Luận văn thạc sĩ về gene glta và enzyme citrate synthase từ vi khuẩn E. coli

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tách dòng và xác định trình tự gene glta mã hóa cho enzyme citrate synthase từ vi khuẩn e coli, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

Trường đại học

Đại học Nông Lâm Thái Nguyên

Chuyên ngành

Công nghệ Sinh học

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

khóa luận tốt nghiệp đại học

2014

78
3
0

Phí lưu trữ

30 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT

1. PHẦN 1: MỞ ĐẦU

1.1. Mục tiêu của đề tài

1.2. Yêu cầu của đề tài

1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.3.1. Ý nghĩa khoa học

1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn

2. PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1. Nguồn gốc thực vật của vanilla

2.2. Đặc điểm thực vật loài Vanilla planifolia

2.3. Đặc điểm cấu trúc, thành phần của vanillin

2.4. Hoạt tính sinh học và tác dụng của vanillin

2.4.1. Hoạt tính sinh học của vanillin

2.4.2. Tác dụng của vanillin

2.5. Các phương pháp sản xuất vanillin

2.5.1. Vanillin chiết suất từ tự nhiên

2.5.2. Vanillin tổng hợp hóa học

2.5.3. Vanillin tổng hợp sinh học

2.5.3.1. Phương pháp sử dụng enzyme
2.5.3.2. Phương pháp nuôi cấy mô tế bào

2.6. Ứng dụng công nghệ sinh học tổng hợp vanillin

2.6.1. coli và gene gltA trong sinh tổng hợp vanillin

2.6.2. Vai trò của gene gltA trong sinh tổng hợp vanillin

2.7. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

2.7.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới

2.7.2. Tình hình nghiên cứu trong nước

3. VẬT LIỆU, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. Vật liệu nghiên cứu

3.2. Mồi phản ứng PCR. Vector tách dòng

3.3. Địa điểm và thời gian thực tập

3.4. Nội dung nghiên cứu

3.5. Phương pháp nghiên cứu

3.5.1. Quy trình tách dòng và xác định trình tự gene gltA từ vi khuẩn E.

3.5.2. Phương pháp nuôi phục hồi vi khuẩn từ chủng gốc và phương pháp chuẩn bị tế bào khả biến

3.5.3. Phương pháp thu cặn tế bào vi khuẩn

3.5.4. Phương pháp tách chiết DNA tổng số

3.5.5. Phương pháp PCR

3.5.6. Tinh sạch sản phẩm PCR bằng thu nhận lại DNA từ gel

3.5.7. Phản ứng gắn nối trình tự gene đã khuếch đại vào vetor tách dòng pTZ57R/T

3.5.8. Phương pháp biến nạp DNA plasmid tái tổ hợp vào tế bào E.coli DH5α khả biến bằng sốc nhiệt

3.5.9. Phương pháp tách chiết DNA plasmid

3.5.10. Phương pháp cắt kiểm tra các dòng plasmid tái tổ hợp với enzyme cắt giới hạn

3.5.11. Phương pháp xác định trình tự nucleotide

3.5.12. Phương pháp so sánh trình tự gene gltA đã tách dòng với các trình tự đã công bố trên ngân hàng gene thế giới

4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1. Kết quả tách chiết DNA tổng số từ vi khuẩn E.

4.2. Kết quả nhân gene gltA từ vi khuẩn E. coli DH5α bằng phương pháp PCR

4.3. Kết quả tinh sạch sản phẩm PCR từ gel điện di

4.4. Kết quả biến nạp sản phẩm gắn nối

4.5. Kết quả chọn lọc dòng vi khuẩn

4.6. Kết quả sàng lọc dòng bằng điện di so sánh kích thước plasmid

4.7. Kết quả chọn lọc dòng bằng PCR

4.8. Kết quả chọn lọc dòng plasmid bằng lập bản đồ giới hạn

4.9. Kết quả cắt kiểm tra độc lập bằng enzyme NcoI

4.10. Kết quả cắt kiểm tra đồng thời bằng hai enzyme SacI và HindIII

4.11. Kết quả giải trình tự gene

4.12. Kết quả so sánh trình tự gene giữa các dòng giải trình tự

4.13. Kết quả phân tích các thành phần thiết yếu của gene theo thiết kế insilico

4.14. Kết quả dịch mã của gene gltA

4.15. Kết quả so sánh trình tự gene đã xác định với trình tự gene đã công bố trên ngân hàng gene

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nghiên cứu gene gltA và enzyme citrate synthase

