CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Những nghiên cứu tổng quát về cầu gai 1. Động vật học Cầu gai hay còn gọi là nhím biển (hay nhum biển, chôm chôm biển) thuộc lớp cầu gai (Echinoidea) ngành động vật da gai (Echinodermata), có hai phân lớp; cầu gai đều xuất hiện vào kỉ Silua và cầu gai không đều xuất hiện vào kỉ Jura. Cầu gai có khoảng 800 loài hiện sống và 2.500 loài đã tuyệt chủng [3].
Cầu gai còn được gọi là nhím biển hay cà ghim bởi xung quanh loài hải sản này là hàng trăm que nhọn như lông nhím, có đối xứng tỏa tròn bậc 5 [2]. Nhím biển sống gần các rạn san hô, rạn đá ven biển. Khi nhìn thoáng qua, thì Cầu Gai có vẻ như một vật bất động, hay đúng hơn là không có khả năng di chuyển. Dấu hiệu rõ ràng nhất để chứng minh chúng thật sự là động vật là ở những cây gai, tua tủa dính vào vỏ bằng các nối kiểu một quả bóng gắn vào một hốc tế bào (ball-and- socket), các gai này có thể chia về mọi phía.
Có 2 loại gai là gai thường làm nhiệm vụ vận chuyển và gai kìm làm chức năng tự vệ [2]. Khi chỉ bị chạm nhẹ, Cầu Gai phản ứng bằng cách hướng hết gai về phía bị chạm. Cầu gai không có mắt, không có chân, không có cơ quan để di chuyển nhưng chúng lại di chuyển rất dễ dàng bằng cách dùng các ống dính, nối kết với xương sống của chúng. Cầu gai sống ở nhiều độ sâu khác nhau từ đới gian triều tới biển sâu.
Hiện biết khoảng hơn 70 loài thuộc các chi Salmacis; Temnopleurus; Diadema; Clypeaster [3]. Phân bố sinh thái [3,5,7] Có mặt ở hầu hết các vùng biển trên thế giới; Sống trong rạn san hô, từ vùng triều đến độ sâu khoảng 70 mét, sống trên thềm biển, đáy đá và vùi trong cát biển. - Trong nước: Ven biển Miền Trung và Quần đảo Hoàng Sa; Ở vùng biển Côn Đảo, phát hiện được 13 loài thuộc 9 họ; Ở Vịnh Nha Trang phát hiện 7 Đặng Ngọc Bách 3 Hóa hữu cơ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ loài; Tại vùng biển Vịnh Phong Vân – Bến Gỏi, Vĩnh Thái Lan, Phú Yên, Khánh Hòa, Phan Thiết, thường xuất hiện nhiều loài có giá trị kinh tế cao. - Thế giới: Loài phân bố rộng ở vùng Ấn Độ - Tây Thái Bình Dương, vùng biển Bắc Đại Tây Dương từ eo biển Anh Quốc sang New Jersey (Hoa Kỳ).
Các loài cầu gai dùng làm thực phẩm [7] + Vùng biển Ðịa Trung Hải: Tại Ðịa Trung Hải, cầu gai ăn được nổi tiếng nhất là Paracentrotus lividus. Loài này được xem là một món ăn ngon đặc biệt, bán tại các nhà hàng ở các thành phố ven biển nơi chúng bị đánh bắt; Chúng có thể đến tận vùng biển phía Nam Ái Nhĩ Lan, đường kính có thể đến 8 cm. Vỏ ngoài thường được bán để làm quà lưu niệm. + Vùng Bắc Ðại Tây Dương: Tại vùng biển Bắc Ðại Tây Dương, từ eo biển Anh quốc (English Channel) sang đến New Jersey (Mỹ), loài thường gặp nhất là Strongylocentrus droebachiensis.
