Luận văn thạc sĩ bước đầu nghiên cứu tinh sạch enzym dehalogenase từ chủng vi sinh vật phân lập tại việt nam

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu bước đầu nghiên cứu tinh sạch enzym dehalogenase từ chủng vi sinh vật phân lập tại việt nam, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải

• Tác giả: Nguyễn Đàm Lý
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Quang Huy
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
• Đề tài: Bước Đầu Nghiên Cứu Tinh Sạch Enzym Dehalogenase Từ Chủng Vi Sinh Vật Phân Lập Tại Việt Nam
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Hợp chất halogen
• 1.2. Hợp chất halogen hữu cơ
• 1.3. Ứng dụng của hợp chất clo hữu cơ
• 1.4. Tác hại của hợp chất clo hữu cơ
• 1.5. Tình hình sử dụng hợp chất có chứa clo ở Việt Nam
• 1.6. Một số phương pháp xử lý hợp chất clo hữu cơ
• 1.6.1. Phân hủy bằng tia cực tím (UV) hoặc bằng ánh sáng mặt trời
• 1.6.2. Phân hủy bằng vi sóng Plasma
• 1.6.3. Biện pháp ozon hóa/UV
• 1.6.4. Biện pháp oxy hóa bằng không khí ướt
• 1.6.5. Biện pháp oxy hóa ở nhiệt độ cao
• 1.6.6. Phân hủy bằng công nghệ sinh học
• 1.7. Giới thiệu về hợp chất 2,2-Dichloropropionate Sodium (2,2 DCPS)
• 1.8. Ứng dụng của 2,2 DCPS
• 1.9. Ảnh hưởng của 2,2 DCPS đến sức khỏe con người
• 1.10. Quá trình phân hủy trong môi trường tự nhiên của 2,2 DCPS
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Hóa chất và thiết bị
• 2.2. Hóa chất và môi trường nuôi cấy
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp thu mẫu
• 2.5. Phương pháp phân lập
• 2.6. Phương pháp tuyển chọn các chủng vi sinh vật
• 2.7. Phương pháp phân loại chủng vi sinh vật
• 2.8. Nghiên cứu các đặc điểm hóa sinh của các chủng vi sinh vật
• 2.9. Nghiên cứu các điều kiện sinh trưởng và khả năng sử dụng một số cơ chất khác nhau
• 2.10. Đánh giá khả năng phân hủy hợp chất 2,2 DCPS
• 2.11. Phương pháp nghiên cứu tinh sạch dehalogenase
• 2.12. Phương pháp thống kê sinh học
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Phân lập các chủng vi sinh vật có khả năng sử dụng 2,2 DCPS
• 3.2. Xác định các đặc điểm sinh lý, hóa sinh của chủng H11
• 3.3. Kết quả chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét
• 3.4. Giải trình tự gen 16S rRNA
• 3.5. Khả năng sử dụng các hợp chất hữu cơ khác nhau của chủng H11
• 3.6. Nghiên cứu khả năng sinh trưởng phát triển chủng H11
• 3.7. Xây dựng đường cong sinh trưởng của chủng H11
• 3.8. Tối ưu các điều kiện cho sự sinh trưởng của các chủng H11
• 3.9. Khả năng phân hủy 2,2 DCPS
• 3.10. Khả năng phân hủy 2,2 DCPS theo thời gian
• 3.11. Bước đầu nghiên cứu tinh sạch dehalogenase từ chủng H11
• 3.12. Xác định hoạt tính enzym dehalogen
• 3.13. Sắc ký trao đổi anion
• 3.14. Điện di không biến tính protein
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về enzym dehalogenase từ vi sinh vật Việt Nam

Enzym dehalogenase là một loại enzym quan trọng trong quá trình phân hủy các hợp chất halogen, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Tại Việt Nam, nghiên cứu về enzym này từ các chủng vi sinh vật địa phương đang ngày càng được chú trọng. Việc phân lập và tinh sạch enzym dehalogenase từ vi sinh vật Việt Nam không chỉ mang lại giá trị khoa học mà còn có ý nghĩa thực tiễn trong việc xử lý ô nhiễm môi trường do hợp chất halogen gây ra.

1.1. Định nghĩa và vai trò của enzym dehalogenase

Enzym dehalogenase là enzym có khả năng loại bỏ halogen từ các hợp chất hữu cơ, chuyển đổi chúng thành các dạng ít độc hại hơn. Vai trò của enzym này trong sinh học và công nghệ xử lý ô nhiễm là rất quan trọng, đặc biệt trong việc phân hủy các hợp chất độc hại như DDT và các thuốc bảo vệ thực vật khác.