Nghiên cứu này tập trung vào gene gltA mã hóa enzyme citrate synthase từ vi khuẩn E. coli. Citrate synthase là một enzyme quan trọng trong chu trình acid citric (TCA), đóng vai trò chính trong quá trình chuyển hóa năng lượng của tế bào. Gene gltA được xác định là yếu tố then chốt trong việc điều hòa quá trình tổng hợp acetyl-CoA, một tiền chất thiết yếu cho nhiều con đường trao đổi chất. Nghiên cứu này nhằm tách dòng và xác định trình tự gene gltA, từ đó cung cấp cơ sở dữ liệu cho các nghiên cứu tiếp theo về enzyme citrate synthase và ứng dụng trong công nghệ sinh học.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là tách dòng gene gltA từ vi khuẩn E. coli và xác định trình tự nucleotide của gene này. Kết quả sẽ được so sánh với các trình tự đã công bố trên ngân hàng gene để đảm bảo độ chính xác. Nghiên cứu cũng hướng đến việc tạo ra các chủng E. coli tái tổ hợp có khả năng sản xuất vanillin thông qua việc điều chỉnh hoạt động của enzyme citrate synthase.

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học lớn trong việc hiểu rõ hơn về cơ chế mã hóa và điều hòa enzyme citrate synthase. Về mặt thực tiễn, kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp vật liệu di truyền cho các ứng dụng công nghệ sinh học, đặc biệt là trong sản xuất vanillin từ các nguồn sinh học thay thế, giúp giảm chi phí và tăng hiệu quả sản xuất.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp sinh học phân tử hiện đại để tách dòng và xác định trình tự gene gltA. Quy trình bao gồm các bước chính như tách chiết DNA tổng số từ vi khuẩn E. coli, khuếch đại gene bằng phản ứng PCR, tinh sạch sản phẩm PCR, và giải trình tự gene. Các vector tách dòng như pTZ57R/T được sử dụng để chứa gene đã khuếch đại, sau đó biến nạp vào tế bào E. coli DH5α để tạo dòng khuẩn lạc.

2.1. Tách chiết DNA và khuếch đại gene

DNA tổng số được tách chiết từ vi khuẩn E. coli bằng phương pháp ly giải tế bào và tinh sạch DNA. Gene gltA được khuếch đại bằng phản ứng PCR với cặp mồi đặc hiệu. Sản phẩm PCR sau đó được tinh sạch bằng gel điện di để loại bỏ các sản phẩm không mong muốn.

2.2. Biến nạp và tạo dòng khuẩn lạc

Sản phẩm PCR được gắn vào vector pTZ57R/T và biến nạp vào tế bào E. coli DH5α bằng phương pháp sốc nhiệt. Các dòng khuẩn lạc được chọn lọc dựa trên khả năng kháng kháng sinh và kiểm tra bằng phản ứng PCR để xác nhận sự hiện diện của gene gltA.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy gene gltA đã được tách dòng thành công từ vi khuẩn E. coli. Trình tự nucleotide của gene được xác định và so sánh với các trình tự trên ngân hàng gene, cho thấy sự tương đồng cao. Điều này khẳng định tính chính xác của quy trình tách dòng và giải trình tự. Nghiên cứu cũng chỉ ra tiềm năng ứng dụng của gene gltA trong việc điều chỉnh quá trình tổng hợp vanillin thông qua việc tăng cường chuyển hóa acetyl-CoA.

