I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Vi Nấm Nội Sinh Tiềm Năng Khai Thác
Nghiên cứu vi nấm nội sinh đang thu hút sự chú ý lớn bởi tiềm năng to lớn trong việc khai thác các hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học. Vi nấm nội sinh là những vi sinh vật cư trú bên trong cây trồng, không gây hại mà còn mang lại nhiều lợi ích. Các hợp chất do chúng tạo ra có khả năng chống oxy hóa, gây độc tế bào ung thư, kháng khuẩn và nhiều ứng dụng khác trong y học và nông nghiệp. Việc tìm kiếm và đánh giá tiềm năng của vi nấm nội sinh trên các loài cây bản địa, như cây thiết sam núi đá, mở ra cơ hội phát triển các nguồn dược liệu mới và bền vững. Nghiên cứu này tập trung vào việc sàng lọc và đánh giá hoạt tính của vi nấm nội sinh trên cây thiết sam núi đá tại Hà Giang.
1.1. Vi Nấm Nội Sinh Định Nghĩa Đặc Điểm Vai Trò
Vi nấm nội sinh là các vi sinh vật sống cộng sinh trong mô thực vật mà không gây bệnh. Chúng có mặt ở khắp nơi trong tự nhiên và có mối quan hệ chặt chẽ với cây chủ. Chúng sử dụng các chất dinh dưỡng trong cây để tồn tại, mang lại nhiều lợi ích cho cây như tạo ra các sản phẩm trao đổi chất có hoạt tính sinh học như các hormon sinh trưởng, các chất kháng sinh có khả năng bảo vệ cây khỏi các vi sinh vật gây bệnh. Các vi nấm nội sinh đóng vai trò như một kho chứa các hoạt chất sinh có khả năng hỗ trợ và chống lại các bệnh như: kháng khuẩn, chống ung thư, chống oxy hóa, kháng virus, chống tiểu đường, ức chế miễn dịch, chống viêm và chống bệnh alzheimer và một số bệnh khác để sử dụng trong ngành dược phẩm và hóa chất nông nghiệp (Archana và cs, 2021).
1.2. Tiềm Năng Khai Thác Hoạt Tính Sinh Học Ưu Điểm Vượt Trội
Việc khai thác hoạt tính sinh học từ vi nấm nội sinh mang lại nhiều ưu điểm so với các nguồn khác. Chúng có khả năng sản xuất các hợp chất phức tạp mà khó tổng hợp bằng con đường hóa học. Quá trình nuôi cấy vi nấm có thể được kiểm soát và tối ưu hóa để đạt năng suất cao. Hơn nữa, việc sử dụng vi nấm nội sinh giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường so với việc khai thác dược liệu trực tiếp từ tự nhiên. Một số chi nấm nổi tiếng như: Penicillium, Fusarium, Aspergillus là nguồn tuyệt vời để sản xuất các hợp chất hoạt tính sinh học.
II. Thách Thức Nghiên Cứu Hoạt Tính Gây Độc Tế Bào Ung Thư
Ung thư là một trong những nguyên nhân gây tử vong hàng đầu trên toàn thế giới. Các phương pháp điều trị hiện tại, như hóa trị và xạ trị, thường gây ra nhiều tác dụng phụ nghiêm trọng. Do đó, việc tìm kiếm các hợp chất tự nhiên có khả năng kháng ung thư với ít tác dụng phụ là một nhu cầu cấp thiết. Nghiên cứu hoạt tính gây độc tế bào ung thư của vi nấm nội sinh trên cây thiết sam núi đá có thể mang lại những phát hiện quan trọng trong việc phát triển các loại thuốc mới để điều trị ung thư. Cần tìm kiếm các chất chống ung thư và chống oxy hóa thay thế từ các nguồn tự nhiên như vi sinh vật có thể khắc phục sự thất bại của hóa trị cũng như ngăn ngừa nguy cơ ung thư.
2.1. Kháng Thuốc và Tác Dụng Phụ Vấn Đề Nan Giải
Nhiều loại ung thư trở nên kháng thuốc, khiến việc điều trị trở nên khó khăn. Các phương pháp hóa trị thường đi kèm với các tác dụng phụ nghiêm trọng ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống của bệnh nhân. Việc tìm kiếm các liệu pháp thay thế với cơ chế tác động mới và ít tác dụng phụ là một thách thức lớn. Theo ước tính của Đài quan sát Ung thư Toàn cầu, sẽ có khoảng 29,5 triệu trường hợp ung thư mới, trong đó việc thực hiện các chiến lược phòng chống ung thư sẽ cứu sống gần 15 triệu người.