1.2. Tình hình nghiên cứu enzym dehalogenase tại Việt Nam

Nghiên cứu về enzym dehalogenase từ vi sinh vật Việt Nam còn khá mới mẻ. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng các chủng vi sinh vật địa phương có khả năng phân hủy các hợp chất halogen, mở ra hướng đi mới trong việc xử lý ô nhiễm môi trường.

II. Vấn đề ô nhiễm môi trường do hợp chất halogen tại Việt Nam

Việc sử dụng rộng rãi các hợp chất halogen trong nông nghiệp và công nghiệp đã dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Các hợp chất này không chỉ gây hại cho hệ sinh thái mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Cần có các biện pháp hiệu quả để xử lý ô nhiễm do các hợp chất này.

2.1. Nguyên nhân gây ô nhiễm từ hợp chất halogen

Sự lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật chứa halogen trong nông nghiệp là nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm môi trường. Các hợp chất này tồn tại lâu dài trong đất và nước, gây ra những tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và động thực vật.

2.2. Hậu quả của ô nhiễm môi trường do hợp chất halogen

Ô nhiễm môi trường do hợp chất halogen gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng, bao gồm sự suy giảm đa dạng sinh học, ô nhiễm nguồn nước và không khí, cũng như các vấn đề sức khỏe như ngộ độc thực phẩm và bệnh tật.

III. Phương pháp nghiên cứu enzym dehalogenase từ vi sinh vật

Nghiên cứu enzym dehalogenase từ vi sinh vật bao gồm nhiều phương pháp khác nhau, từ phân lập chủng vi sinh vật đến tinh sạch enzym. Các phương pháp này cần được tối ưu hóa để đạt hiệu quả cao nhất trong việc thu nhận enzym.

3.1. Phương pháp phân lập vi sinh vật có khả năng phân hủy halogen

Phân lập các chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy hợp chất halogen là bước đầu tiên trong nghiên cứu. Các phương pháp nuôi cấy chọn lọc và phân tích sinh lý học được áp dụng để xác định các chủng vi sinh vật tiềm năng.

3.2. Quy trình tinh sạch enzym dehalogenase

Quy trình tinh sạch enzym dehalogenase bao gồm các bước như sắc ký, điện di và phân tích hoạt tính enzym. Các phương pháp này giúp thu nhận enzym với độ tinh khiết cao và hoạt tính tốt nhất.

IV. Ứng dụng thực tiễn của enzym dehalogenase trong xử lý ô nhiễm

Enzym dehalogenase có nhiều ứng dụng trong việc xử lý ô nhiễm môi trường, đặc biệt là trong việc phân hủy các hợp chất halogen độc hại. Việc ứng dụng enzym này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn mang lại lợi ích kinh tế cho ngành nông nghiệp và công nghiệp.

4.1. Ứng dụng trong xử lý nước thải

Enzym dehalogenase có thể được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải để phân hủy các hợp chất halogen, giúp cải thiện chất lượng nước và bảo vệ môi trường.

4.2. Ứng dụng trong nông nghiệp

Việc sử dụng enzym dehalogenase trong nông nghiệp có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm từ thuốc bảo vệ thực vật, đồng thời cải thiện sức khỏe đất và tăng năng suất cây trồng.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu enzym dehalogenase

Nghiên cứu enzym dehalogenase từ vi sinh vật Việt Nam đang mở ra nhiều cơ hội mới trong việc xử lý ô nhiễm môi trường. Cần tiếp tục đầu tư và phát triển các nghiên cứu để khai thác tiềm năng của enzym này trong thực tiễn.

5.1. Tương lai của nghiên cứu enzym dehalogenase

Nghiên cứu enzym dehalogenase sẽ tiếp tục được mở rộng, với mục tiêu phát triển các phương pháp hiệu quả hơn trong việc xử lý ô nhiễm môi trường. Các nghiên cứu mới có thể tập trung vào việc cải thiện hoạt tính và độ bền của enzym.

5.2. Khuyến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo

Cần có sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, cơ quan quản lý và doanh nghiệp để thúc đẩy nghiên cứu và ứng dụng enzym dehalogenase trong thực tiễn. Việc chia sẻ thông tin và kết quả nghiên cứu sẽ giúp nâng cao hiệu quả trong việc xử lý ô nhiễm môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hợp chất halogen, đặc biệt là các hợp chất clo hữu cơ, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và nông nghiệp với sản lượng lên đến gần 10 triệu tấn tại châu Âu năm 2012. Tuy nhiên, việc sử dụng tràn lan và thiếu kiểm soát các hợp chất này đã gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Tại Việt Nam, lượng thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) chứa clo sử dụng hàng năm dao động từ 25-38 nghìn tấn, trong khi tỷ lệ nhiễm độc hóa chất BVTV mãn tính lên tới 18,26%, tương đương khoảng 2,1 triệu người bị ảnh hưởng. Các phương pháp xử lý vật lý và hóa học tuy hiệu quả nhưng chi phí cao và gây ra vấn đề về xử lý sản phẩm phụ. Do đó, phương pháp sinh học sử dụng vi sinh vật phân giải hợp chất halogen được đánh giá là hướng nghiên cứu tiềm năng, thân thiện môi trường và bền vững.