3.1. Xác định trình tự gene gltA

Trình tự nucleotide của gene gltA được giải mã và so sánh với các trình tự đã công bố trên ngân hàng gene. Kết quả cho thấy sự tương đồng lên đến 99%, khẳng định tính chính xác của quy trình tách dòng và giải trình tự.

3.2. Ứng dụng trong sản xuất vanillin

Nghiên cứu chỉ ra rằng việc điều chỉnh hoạt động của enzyme citrate synthase thông qua gene gltA có thể tăng cường sản xuất vanillin từ vi khuẩn E. coli. Điều này mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc tạo ra các chủng vi sinh vật tái tổ hợp có khả năng sản xuất vanillin với hiệu suất cao.

09/03/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Vanillin (4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde) là một trong những hợp chất thơm quan trọng nhất được sử dụng nhiều trong các ngành thực phẩm, mĩ phẩm, dược phẩm (Ranadive 1994)…Sản lượng tiêu thụ ước tính trên toàn thế giới hàng năm trên 12.000 tấn (Lee, Yoon et al. Vanillin tự nhiên, chiết xuất từ quả của loài lan có tên khoa học Vanilla planifolia chỉ đáp ứng được khoảng 1% nhu cầu thương mại, còn lại chủ yếu là vanillin tổng hợp hóa học nhân tạo (Li and Rosazza 2000). Trên thực tế, giá thành của 1 kg vanillin tự nhiên dao động trong khoảng 1200 – 4000 USD, trong khi đó giá của 1 kg vanillin nhân tạo chỉ khoảng 15 USD (Lomascolo, Stentelaire et al. Tuy nhiên, theo quy định của Mỹ và châu Âu thì vanillin tổng hợp hóa học không được coi như tương đương với vanillin tự nhiên (Muheim and Lerch 1999).

Do đó mà vanillin không thể được cung cấp bằng cách chiết xuất từ quả vanilla tự nhiên hay tổng hợp hóa học, sản xuất vanillin ứng dụng công nghệ sinh học đã được nghiên cứu như là một quá trình thay thế (Krings and Berger 1998). Ứng dụng công nghệ sinh học để tổng hợp sản phẩm vanillin tự nhiên thay thế đang được sự quan tâm ngày càng tăng trong những năm gần đây (Lesage- Meessen, Stentelaire et al. Hơn nữa, quá trình sản xuất vanillin sinh học cho chi phí rẻ hơn do tận dụng được các phế phụ phẩm sẵn có rẻ tiền, tạo ra các sản phẩm phụ không mong muốn ít hơn và chủ yếu là được thực hiện điều kiện phản ứng nhẹ nhàng, ít nguy hiểm, sử dụng ít năng lượng hơn và ít gây ô nhiễm môi trường (Dal Bello 2013). Nghiên cứu sinh tổng hợp vanillin sử dụng các vi sinh vật và enzyme chuyển hóa tiền chất như glucose, ligin, isoeugenol, eugenol, axit ferulic… được thực hiện và công bố (Lomascolo, Stentelaire et al.

Trong đó biến đổi sinh học để tạo vanillin từ axit ferulic được chú ý quan tâm và nghiên cứu. Một số vi sinh vật, chẳng hạn như chủng Amycolatopsis sp. HR167 (Achterholt, Priefert et al. 2000), Bacillus subtilis (Peng, Misawa et al.

2003), Pseudomonas putida (Plaggenborg, Overhage et al. 2003), Delftia acidovorans (Plaggenborg, Steinbuchel et al. 2001), Sphingomonas (Masai, Harada et al. 2002), Streptomyces setonii (Muheim and Lerch 1999)… đã được dùng để sản xuất vanillin từ axit ferulic.