2.2. Vai Trò Của Stress Oxy Hóa Trong Sự Phát Triển Ung Thư
Stress oxy hóa là sự mất cân bằng giữa các gốc tự do và chất chống oxy hóa trong cơ thể. Stress oxy hóa có thể gây tổn thương tế bào và DNA, góp phần vào sự phát triển của ung thư. Các chất chống oxy hóa có khả năng trung hòa các gốc tự do, giúp bảo vệ tế bào khỏi tổn thương và ngăn ngừa ung thư. Áp lực oxy hóa được biết đến là sự mất cân bằng của các loại oxy phản ứng (ROS) và các chất chống oxy hóa trong cơ thể, có thể dẫn đến tổn thương tế bào và mô, cản trở sự phát triển của ung thư.
III. Phương Pháp Nghiên Cứu Hoạt Tính Chống Oxy Hóa Từ Vi Nấm
Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp hiện đại để phân lập vi nấm, định danh vi nấm, và đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ung thư và hoạt tính chống oxy hóa của chúng. Các chủng vi nấm nội sinh được nuôi cấy, chiết xuất các hợp chất, và thử nghiệm trên các dòng tế bào ung thư khác nhau. Thử nghiệm in vitro được sử dụng để xác định IC50 và đánh giá khả năng kháng ung thư của các chiết xuất từ vi nấm nội sinh. Đồng thời, các phương pháp hóa học được sử dụng để đánh giá hoạt tính chống oxy hóa.
3.1. Phân Lập và Định Danh Vi Nấm Nội Sinh Từ Thiết Sam
Mẫu cây thiết sam núi đá được thu thập tại Hà Giang. Các bộ phận của cây được xử lý và phân lập vi nấm theo quy trình chuẩn. Các chủng vi nấm được định danh dựa trên đặc điểm hình thái và phân tích trình tự gen vùng ITS. Để phân lập các chủng vi nấm nội sinh trên cây thiết sam núi đá, chọn những bộ phận của cây tươi, không bong tróc, gây dập và sạch bệnh. Trước khi phân lập vi nấm, mẫu cấy được rửa dưới vòi nước chảy sau đó là khử trùng bề mặt.
3.2. Đánh Giá Hoạt Tính Gây Độc Tế Bào Ung Thư In Vitro
Các chiết xuất từ vi nấm nội sinh được thử nghiệm trên các dòng tế bào ung thư phổi (A549) và ung thư vú (MCF-7) để đánh giá hoạt tính gây độc tế bào. IC50 được xác định để đo lường hiệu quả của các chiết xuất trong việc ức chế sự phát triển của tế bào ung thư. Trong nghiên cứu này sử dụng bộ chủng gồm 09 chủng vi nấm nội sinh phân lập từ cây thiết sam núi đá (Tsuga chinensis (Franch.) tại Hà Giang trong bộ sưu tập chủng giống được lưu trữ tại Trung tâm Giống và Bảo tồn nguồn gen Vi sinh vật, Viện Công nghệ sinh học.
3.3. Xác Định Hoạt Tính Chống Oxy Hóa Phương Pháp Thử Nghiệm
Hoạt tính chống oxy hóa của các chiết xuất vi nấm được đánh giá bằng các phương pháp hóa học như DPPH và ABTS. Các phương pháp này đo lường khả năng của các chiết xuất trong việc trung hòa các gốc tự do. Tiến hành nghiên cứu đánh giá về hoạt tính chống oxy hóa, xác định đặc điểm hình thái và phân loại chủng vi nấm nội sinh SDF5. Kết quả cho thấy chủng SDF5 có hoạt tính chống oxy hóa cao.
IV. Kết Quả Nghiên Cứu Chủng Vi Nấm Nội Sinh Tiềm Năng SDF5
Kết quả nghiên cứu cho thấy chủng vi nấm nội sinh SDF5, được phân lập từ cây thiết sam núi đá, có hoạt tính gây độc tế bào ung thư và hoạt tính chống oxy hóa cao. Chủng SDF5 được định danh là Penicillium crustosum. Phát hiện này mở ra tiềm năng ứng dụng của chủng SDF5 trong việc phát triển các loại thuốc mới để điều trị ung thư và các bệnh liên quan đến stress oxy hóa. Trong 09 chủng vi nấm nội sinh, có 01 chủng được ký hiệu là SDF5 được xác định là có hoạt tính gây độc tế bào ung thư cao nhất bằng phương pháp thử độ độc tế bào in vitro với các giá trị IC50 lần lượt là 14,19 ± 1,47 µg/mL và 25,24 ± 1,72 µg/mL trên tế bào ung thư phổi A549 và ung thư vú MCF-7 ở người.