Luận văn tập trung nghiên cứu tinh sạch enzym dehalogenase từ chủng vi sinh vật phân lập tại Việt Nam có khả năng phân hủy hợp chất 2,2-dichloropropionate sodium (2,2 DCPS) – một loại thuốc trừ cỏ chứa clo phổ biến. Mục tiêu chính là phân lập các chủng vi sinh vật có hoạt tính phân giải hợp chất clo, tuyển chọn chủng tiềm năng và nghiên cứu tinh sạch enzym dehalogenase từ chủng đó. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2011-2013 tại Hà Nội, với phạm vi tập trung vào mẫu đất và nước từ khu vực làng hoa Ngọc Hà và khu tái chế rác thải Triều Khúc. Kết quả nghiên cứu góp phần mở rộng hiểu biết về khả năng ứng dụng vi sinh vật trong xử lý ô nhiễm hợp chất clo tại Việt Nam, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho phát triển công nghệ sinh học xử lý môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết về hợp chất halogen hữu cơ và tác động của chúng đến môi trường và sức khỏe con người. Các khái niệm chính bao gồm:

• Hợp chất halogen hữu cơ: Các chất chứa nguyên tử halogen (Flo, Clo, Brom, Iot) liên kết với cacbon, có tính độc cao và khó phân hủy.
• Enzym dehalogenase: Nhóm enzym xúc tác loại bỏ nguyên tử halogen khỏi các hợp chất hữu cơ, giúp phân hủy các chất độc hại thành dạng ít độc hoặc không độc.
• Phân hủy sinh học: Quá trình sử dụng vi sinh vật để phân giải các hợp chất hữu cơ độc hại, trong đó enzym dehalogenase đóng vai trò trung tâm.
• 2,2-dichloropropionate sodium (2,2 DCPS): Hợp chất thuốc trừ cỏ chứa clo, có tính độc thấp nhưng khó phân hủy, thường tồn tại lâu trong môi trường đất và nước.

Ngoài ra, mô hình nghiên cứu tập trung vào việc phân lập, tuyển chọn vi sinh vật có khả năng phân hủy 2,2 DCPS, xác định đặc điểm sinh lý, hóa sinh của chủng vi sinh vật, và tinh sạch enzym dehalogenase từ chủng đó.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Mẫu đất và nước được thu thập tại làng hoa Ngọc Hà và khu tái chế rác thải Triều Khúc, Hà Nội. Mẫu được bảo quản lạnh và xử lý trong vòng 24 giờ.
• Phương pháp phân lập và tuyển chọn vi sinh vật: Sử dụng môi trường MGB có bổ sung 20mM 2,2 DCPS để nuôi cấy làm giàu vi sinh vật. Phương pháp cấy gạt trên môi trường thạch MGB có bổ sung Bromothymol blue làm chỉ thị màu để phát hiện vi khuẩn phân hủy 2,2 DCPS.
• Xác định đặc điểm vi sinh vật: Nhuộm Gram, chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét, giải trình tự gen 16S rRNA để phân loại chủng vi sinh vật.
• Nghiên cứu đặc điểm hóa sinh: Sử dụng kit API 20NE để đánh giá khả năng sử dụng các cơ chất hữu cơ khác nhau.
• Đánh giá khả năng sinh trưởng và phân hủy 2,2 DCPS: Đo mật độ quang học OD600nm theo thời gian, nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ cơ chất đến sự sinh trưởng. Xác định hàm lượng ion Cl- giải phóng bằng phương pháp thủy ngân thiocyanate để đánh giá hoạt tính enzym dehalogenase.
• Tinh sạch enzym dehalogenase: Chuẩn bị dịch chiết thô, sử dụng sắc ký trao đổi anion (Q Sepharose), sắc ký lọc gel (Sephadex G-75), điện di SDS-PAGE và điện di không biến tính để xác định kích thước và độ tinh sạch enzym.
• Phân tích số liệu: Các thí nghiệm được lặp lại ít nhất 3 lần, xử lý số liệu bằng phần mềm Excel.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Phân lập và tuyển chọn vi sinh vật: Từ mẫu đất và nước, đã phân lập được 20 chủng vi khuẩn có khả năng sử dụng 2,2 DCPS làm cơ chất. Chủng H11 được chọn làm chủng nghiên cứu chính do có khả năng sinh trưởng nhanh và chuyển màu Bromothymol blue rõ rệt, biểu thị hoạt tính phân hủy 2,2 DCPS cao hơn các chủng khác.