Tuy nhiên, vanillin được sản xuất từ các sinh vật trên cho năng suất thấp n 2 hoặc sản phẩm tạo thành nhanh chóng bị chuyển đổi sang các sản phẩm khác hoặc bị vi sinh vật sử dụng như một nguồn carbon cung cấp năng lượng cho các vi sinh vật phát triển. Các nghiên cứu gần đây cho thấy E. coli là một hứa hẹn tiềm năng sản xuất vanillin bởi vì nó có một quá trình lên men phát triển tốt và không có con đường suy thoái vanillin (Priefert, Rabenhorst et al. coli là một loài vi khuẩn lành tính, đặc điểm di truyền cũng như quy trình lên men đã được nghiên cứu kĩ.

Quá trình tổng hợp vanillin từ axit ferulic ở trong vi khuẩn E. coli nhờ enzyme feruloyl –CoA synthetase (mã hóa bởi gene fcs) và enoyl –CoA hydratase/ aldolase (mã hóa bởi gene ech). Đồng thời, các acetyl –CoA được tạo ra trong quá trình sản xuất vanillin từ axit ferulic có thể được chuyển đổi thành CoA bởi gene gltA mã hóa enzyme citrate synthase. Như vậy sự khuếch đại của gltA trong E.

coli sẽ làm tăng chuyển đổi của acetyl –CoA , mà có thể mang lại sự tăng cường sản xuất vanillin qua feruloyl –CoA. Ở Việt Nam, việc trồng trọt, tách chiết và sản xuất vanillin còn là một thách thức lớn, để đáp ứng nhu cầu sử dụng chủ yếu phải nhập khẩu vanillin từ nước ngoài với số lượng lớn và giá thành cao đã gây khó khăn cho sản xuất và phát triển kinh tế. Tuy nhiên với sự phát triển của công nghệ sinh học và khoa học kĩ thuật hiện nay hoàn toàn có thể chủ động nghiên cứu và sản xuất vanillin thay thế từ con đường sinh tổng hợp mới. Việc phân lập và tách dòng các gene mã hóa cho các enzyme trong con đường sinh tổng hợp vanillin là cơ sở cho các nghiên cứu về các hợp chất thơm nói chung và cung cấp vật liệu nhằm tạo ra chủng vi sinh vật có khả năng sản xuất vanillin có năng suất cao nói riêng.

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn trên, tôi thực hiện đề tài: “Tách dòng và xác định trình tự gene gltA mã hóa cho enzyme citrate synthase từ vi khuẩn E. coli” nhằm mục đích cung cấp vật liệu cho các nghiên cứu tạo ra các chủng vi sinh vật có khả năng sản xuất vanillin, trước mắt là tạo chủng E. coli tái tổ hợp có khả năng sản xuất vanillin. Mục tiêu của đề tài - Tách dòng gene gltA của vi khuẩn E.

coli DH5α - Xác định trình tự gene gltA đã tách dòng và so sánh với trình tự trên ngân hàng gene (Gene bank). Yêu cầu của đề tài - Nắm được các nguyên lí, kĩ thuật và các phương pháp thực hiện trong quá trình tách dòng gene. n 3 - Giải được trình tự gene đã tách dòng, phân tích và so sánh được với trình tự trên ngân hàng gene đã công bố. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1.

Ý nghĩa khoa học Giúp sinh viên củng cố và hệ thống lại các kiến thức đã được học và tham gia nghiên cứu khoa học, cách xử lí và phân tích số liệu, cách trình bày một báo cáo khoa học. Quan trọng hơn là việc phân lập và tách dòng thành công gene gltA là cơ sở cho các nghiên cứu tổng quát có liên quan về sản xuất vanillin sau này. Ý nghĩa thực tiễn Sản phẩm của quá trình tách dòng gene gltA sẽ cung cấp vật liệu và là cơ sở cho các nghiên cứu nhằm đưa các gene mã hóa cho các enzyme tổng hợp vanillin vào vi sinh vật, tạo ra các chủng vi sinh vật tái tổ hợp có khả năng sản xuất vanillin cao đáp ứng nhu cầu thị trường và hạ mức giá thành của sản phẩm. n 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.