Tuy nhiên chúng không được nhiều nơi ưa thích. Loài này xuất hiện rất nhiều tại vùng biển Maine (Mỹ). Thị trường tiêu thụ của loài động vật da gai này tương đối giới hạn chỉ tại một vài chợ buôn bán hải sản quanh New York như Fulton Fish Market. Việc chuyên chở cũng khiến cho thị trường không phát triển.
droebachiensis (nguồn www.edu) Xa hơn về phía Nam Ðại Tây Dương, có nhiều loại cầu gai nhỏ hơn, ít ăn được trừ loài Cidaris tribuloides trong vùng West Indies. Đặng Ngọc Bách 4 Hóa hữu cơ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ + Vùng Á Châu, Ðông Nam Á: Tại Ðông Nam Á, đa số cầu gai chỉ to bằng cỡ quả táo tây, loài Diadema setosum tuy rất dồi dào nhưng cũng chỉ được tiêu thụ tại một số địa phương (ngay tại Thái Lan loài này chỉ được dân tại đảo Kor Samuy ăn), có lẽ do ở con vật có nhiều gai dài (có thể đến 20 cm) và nhọn đâm thấu qua da. Gai rất dễ gãy. Mỗi gai được bao bọc bởi những lớp tế bào hạch tiết ra một dịch có chất độc.
Ðây là loài cầu gai đen tại Việt Nam. Vùng ven biển Phan Thiết (Bình Thuận) được xem là xứ của Cầu Gai (Nhum), do đó có một số địa danh liên hệ đến Nhum như sông Nhum, cầu Nhum, bến Nhum… Loài Diadema palmeri (Palmer's needle- spined urchin), vỏ có đường kính khoảng 10 cm, gai dài đến 10 cm. Vỏ và gai đều màu đỏ. Loài Diadema savignyi, có vỏ đường kính 10 cm, gai dài đến 13 cm, vỏ màu lam-đen, có khi có đốm trắng trên gai.
Tại Việt Nam, Cầu Gai là một ăn thuộc loại “đặc sản” tại các vùng ven biển Phan Thiết. setosum (nguồn en. Thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của cầu gai Các nghiên cứu về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học đã được công bố trên thế giới cho thấy, thành phần hóa học chủ yếu của các loài da gai là các hợp chất steroit, saponin và cerebrosit. Trong số năm lớp sinh vật thuộc ngành da gai, hai lớp sao biển (Asteroitea) và hải sâm (Holothuroidea) đã được tiến hành nghiên cứu khá chi tiết.
Rất nhiều công trình khoa học đã được công bố về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của hai lớp sinh vật biển này, đặc biệt là các Đặng Ngọc Bách 5 Hóa hữu cơ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ công bố về thành phần asterosaponin và cerebrosit từ các loài sao biển và các hợp chất saponin dạng khung holostan từ các loài hải sâm [6]. Tuy nhiên, hiện còn rất ít các công trình nghiên cứu được công bố về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của các loài sinh vật biển thuộc lớp cầu gai. Từ những năm 1980, các hợp chất sắc tố dạng quinoit đã được công bố từ các loài cầu gai Diadema setosum và D. Năm 2004, nhóm nghiên cứu của GS Châu Văn Minh đã công bố sự phân lập và xác định cấu trúc của hai hợp chất steroit là 5,8-epiđioxicholest-6-en-3-ol (1) và cholesterol cùng với glycerol 1-palmitat và glyxerol 1,3-đioleat-2-stearat từ cặn chiết metanol của loài cầu gai D.
setosum thu thập tại Hạ Long, Việt Nam. Kết quả đánh giá hoạt tính gây độc tế bào cho thấy hợp chất 1 thể hiện hoạt tính gây độc tế bào mạnh trên 3 dòng tế bào ung thư người được thử nghiệm là KB (human epidermoid carcinoma - biểu mô), FL (fibrillary sarcoma of the uterus - màng tử cung) và Hep-2 (Hepatocellular carcinoma - gan) với giá trị IC50 lần lượt là 2,0, 3,93 và 2,4 g/ml [9]. 5,8-epiđioxicholest-6-en-3-ol (1) Đến năm 2008, nhóm nghiên cứu của các tác giả Nhật Bản tiếp tục công bố một dẫn xuất gangliosit mới là 1-O-[9-O-metyl-(N-axetyl-α-D-neuraminozyl)- (2→6)-β-D-glucopiranozyl]-ceramit (DSG-A, 2), cùng với bốn gangliosit đã biết. Các hợp chất này thể hiện hoạt tính tạo tế bào thần kinh hình sợi (neuritogenic activity) trên dòng tế bào thần kinh nội tiết ở tủy tuyến thượng thận của chuột PC- 12 (rat pheochromocytoma cell line) với sự có mặt của nhân tố phát triển dây thần kinh (nerve growth factor).