2. Đặc điểm sinh lý, hóa sinh của chủng H11: Chủng H11 là vi khuẩn Gram âm, hình que ngắn, kích thước tế bào khoảng 1,5 x 3 µm. Giải trình tự gen 16S rRNA cho thấy chủng H11 có độ tương đồng 99,23% với Alcaligenes faecalis. Chủng này có khả năng sử dụng nhiều loại cơ chất hữu cơ như glucose, arabinose, L-tryptophane, D-mannitol, phù hợp với môi trường có 2,2 DCPS độc hại.

3. Khả năng sinh trưởng và phân hủy 2,2 DCPS: Chủng H11 sinh trưởng tốt nhất ở nhiệt độ 25-37°C và nồng độ 2,2 DCPS tối ưu là 25mM. Sau 24 giờ nuôi cấy với 25mM 2,2 DCPS, chủng H11 giải phóng 70 µM ion Cl-, tương đương 0,28% 2,2 DCPS bị phân hủy. Mức phân hủy này thấp hơn so với một số nghiên cứu quốc tế (3-10% trong 30 giờ), có thể do khác biệt chủng vi sinh vật và điều kiện nghiên cứu.

4. Tinh sạch enzym dehalogenase: Qua sắc ký trao đổi anion, thu được hai phân đoạn enzym có hoạt tính cao với kích thước protein khoảng 31 và 36 kDa. Điện di không biến tính cho thấy enzym dehalogenase là protein dimer với kích thước khoảng 72 kDa. Sắc ký lọc gel giúp tăng độ tinh sạch enzym, giảm băng nhiễu không mong muốn.

Thảo luận kết quả

Kết quả phân lập và tuyển chọn chủng vi khuẩn Alcaligenes faecalis_H11 có khả năng phân hủy 2,2 DCPS mở ra hướng nghiên cứu mới tại Việt Nam trong xử lý ô nhiễm hợp chất clo bằng phương pháp sinh học. Mức độ phân hủy 0,28% trong 24 giờ tuy còn thấp nhưng phù hợp với giai đoạn nghiên cứu bước đầu và có thể được cải thiện qua tối ưu điều kiện nuôi cấy và kỹ thuật tinh sạch enzym. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, sự khác biệt về chủng vi sinh vật và điều kiện môi trường là nguyên nhân chính dẫn đến hiệu quả phân hủy khác nhau.

Việc xác định enzym dehalogenase có kích thước dimer 72 kDa tương đồng với các enzym dehalogenase đã được báo cáo từ các chủng Methylobacterium sp. và Rhizobium sp. cho thấy tính phổ biến và tiềm năng ứng dụng của enzym này trong công nghệ sinh học xử lý môi trường. Các phương pháp sắc ký và điện di được áp dụng hiệu quả trong việc tinh sạch và xác định đặc tính enzym.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ đường cong sinh trưởng chủng H11 theo thời gian, biểu đồ ảnh hưởng nhiệt độ và nồng độ cơ chất đến sinh trưởng, cũng như biểu đồ phân hủy 2,2 DCPS theo thời gian. Bảng tổng hợp hoạt tính enzym và kích thước protein sau các bước tinh sạch cũng giúp minh họa rõ ràng kết quả.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy chủng vi sinh vật nhằm tăng hiệu quả phân hủy 2,2 DCPS, tập trung vào điều chỉnh nhiệt độ, pH, nồng độ cơ chất và thời gian nuôi cấy. Mục tiêu tăng tỷ lệ phân hủy lên trên 5% trong vòng 24-48 giờ. Chủ thể thực hiện: nhóm nghiên cứu sinh học môi trường, thời gian 6-12 tháng.

2. Phát triển quy trình tinh sạch enzym dehalogenase với các kỹ thuật sắc ký hiện đại nhằm nâng cao độ tinh khiết và hoạt tính enzym, phục vụ cho ứng dụng công nghiệp. Chủ thể thực hiện: phòng thí nghiệm công nghệ enzym, thời gian 6 tháng.