Nguồn gốc thực vật của vanilla Vanilla là một loài phong lan leo nhiêt đới thuộc họ Orchidaceae. Họ này bao gồm 788 chi và 18500 loài, là một trong những họ lớn nhất của thực vật có hoa trên thế giới, chi chính của nó chứa hơn 110 loài (Mabberley, 1997). Trong tổng số 110 loài, chỉ có 3 loài có giá trị kinh tế đó là Vanilla planifolia, Vanilla pompona và Vanilla tahitensis. Tuy nhiên, Vanilla planifolia là loài có tiềm năng kinh tế lớn nhất bởi nó là nguồn gốc chính của mùi hương vanillin - hương vị chủ yếu được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp, thực phẩm, mĩ phẩm và nước hoa.

Hình 1: Hình dạng và đặc điểm ba loài hoa Vanilla Lịch sử phát hiện của vanillin bắt đầu ở Trung Mỹ trong năm 1300. Ở Mexico người Aztec đã sử dụng chúng trong các đồ uống của họ được gọi là n 5 “Tlixochitl” – được coi như là tổ tiên của chocolate. Năm 1520, người Tây Ban Nha đã mang nó đến châu Âu và từ đó nó trở nên phổ biến và được yêu thích hơn. Loài cây này đã được giới thiệu đến Blandford và trồng thành công bởi Charles Greville tại Paddington ở Anh vào năm 1807.

Sau đó, Greville cung cấp cành hom đến Paris Antwerp, Bogor, Java để trồng. Cây vanilla đã được đưa tới Reunion và từ Reunion đến Mauritius năm 1827. Vanilla được phát hiện ở Cộng hòa Malagasy vào năm 1840. Mặc dù cây ra hoa, nhưng không đậu quả nếu không được côn trùng thụ phấn tự nhiên.

Ngoài ra, hoa của lan vanilla rất chóng tàn, hoa nở chỉ kéo dài trong vòng 24 giờ, nên việc thụ phấn gặp rất nhiều khó khăn. Đến năm 1841, Edmond Albius một cựu nô lệ tại Reunion đã tìm ra một phương pháp thụ phấn nhân tạo bằng cách sử dụng gậy tre vót nhọn để lấy phấn hoa, tách môi hoa đưa phấn vào tiếp xúc với bầu noãn. Phương pháp thủ công này hiện vẫn được áp dụng tại những đồn điền trồng vanilla ở nhiều nơi trên thế giới. Vào năm 1890, vanilla đã được trồng phổ biến ở Mauritius, Reunion, Seychelles, Madagascar, Tahiti, Jamaica và một số nước nhiệt đới khác (Cunningham,1920); (Ranadive 1994); (Reineccius,1994).

Kĩ thuật trồng vanilla đã được giới thiệu năm 1846 ở Java bởi Teysmann, tại Seychelles năm 1866, ở Tahiti vào năm 1848 bởi Hamelin, ở quần đảo Comoro vào năm 1893, ở Tây Ấn và Guadelope vào năm 1938. Hiện nay, vanilla được trồng nhiều tại những đồn điền ở Châu Phi như Reunion, Mauritius, Madagascar, Seychelles, Tanzania; ở Châu Á như Java, Indonesia; ở Nam Mỹ như Brazil; ở các đảo trong khu vực Caribbea như Jamaica. n 6 Bảng 1: Danh sách vùng trồng và diện tích vanillin chủ yếu trên thế giới Đơn vị tính: hecta Năm Năm Năm Năm Năm Năm Địa điểm 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Madagascar 25750 25880 26050 26220 63764 63764 Indonesia 8539 8903 9216 9216 9216 9216 China 1200 1200 1200 1200 1300 1400 Mexico 1046 6567 826 575 681 582 Tonga 290 290 290 268 255 NA Uganda 100 140 140 136 138 138 Comoros 700 700 650 700 700 700 French 400 450 450 460 470 NA Polynesia Reunion 350 351 290 290 290 290 Malawi 80 80 80 80 80 80 Keynia 40 40 40 40 40 40 Guadeloupe 40 40 40 40 40 40 Zimbabwe 45 45 45 30 23 23 (Nguồn FAO năm 2009) 2. Đặc điểm thực vật loài Vanilla planifolia Vanilla planifolia loài cây thuộc loại dây leo, thân mọng, mọc bám nhờ rễ cuốn vào cây chống, đường kính thân 1 - 2 cm, có thể mọc dài đến 10 - 15 m, màu lục xậm, chia thành những đốt, khoảng cách giữa 2 đốt từ 5 - 15 cm.