Một điều đáng quan tâm là hợp chất 2 có nhóm metoxi ở đơn vị đường NeuAc thể hiện hoạt tính mạnh nhất. Điều này cho thấy, nhánh axit Đặng Ngọc Bách 6 Hóa hữu cơ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ sialic bị O-metyl hóa đóng vai trò quan trọng tạo nên hoạt tính tạo tế bào thần kinh hình sợi của các hợp chất gangliosit phân lập được từ các loài da gai [10]. Kết quả phân tích cho thấy, loài D. setosum có sự xuất hiện của các sắc tố spinochrom E (3), một sản phẩm oxi hóa của echinochrom A, echinochrom A và 6-etyl-2,7- đihiđroxi-3-metoxinaphthazanrin ; loài T.
gratilla có sự xuất hiện của 3, spinochrom D (4), 2,3-đihiđro-2,3,7-trihiđroxi-2,3-epoxi-6-etylnapthazarin, echinochrom A, anhiđroetyliđen-6,6’-bis-(2,3,7-trihiđroxinaphtazarin) (5), etyliđen-6,6’-bis-(2,3,7- trihiđroxi-naphtazarin); loài P. lividus có sự xuất hiện của 3 và echinochrom A [11]. spinochrom E (3) spinochrom D (4) anhiđroetyliđen-6,6’-bis-(2,3,7- trihiđroxinaphtazarin) (5) Đặng Ngọc Bách 7 Hóa hữu cơ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ 1.2 Steroit từ một số loài sinh vật biển Việt Nam [1] Steroit là lớp hợp chất thiên nhiên phổ biến nhất và lý thú nhất về phương diện hóa học, là nhóm chất phân bố rộng khắp trong cơ thể động vật. Chúng gồm các hợp chất thiên nhiên có nhiều tính chất quan trọng được dùng trong điều trị bệnh điều hòa hệ thống nội tiết, chữa viêm khớp.
Hiện nay, steroit còn dùng điều chế thuốc tránh thai. Nhiều ứng dụng của steroit trong chăn nuôi và nông nghiệp ngày càng được công nhận. Do tác dụng sinh lý của steroit nó không những là mối quan tâm khoa học quan trọng mà còn có ý nghĩa quan trọng trong việc sử dụng dược học. Nhóm chất steroit được tìm thấy ở hầu hết các mẫu nghiên cứu thuộc ba nhóm hải miên, san hô mềm và da gai ở Việt Nam.
Hợp chất có hàm lượng cao và xuất hiện trong hầu hết các loài sinh vật biển thu thập được là cholesterol. Hợp chất này được phân lập từ loài san hô mềm Cladiella sp. sao biển Archaster tyicus, hải miên Xestospongia testudinaria và Gellius varius. cholesterol Ngoài ra, các dẫn xuất của cholesterol như 7α-hiđroxi-cholesterol, 7β- hiđroxi-cholesterol và dẫn xuất mới 7α-metoxi-cholesterol được phân lập từ loài rong sụn Kappaphycus alvarezii.
Nghiên cứu thành phần hóa học loài hải miên Dysidea cinerea cho thấy sự phong phú của nhóm chất steroit như các hợp chất ostreasterol, isofucosterol và 5,8-epiđioxicholest-6-en-3β-ol. Hợp chất này cũng được phân lập từ loài hải miên Varius, X. testudinaria và cầu gai Diadema setosum. Nghiên cứu thành phần hóa học của loài hải miên Haliclona clathrata đã phân lập được hợp chất mới là 24-nor-5α-cholestan-3β,23,24-triol cùng với (24R)- 24-etylcholest-4-en-3,6-đion, (24R)-24-etylcholest-3,6-đion.
Ngoài ra, các hợp chất Đặng Ngọc Bách 8 Hóa hữu cơ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ cholest-7-en-3β,5α,6β-triol và 6β-metoxicholest-7-en-3β,5α-điol cũng được phân lập từ loài hải miên G. Saringosterol, cholest-7-en-3-on cũng được xác định từ loài hải miên X. Một điều đáng quan tâm là hợp chất saringosterol được các nhà khoa học trên thế giới công bố có hoạt tính kháng vi khuẩn lao Mycobacterium tuberculosis rất mạnh với giá trị nộng độ tối thiểu (MIC-Minimum inhibitory concentration) là 0,25µg/ml và đây là giá trị MIC nhỏ nhất trong các hợp chất thiên nhiên được chiết tách tính đến năm 2001. Giá trị này tương đương với giá trị MIC của thuốc chữa lao rifampin.
Ngoài ra, hợp chất này có độ độc thấp và tính đặc hiệu cao.