3. Nghiên cứu ứng dụng enzym dehalogenase trong xử lý môi trường thực tế, thử nghiệm trên mẫu đất và nước ô nhiễm 2,2 DCPS tại các khu vực nông nghiệp và công nghiệp. Mục tiêu giảm nồng độ 2,2 DCPS trong môi trường ít nhất 30% sau 1 tháng xử lý. Chủ thể thực hiện: các viện nghiên cứu môi trường, thời gian 12-18 tháng.

4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ sinh học xử lý ô nhiễm hợp chất clo cho các doanh nghiệp và cơ sở xử lý môi trường tại Việt Nam, nhằm thúc đẩy ứng dụng rộng rãi phương pháp sinh học thân thiện môi trường. Chủ thể thực hiện: trường đại học, trung tâm nghiên cứu, thời gian 1-2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Sinh học môi trường, Công nghệ sinh học: Luận văn cung cấp dữ liệu thực nghiệm về phân lập vi sinh vật và tinh sạch enzym dehalogenase, hỗ trợ nghiên cứu sâu về enzym và ứng dụng xử lý ô nhiễm.

2. Chuyên gia và kỹ sư môi trường: Tham khảo các phương pháp sinh học xử lý ô nhiễm hợp chất clo, đặc biệt là 2,2 DCPS, để phát triển công nghệ xử lý môi trường hiệu quả, bền vững.

3. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách môi trường: Cung cấp thông tin khoa học về tác hại của hợp chất clo và tiềm năng xử lý sinh học, hỗ trợ xây dựng chính sách kiểm soát và xử lý ô nhiễm.

4. Doanh nghiệp sản xuất và xử lý thuốc bảo vệ thực vật: Nắm bắt công nghệ sinh học mới để giảm thiểu tác động môi trường từ sản phẩm, nâng cao trách nhiệm xã hội và tuân thủ quy định pháp luật.

Câu hỏi thường gặp

1. Enzym dehalogenase là gì và vai trò của nó trong phân hủy hợp chất clo?
   Enzym dehalogenase là nhóm enzym xúc tác loại bỏ nguyên tử halogen khỏi các hợp chất hữu cơ chứa halogen, giúp chuyển hóa các chất độc hại thành dạng ít độc hoặc không độc. Ví dụ, enzym này phân hủy 2,2 DCPS thành các sản phẩm thân thiện môi trường, hỗ trợ xử lý ô nhiễm sinh học.

2. Tại sao chọn chủng Alcaligenes faecalis_H11 để nghiên cứu?
   Chủng H11 được phân lập từ môi trường ô nhiễm thực tế, có khả năng sinh trưởng nhanh và chuyển màu chỉ thị Bromothymol blue rõ rệt, biểu thị hoạt tính phân hủy 2,2 DCPS cao hơn các chủng khác. Giải trình tự gen 16S rRNA xác nhận đây là Alcaligenes faecalis, một loài vi khuẩn phổ biến và có tiềm năng ứng dụng.

3. Phương pháp xác định hoạt tính enzym dehalogenase như thế nào?
   Hoạt tính enzym được đánh giá bằng cách đo lượng ion Cl- giải phóng trong phản ứng enzym với cơ chất 2,2 DCPS, sử dụng phương pháp thủy ngân thiocyanate với hấp thụ quang ở bước sóng 460 nm. Đây là phương pháp gián tiếp nhưng chính xác để xác định khả năng phân hủy hợp chất clo.

4. Hiệu quả phân hủy 2,2 DCPS của chủng H11 so với các nghiên cứu khác ra sao?
   Chủng H11 phân hủy được khoảng 0,28% 2,2 DCPS sau 24 giờ, thấp hơn so với một số nghiên cứu quốc tế đạt 3-10% trong 30 giờ. Nguyên nhân có thể do khác biệt chủng vi sinh vật, điều kiện nuôi cấy và nồng độ cơ chất sử dụng.

5. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu này trong xử lý môi trường?
   Nghiên cứu mở ra khả năng sử dụng vi sinh vật và enzym dehalogenase để xử lý ô nhiễm hợp chất clo trong đất và nước, giảm thiểu tác động độc hại đến môi trường và sức khỏe con người. Đây là nền tảng để phát triển công nghệ sinh học xử lý ô nhiễm thân thiện và hiệu quả tại Việt Nam.

