I. Giới thiệu về hải miên và vi sinh vật liên kết hải miên
Hải miên là một nhóm động vật đa bào nguyên thủy, có cấu trúc tế bào tách biệt và sống bám. Chúng có khả năng sống trong nhiều môi trường khác nhau, từ vùng cực đến hệ sinh thái rạn san hô nhiệt đới. Tính đến năm 2019, có khoảng 9.125 loài hải miên được ghi nhận. Hải miên được chia thành bốn lớp chính: Calcarea, Demospongia, Hexactinellida và Homoscleromorpha. Đặc biệt, lớp Demospongia chiếm khoảng 83,4% tổng số loài. Vi sinh vật liên kết với hải miên đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các hợp chất có hoạt tính sinh học, trong đó có các chất ức chế protease. Việc nghiên cứu và khai thác các vi sinh vật này có thể dẫn đến phát hiện các gen mã hóa cho protein ức chế protease, từ đó ứng dụng trong y học và công nghệ sinh học.
1.1. Tình hình nghiên cứu về chất ức chế protease
Chất ức chế protease (PIs) là các protein có khả năng ức chế hoạt động của protease, một enzym quan trọng trong nhiều quá trình sinh học. Các PIs được ứng dụng rộng rãi trong y học, đặc biệt trong điều trị các bệnh liên quan đến virus như HIV và viêm gan C. Việc phát hiện và khai thác các PIs từ vi sinh vật liên kết hải miên là một hướng nghiên cứu tiềm năng. Tuy nhiên, phần lớn vi sinh vật này không thể nuôi cấy trong điều kiện phòng thí nghiệm, điều này hạn chế khả năng khai thác. Kỹ thuật metagenomics đã mở ra cơ hội mới trong việc phát hiện các gen mã hóa cho PIs từ các vi sinh vật chưa nuôi cấy được.
II. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu này sử dụng phương pháp metagenomics để tách chiết DNA từ vi sinh vật liên kết với hải miên. Các mẫu DNA được phân tích để xác định nồng độ và độ tinh khiết, từ đó lựa chọn mẫu phù hợp cho giải trình tự. Dữ liệu metagenomics được phân tích bằng các công cụ tin sinh học để đánh giá đa dạng sinh học và khai thác các gen có hoạt tính ức chế protease. Sau khi xác định được các gen tiềm năng, nghiên cứu tiếp tục biểu hiện các gen này trong hệ Escherichia coli và nấm men Pichia pastoris. Việc đánh giá hoạt tính ức chế protease của protein tái tổ hợp cũng được thực hiện để xác định hiệu quả của các protein này.
2.1. Tách chiết và phân tích DNA
Quá trình tách chiết DNA từ vi sinh vật liên kết hải miên được thực hiện bằng các phương pháp hóa học và cơ học. Sau khi tách chiết, DNA được kiểm tra nồng độ và độ tinh khiết bằng các phương pháp điện di trên gel agarose. Dữ liệu thu được sẽ được sử dụng để phân tích metagenomics, từ đó xác định các gen có khả năng mã hóa cho các chất ức chế protease. Phân tích này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về sự đa dạng sinh học của vi sinh vật mà còn mở ra cơ hội khai thác các gen mới có giá trị trong nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn.
III. Kết quả và thảo luận
Kết quả nghiên cứu cho thấy đã thu được gen PI-QT mã hóa cho protein ức chế protease từ vi sinh vật liên kết hải miên Spheciospongia vesparium. Protein này đã được biểu hiện thành công trong hệ Escherichia coli và nấm men Pichia pastoris. Hoạt tính ức chế protease của protein tái tổ hợp được đánh giá thông qua các thử nghiệm với các protease như trypsin và ɑ-chymotrypsin. Kết quả cho thấy protein PI-QT có khả năng ức chế mạnh mẽ các protease này, mở ra triển vọng ứng dụng trong y học và công nghệ sinh học. Việc phát hiện và khai thác các gen mã hóa cho PIs từ vi sinh vật liên kết hải miên không chỉ có giá trị khoa học mà còn có tiềm năng ứng dụng thực tiễn cao.
3.1. Đánh giá hoạt tính ức chế protease
Hoạt tính ức chế protease của protein PI-QT được đánh giá thông qua các thử nghiệm in vitro. Kết quả cho thấy protein này có khả năng ức chế hoạt động của trypsin và ɑ-chymotrypsin, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong điều trị các bệnh liên quan đến protease. Việc nghiên cứu và phát triển các chất ức chế protease từ vi sinh vật liên kết hải miên có thể mở ra hướng đi mới trong việc phát triển thuốc điều trị hiệu quả hơn cho các bệnh lý hiện nay.