Rễ dài, màu trắng nhạt, khí sinh, đường kính chừng 2 mm, mọc đối diện với lá. Lá phẳng, mọng, mọc cách, hình thuôn - mũi giáo, dài 8 - 25 cm x 2-8 cm, mũi lá tuy nhọn nhưng cùn, phiến có nhiều gân song song nổi rõ, cuống ngắn. Hoa lớn có mùi thơm, màu xanh hoặc vàng nhạt, đường kính khoảng 10 cm, rất chóng tàn. Cuống hoa rất ngắn.

Bầu noãn hình trụ cong, dài khoảng 4 - 7 cm, rộng 1 - 1,5 cm. Hai cánh hoa phía trên dạng tương tự như cánh đài, cánh hoa phía dưới biến dạng thành cánh môi hình loa kèn. Quả dạng nang, hình trụ dài 10 - 25 cm, đường kính 5 - 15 mm, khi khô có mùi thơm, chứa nhiều hạt li ti nhỏ cỡ 0.3 mm, hạt được phóng thích khi quả nứt làm đôi. Hoa thường chỉ trổ hoa mỗi năm một đợt, tại Mexico trong các tháng 4 - 5 và n 7 các đảo Châu Phi như Madagascar, Reunion vào các tháng 11 đến tháng giêng năm sau.

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

Tài liệu "Nghiên cứu gene glta mã hóa enzyme citrate synthase từ vi khuẩn E. coli" cung cấp cái nhìn sâu sắc về vai trò của gene glta trong việc mã hóa enzyme citrate synthase, một enzyme quan trọng trong quá trình chuyển hóa năng lượng của vi khuẩn E. coli. Nghiên cứu này không chỉ làm rõ cơ chế hoạt động của enzyme mà còn mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng trong công nghệ sinh học, đặc biệt là trong sản xuất enzyme và nghiên cứu về vi sinh vật. Độc giả sẽ tìm thấy thông tin hữu ích về cách thức tối ưu hóa biểu hiện gene và ứng dụng của enzyme trong các lĩnh vực khác nhau.

Để mở rộng kiến thức của bạn về các nghiên cứu liên quan, bạn có thể tham khảo tài liệu Luận án tiến sĩ nghiên cứu tạo dòng và tối ưu điều kiện biểu hiện gen mã hóa nattokinase trong bacillus subtilis bd170 tái tổ hợp, nơi khám phá cách tối ưu hóa biểu hiện gene trong một loại vi khuẩn khác. Bên cạnh đó, tài liệu Luận án sàng lọc và nghiên cứu ảnh hưởng của đột biến điểm trên peptide tín hiệu đến khả năng tiết α amylase tái tổ hợp trong bacillus subtilis sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của đột biến gene đến khả năng tiết enzyme. Cuối cùng, tài liệu Luận văn thạc sĩ nghiên cứu và khuyếch đại gene tk 1284 mã hóa enzyme peptidase của vi khuẩn chịu nhiệt thermonococcus kodakarensis kod1 sẽ cung cấp thêm thông tin về việc khuyếch đại gene và ứng dụng của enzyme trong điều kiện khắc nghiệt. Những tài liệu này sẽ giúp bạn có cái nhìn toàn diện hơn về lĩnh vực nghiên cứu gene và enzyme.