Kết luận

• Đã phân lập và tuyển chọn thành công chủng vi khuẩn Alcaligenes faecalis_H11 có khả năng phân hủy hợp chất 2,2 DCPS trong môi trường nuôi cấy.
• Chủng H11 sinh trưởng tốt ở nhiệt độ 25-37°C và nồng độ 2,2 DCPS tối ưu là 25mM, có khả năng sử dụng đa dạng cơ chất hữu cơ.
• Hoạt tính enzym dehalogenase từ chủng H11 được xác định và tinh sạch bước đầu, enzym có kích thước dimer khoảng 72 kDa.
• Hiệu quả phân hủy 2,2 DCPS còn thấp, cần tối ưu điều kiện nuôi cấy và tinh sạch enzym để nâng cao hiệu quả.
• Khuyến nghị tiếp tục nghiên cứu ứng dụng enzym trong xử lý môi trường thực tế và phát triển công nghệ sinh học xử lý ô nhiễm hợp chất clo tại Việt Nam.

Next steps: Tối ưu hóa quy trình nuôi cấy và tinh sạch enzym, thử nghiệm xử lý môi trường thực tế, đào tạo chuyển giao công nghệ.

Call-to-action: Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp môi trường nên hợp tác phát triển công nghệ sinh học xử lý ô nhiễm hợp chất clo dựa trên kết quả nghiên cứu này để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Nhóm hợp chất halogen là nhóm hợp chất đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, nông nghiệp, y học… Bên cạnh những lợi ích to lớn thì việc sử dụng một cách tràn lan và không có biện pháp xử lý triệt để đã và đang gây ra những hậu quả nghiêm trọng đến môi trƣờng, hệ sinh thái và sức khỏe con ngƣời. Việc sử dụng các phƣơng pháp vật lý, hóa học để giải quyết tình trạng ô nhiễm gây ra bởi các hợp chất halogen cho hiệu quả cao tuy nhiên đòi hỏi công nghệ hiện đại, chi phí cao và vấn đề hậu xử lý các sản phẩm tạo thành. Phƣơng pháp sinh học sử dụng các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải các hợp chất halogen đƣợc đánh giá là hƣớng nghiên cứu mới có tiềm năng cao không chỉ cho hiệu quả cao mà còn thân thiện với môi trƣờng, ít tốn kém và mang tính bền vững. Trong tự nhiên tồn tại một số nhóm vi sinh vật có khả năng sử dụng các hợp chất halogen làm nguồn cung cấp cacbon duy trì hoạt động sống, chúng chuyên hóa các hợp chất halogen từ dạng độc hại trở thành dạng ít hoặc không độc với môi trƣờng sinh thái và con ngƣời.

Việt Nam là nƣớc sản xuất nông nghiệp, cùng với điều kiện khí hậu phù hợp cho sự phát triển của cây trồng nhƣng cũng là cơ hội cho sự lây lan của nhiều loại sâu bệnh, cỏ dại. Để hạn chế sự phát triển lây lan của sâu bệnh, cỏ dại hàng năm chúng ta sử dụng một lƣợng lớn thuốc bảo vệ thực vật trong đó có nhóm các hợp chất halogen. Việc sử dụng hợp chất này nhƣng lại không có biện pháp kiểm soát đã gây ra tình trạng ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng, ảnh hƣởng đến sinh thái môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời. Ở Việt Nam hiện chƣa có nhiều nghiên cứu cơ bản về việc ứng dụng vi sinh vật có khả năng phân giải hợp chất halogen để giải quyết ô nhiễm môi trƣờng, việc ứng dụng vi sinh vật trong tự nhiên để giải quyết ô nhiễm môi truờng còn mới mẻ, tiềm năng của phƣơng pháp sinh học còn nhiều đồng thời để tiếp tục phát triển các đề tài đã đƣợc thực hiện trƣớc đó chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: “BƢỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU TINH SẠCH ENZYM DEHALOGENASE TỪ CHỦNG VI SINH VẬT PHÂN LẬP TẠI VIỆT NAM” với mục tiêu phân lập các vi sinh vật có hoạt tính phân giải hợp chất clo trên cơ sở các chủng tuyển chọn đƣợc bƣớc đầu nghiên cứu tinh sạch enzym có khả năng phân hủy hợp chất có chứa clo tại Việt Nam.

Nguyễn Đàm Lý 1 Khóa 2011-2013 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm Chƣơng 1 – TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Hợp chất halogen 1. Hợp chất halogen hữu cơ Các hợp chất halogen hữu cơ là một lớp gồm các chất hóa học tự nhiên và tổng hợp, có chứa một hoặc nhiều gốc halogen gồm Flo, Clo, Brom, Iot kết hợp với cacbon và các yếu tố khác. Chúng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, y học.

