo cáo rằng Lactobacillus có khả năng sản xuất các vitamin thiết yếu cho con người, chẳng hạn như vitamin B2, B9 (folate) và B12. Gần đây người ta cũng đang tập trung vào sự phát triển của Lactobacillus như một phương tiện tiềm năng để cung cấp các phân tử điều trị và dự phòng, chẳng hạn như kháng nguyên vắc-xin ở người (Seegers, 2002; Wells & Mercenier, 2008). Lactobacillus tạo ra các hợp chất khác nhau như acid hữu cơ, diacetyl, hydrogen peroxide và bacteriocin… trong quá trình lên men lactic (Lindgren & Dobrogosz, 1990), các đặc tính kháng khuẩn của Lactobacillus được quan tâm đặc biệt trong quá trình lên men thực phẩm. Lactobacillus hoạt động đối kháng mạnh mẽ chống lại nhiều vi sinh vật, bao gồm các chủng vi khuẩn làm hỏng thực phẩm khác.
Kết quả là pH giảm là yếu tố bảo quản chính trong quá trình lên men thực phẩm. Ngoài ra, một số chủng vi khuẩn có thể góp phần bảo quản thực phẩm lên men bằng cách tạo ra các chất ức chế khác, chẳng hạn như bacteriocin. Định nghĩa về Bacteriocin Bacteriocin là các peptit hoặc protein kháng khuẩn được tổng hợp từ ribosome ở cả vi khuẩn Gram âm và Gram dương để ức chế các vi khuẩn cạnh tranh khác. Bacteriocin có hoạt tính kháng các vi sinh vật cạnh tranh trong cùng ổ sinh thái và thường kháng cùng loài (phổ hẹp) hoặc qua chi (phổ rộng) (Mills & cs.
Hoạt tính kháng khuẩn của bacteriocin là do sự tương tác của chúng với bề mặt tế bào vi khuẩn và màng tế bào, với tính thấm tế bào và sự hình thành lỗ là các cơ chế hoạt động chính (Cintas & cs. Bacteriocin 4 được biết đến như một phương pháp có thể thay thế kháng sinh để ngăn ngừa nhiễm trùng do vi khuẩn và chúng được nghiên cứu rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, về y tế và nông nghiệp.3 Lịch sử nghiên cứu Bacteriocin Bacteriocin là một nhóm các chất được tạo ra bởi vi khuẩn ức chế các vi khuẩn khác. Năm 1925, Gratia đã báo cáo về một chất mà ông gọi là "Princecipe V", nó được tạo ra bởi một chủng vi khuẩn E. coli ức chế một chủng vi khuẩn E.
Thuật ngữ "colicin" được đặt ra bởi Gratia và Fredericq (1946)., 1953) đã sử dụng thuật ngữ "bacteriocin" như một thuật ngữ chung để chỉ chất kháng khuẩn đặc hiệu cao đặc trưng trong cả ba lĩnh vực của sự sống: Eukaryotic (eucaryocins), Bacteria (vi khuẩn) và Archaea (vi khuẩn cổ). Điều này sau đó đã được đổi thành "bacteriocin". Sau đó, một lượng lớn tài liệu đã được tạo ra, cung cấp thông tin chi tiết đầu tiên về các họ khác nhau của colicin (Fredericq, 1963; Reeves, 1965). Phần lớn kết quả của nỗ lực này là colicin đã trở thành một hệ thống mô hình cho nhiều nghiên cứu về sinh hóa, di truyền học, sinh thái và tiến hóa vi khuẩn (Kirkup & Riley, 2004).
Những nghiên cứu này có cung cấp những hiểu biết sâu sắc về nguồn gốc và chức năng của colicin, họ hàng gần nhất (bacteriocin giống colicin được tạo ra bởi các Enterobacteriaceae), và một số loại pyocin, là loại bacteriocin do Pseudomonas spp. Tuy nhiên, ngày nay thuật ngữ bacteriocin được sử dụng để định nghĩa một nhóm các hợp chất kháng khuẩn được tổng hợp từ ribosom. Phân loại bacteriocin Các bacteriocin đã thu hút nhiều nhà nghiên cứu và đã được nghiên cứu rộng rãi. Các protein hoặc peptit nhỏ này (thường chứa ít hơn 60 acid amin) tiêu diệt hoặc ức chế sự phát triển của một số chủng vi khuẩn từ các loài có quan hệ họ hàng gần và thường có phổ ức chế vi khuẩn phát triển hẹp (Zacharof & Lovitt, 2012).
Dựa trên trình tự, trọng lượng phân tử và đặc điểm di truyền, 5 bacteriocin đã được chia thành bốn lớp: Lớp I, lớp II, lớp III và lớp IV (Negash & Tsehai, 2020). Bacteriocin lớp I Bacteriocin lớp I (Lantibiotic) là các peptit nhỏ (<5 kDa) bền với nhiệt được biến đổi sau chuyển hóa cao và chứa các acid amin thioether đa vòng đặc trưng như lanthionine, methyl-lanthionine, và các acid amin không bão hòa như dehydroalanine và axit isobutyric 2-amino. Dựa trên các đặc điểm cấu trúc và phương thức hoạt động của chúng, Lantibiotic được chia thành hai lớp Ia và Ib. Lớp Ia Lớp Ia như nisin và lacticin 3147 là các phân tử hình vít linh hoạt có điện tích dương từ 2– 4 kDa gây ra sự hình thành các lỗ trong màng tế bào của sinh vật đích.
Lớp Ib Là các peptit từ 2–3 kDa, hình cầu, không tích điện hoặc tích điện âm. Chúng can thiệp vào các phản ứng enzym của tế bào như tổng hợp thành tế bào. Mersacidin do Bacillus spp. tiết ra là một ví dụ của loại này.
Ví dụ, mersacidin can thiệp vào quá trình sinh tổng hợp thành tế bào. Bacteriocin lớp II Bacteriocin lớp II (Non-Lantibiotic) bao gồm các bacteriocin có trọng lượng phân tử <10 kDa, không chứa lanthionin. Bacteriocin lớp II được chia thành lớp IIa, IIb, IIc. Lớp IIa Bacteriocin thuộc phân lớp IIa hiện đang được quan tâm về chất bảo quản thực phẩm tự nhiên và không gây độc hại.