4.1. Đặc Điểm Sinh Học và Hình Thái Của Chủng SDF5
Chủng SDF5 có đặc điểm hình thái đặc trưng của chi Penicillium. Khuẩn lạc có màu xanh lục lam, bề mặt mịn và có viền trắng. Bào tử có hình cầu và được sắp xếp thành chuỗi. Bằng phương pháp phân loại kết hợp hình thái và so sánh trình tự vùng ITS, chủng SDF5 được định danh là Penicillium crustosum SDF5 (mã số GenBank OM721774).
4.2. Hoạt Tính Chống Oxy Hóa Mạnh Mẽ Của Chủng SDF5
Chủng SDF5 thể hiện hoạt tính chống oxy hóa mạnh mẽ, có khả năng trung hòa các gốc tự do DPPH và ABTS. Điều này cho thấy chủng SDF5 có tiềm năng trong việc bảo vệ tế bào khỏi tổn thương do stress oxy hóa. Kết quả cho thấy chủng SDF5 có hoạt tính chống oxy hóa cao, tại nồng độ 600 µg/mL khả năng bắt gốc tự do DPPH của chủng SDF5 là 61,13% và khả năng bắt gốc OH của chủng SDF5 là 56,4%.
V. Ứng Dụng Phát Triển Nguồn Dược Liệu Từ Vi Nấm Nội Sinh
Nghiên cứu này cung cấp bằng chứng về tiềm năng của vi nấm nội sinh trên cây thiết sam núi đá trong việc phát triển các nguồn dược liệu mới. Chủng vi nấm SDF5 có thể được sử dụng để sản xuất các chất chống oxy hóa và kháng ung thư. Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tác động và độc tính của các hợp chất từ chủng SDF5 là cần thiết để đưa chúng vào ứng dụng thực tế. Việc đánh giá các hoạt tính sinh học như kháng vi sinh vật kiểm định, gây độc tế bào ung thư và chống oxy hóa được xem là các phương pháp sàng lọc sinh học hữu hiệu để tuyển chọn được chủng vi nấm nội sinh tiềm năng có nguồn gốc từ thực vật.
5.1. Nghiên Cứu Sâu Hơn Về Cơ Chế Tác Động Sinh Học
Cần nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tác động của các hợp chất từ chủng SDF5 trên tế bào ung thư và hệ thống chống oxy hóa. Điều này sẽ giúp hiểu rõ hơn về tiềm năng của chúng trong việc điều trị bệnh. Cần tiến hành nghiên cứu trên động vật để đánh giá hiệu quả và an toàn của các hợp chất này.
5.2. Phát Triển Quy Trình Sản Xuất Hợp Chất Ở Quy Mô Lớn
Để đưa các hợp chất từ chủng SDF5 vào ứng dụng thực tế, cần phát triển quy trình sản xuất chúng ở quy mô lớn. Điều này đòi hỏi việc tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy vi nấm, chiết xuất và tinh chế các hợp chất. Lên men vi nấm nội sinh có tiềm năng tạo ra hợp chất hoạt tính sinh học có một số ưu điểm như năng suất cao, có thể tái sản xuất.
VI. Kết Luận Hướng Nghiên Cứu Tiềm Năng Về Vi Nấm Nội Sinh
Nghiên cứu này đã sàng lọc và đánh giá thành công hoạt tính gây độc tế bào ung thư và chống oxy hóa của vi nấm nội sinh trên cây thiết sam núi đá. Chủng vi nấm Penicillium crustosum SDF5 được xác định là một nguồn tiềm năng để phát triển các loại thuốc mới. Cần có thêm nhiều nghiên cứu để khai thác tối đa tiềm năng của vi nấm nội sinh trong lĩnh vực y học và dược học.
6.1. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Đa Dạng Sinh Học Nấm
Nghiên cứu đa dạng sinh học nấm là rất quan trọng để khám phá các nguồn dược liệu mới. Vi nấm nội sinh là một nguồn tài nguyên phong phú chưa được khai thác hết. Việc nghiên cứu và bảo tồn chúng có ý nghĩa lớn đối với sức khỏe con người và sự phát triển bền vững.
6.2. Hợp Tác Nghiên Cứu Liên Ngành Chìa Khóa Thành Công
Sự hợp tác giữa các nhà khoa học trong các lĩnh vực khác nhau, như sinh học phân tử, hóa sinh, dược học, và công nghệ sinh học, là chìa khóa để khai thác tối đa tiềm năng của vi nấm nội sinh. Việc này sẽ giúp đẩy nhanh quá trình phát triển các loại thuốc mới và các ứng dụng khác. Cùng với các chi nấm nói trên, một số vi nấm nội sinh khác cũng được biết là sản xuất các hợp chất hoạt tính sinh học có vai trò quan trọng trong việc kiễm soát dịch bệnh (Jia và cs, 2016).