nhƣ sản xuất nhựa, thiết bị y tế, tổng hợp cao su, đặc biệt là sản xuất thuốc trừ sâu bệnh trong nông nghiệp [19]. Các hợp chất hữu cơ dẫn xuất halogen đều có tính độc cao, chúng là một trong những nhóm các chất gây ô nhiễm môi trƣờng lớn nhất do việc sử dụng tràn lan các loại thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu trong nông nghiệp cũng nhƣ việc sản xuất các loại dung môi, chất dẻo và nhiều chất trung gian cho các sản phẩm hóa tổng hợp. Việc sử dụng tràn lan thiếu kiểm soát các hợp chất hữu cơ dẫn xuất halogen đã dẫn đến tình trạng tồn dƣ với khối lƣợng lớn trong môi trƣờng vƣợt qua sự chịu tải và tái sinh của hệ sinh thái dẫn đến ô nhiễm môi trƣờng hệ sinh thái, ảnh hƣởng đến sức khỏe cộng đồng [52]. Ứng dụng của hợp chất clo hữu cơ Hợp chất clo hữu cơ đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống nhƣ các sản phẩm nhựa, các dung môi tẩy rửa.

Các loại hợp chất này thƣờng bền vững và khó bị phân hủy nên tồn tại lâu dài trong tự nhiên. Dƣ lƣợng lớn các loại hợp chất này đƣợc tìm thấy trong đất, nƣớc và không khí qua nƣớc mƣa vào các hệ thống nƣớc uống và nƣớc sinh hoạt ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời và các loại sinh vật [18]. Một số ứng dụng quan trọng: - Chất dẻo: Hiện nay, trong cuộc sống hàng ngày con ngƣời sử dụng nhiều các sản phẩm từ nhựa tổng hợp nhƣ PVC (polyvinyl chlorua), PE (polyethylene), PP (polypropylene), PS (polystyrene). trong đó polyvinylclorua (PVC) là loại nhựa nhiệt dẻo đƣợc sản xuất và tiêu thụ nhiều thứ ba trên thế giới.

Clo trong PVC có khả Nguyễn Đàm Lý 2 Khóa 2011-2013 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm năng kìm hãm sự cháy chính vì đặc điểm này mà PVC gần nhƣ chiếm vị trí độc tôn trong lĩnh vực xây dựng dân dụng [33]. - Dung môi: Dung môi clo là dung môi phổ biến nhất trong số các dẫn xuất halogen. Dung môi clo đƣợc ứng dụng trong công nghệ làm lạnh, giặt khô, dập lửa, làm sạch kim loại, tẩy dầu mỡ, bình xịt ô tô, in ấn, giấy và các ngành công nghiệp dệt may, loại bỏ sơn, ngành công nghiệp đồ nội thất, sản xuất nhựa nhiệt dẻo. - Thuốc nhuộm: Một số loại thuốc nhuộm đƣợc sử dụng để nhuộm len, cellulose, bông và sợi tổng hợp.

có bản chất là dẫn xuất hữu cơ của halogen. Các loại thuốc nhuộm nhƣ picric acid, indigotin và một số thuốc nhuộm azo sản xuất từ nguyên liệu ban đầu nhƣ chloroanilines, chlorobenzenes, chloronitrobenzenes, chloroacetic acid. Các hợp chất hữu cơ dẫn xuất halogen có màu sắc đặc trƣng đƣợc sửdụng đểnhuộm xơ sợi xenluloz. Clo prinazines và các chất dẫn xuất của chúngđƣợc sửdụng để nhuộm sợi bông, trong khi thuốc nhuộm có thành phần chloro nhƣ remalan, procilan, procion đƣợc sử dụng cho nhuộm len và sợi polyamide [57].

- Dƣợc phẩm Trong sản xuất dƣợc phẩm, 80% các dƣợc phẩm và vitamin là liên quan đến clo, nhiều loại thuốc cần có clo để gây tác dụng. Ceclor và Lorabid đƣợc sử dụng để điều trị nhiễm trùng tai, Toremifene là một loại thuốc chống ung thƣ vú, và vancomycin kháng sinh tự nhiên đƣợc sử dụng để chống lại nhiễm trùng kháng penicillin. Clorua benzyl đƣợc sử dụng để tổng hợp các loại thuốc phenobarbital, benzedrine, và demerol. Thuốc mê hô hấp bao gồm các organofluorines desflurane, sevoflurane và enflurane (CHClFCF2OCHF2 ).

Các hợp chất perfluorocacbon, chẳng hạn nhƣ perfluorotributylamine ([CF3 CF2 CF2CF2]3N), đƣợc sử dụng để thay thế máu hoặc chế tạo "máu nhân tạo" và đƣợc sử dụng cho tạo hình động mạch vành [38]. Nguyễn Đàm Lý 3 Khóa 2011-2013 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm - Thuốc bảo vệ thực vật: Hơn 1000 loại thuốc bảo vệ thực vật đã đƣợc sử dụng trong nông nghiệp bao gồm: 1) Nhóm thuốc trừ sâu: Benzen hexachloride (BHC), DDT, heptachlor, chlordane, aldrin, dieldrin, toxaphene, endrin, methoxychlor… 2) Nhóm thuốc diệt nấm: Pentachloronitrobenzenes, phenol clo, quinon khử trùng bằng clo, clo benzoquinones, nephthoquinones clo, chloranil… 3) Nhóm phụ gia bổ sung: Chlorophenoxyacetic acid, natri trichloroacetate, 2-methyl-4-chlorophenoxyacetic acid. Hợp chất hữu cơ chứa clo cũng đƣợc sử dụng nhƣ là nguyên liệu cơ bản để sản xuất của một số thuốc trừ sâu. Chlorophenols, chloroanilines, atrazine, chlorobenzenes, 2,2- Dichoropropionate sodium-nguyên liệu cơ bản đƣợc sửdụng đểsản xuất thuốc diệt cỏ nhƣ axit chlorophenoxyacetic, dalapon, thuốc diệt nấm- polychlorophenol và thuốc trừ sâu DDT [35].

Công thức hóa học một số loại thuốc bảo vệ thực vật phổ biến Vì có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau do đó con ngƣời tạo ra các hợp chất clo ngày càng nhiều. Ở các nƣớc càng phát triển thì lƣợng các hợp chất clo đƣợc sản xuất và sử dụng càng nhiều. Chỉ riêng ở châu Âu năm 2012 đã sử dụng đến gần 10 triệu tấn hợp chất có chứa clo (bảng 1). Nguyễn Đàm Lý 4 Khóa 2011-2013 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm Bảng 1.Sử dụng của hợp chất clo ở châu Âu năm 2012 (9.747 triệu tấn) [54] Ứng dụng của clo ở châu Âu 2012 Triệu tấn % Dung môi 279 3,1 Epichlorohydrin 510 5,2 Chloromethanes 453 5,4 Các chất hữu cơ khác 911 9,2 PVC 3.245 33,6 Hợp chất vô cơ 1.

Tác hại của hợp chất clo hữu cơ Việc sử dụng thuốc BVTV trong nông nghiệp đã làm tác động tới môi trƣờng sinh thái. Định hƣớng của thuốc là diệt sâu hại, cỏ dại., nhƣng diễn biến thực tế do thiếu sự kiểm soát thuốc BVTV lại ảnh hƣởng độc tới đất, nƣớc, không khí và các sản phẩm nông nghiệp, động vật, sức khoẻ con ngƣời đặc biệt những dƣ lƣợng của những chất do tính độc cao nhƣ chlordane, DDT, picloram,. Không khí là một phần quan trọng trong quá trình luân chuyển và phân tán thuốc BVTV. Khi con ngƣời sử dụng, thuốc BVTV sẽ phân tán vào không khí, đất nƣớc bề mặt.

Lƣợng mƣa hàng năm sẽ giúp làm sạch bầu không khí đồng thời rửa trôi thuốc BVTV trên bề mặt để tích tụ trong sông, suối, ao, hồ và thuốc BVTV sẽ thâm nhập vào nguồn nƣớc ngầm bằng cách ngấm qua đất (hình 2). Một đặc tính quan trọng của thuốc BVTV trong hệ sinh thái là tính khuếch đại sinh học. Từ nồng độ sử dụng nhỏ, sau khi vào hệ sinh thái thông qua chuỗi lƣới thức ăn chất độc đƣợc tích luỹ với nồng độ cao dần qua các bậc dinh dƣỡng. Hầu hết các loại thuốc BVTV đều độc đối với ngƣời và động vật máu nóng, tuy nhiên mức độ gây độc của mỗi loại thuốc có khác nhau, có loại thuốc gây độc cấp tính, có loại thuốc có tính tích luỹ lâu trong cơ thể sống, bền vững trong môi trƣờng.

Thuốc BVTV xâm nhập vào cơ thể con ngƣời bằng các con đƣờng nhƣ qua da, qua miệng, qua hô hấp và gây ngộ độc đến tính mạng con ngƣời. Khi thuốc bảo vệ thực vật tồn Nguyễn Đàm Lý 5 Khóa 2011-2013 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm dƣ trong thực phẩm vào cơ thể qua con đƣờng ăn uống, chúng có thể bị loại bỏ theo khí thở, theo phân hoặc nƣớc tiểu, tuy nhiên không thể tránh khỏi sự chuyển hóa các chất độc hại này ở trong gan.