Tổng quan luận án
Luận án tiến sĩ hóa học của nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Ngần có tiêu đề "Nghiên cứu các hợp chất có hoạt tính sinh học từ quả thể nấm đa niên lỗ đen (Nigrofomes melanoporus (Mont.) Murrill) và nấm vân chi (Trametes cubensis (Mont.) ở vùng Bắc Trung Bộ", thuộc chuyên ngành Hóa hữu cơ (mã số: 62.2701), được thực hiện tại Trường Đại học Vinh dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS Trần Đình Thắng và GS. TS Tian-Shung Wu (bảo vệ năm 2015).
Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu
Việt Nam là quốc gia nhiệt đới gió mùa có độ đa dạng sinh học cao, ước tính có khoảng 80.000 loài nấm (gấp 6 lần số loài thực vật bậc cao), trong đó khoảng 2.500 loài đã được định danh và 1.400 loài nấm lớn thuộc 120 chi. Theo thống kê của Trịnh Tam Kiệt, Việt Nam có khoảng 22.000 loài nấm lớn, bao gồm khoảng 1.000 loài nấm mục gỗ và 700 loài nấm có giá trị làm thuốc.
Các nghiên cứu quốc tế đã chứng minh nấm lớn chứa nhiều nhóm chất chuyển hóa thứ cấp có hoạt tính sinh học giá trị như triterpenoid, sesquiterpenoid, steroid, phenolic, polysaccharide... có tác dụng kháng vi sinh vật, kháng virus, ức chế tế bào ung thư và điều hòa miễn dịch. Tuy nhiên, tại Việt Nam, các nghiên cứu về nấm dược liệu trước đây chủ yếu tập trung vào phân loại hình thái và khảo sát đa dạng sinh học, trong khi các công trình đi sâu vào thành phần hóa học và thăm dò hoạt tính sinh học của các hợp chất chuyển hóa thứ cấp còn rất hạn chế. Đặc biệt:
- Đối với loài nấm đa niên lỗ đen (Nigrofomes melanoporus): Trước thời điểm nghiên cứu, trên thế giới chưa có bất kỳ công trình nào công bố về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của loài này.
- Đối với loài nấm vân chi (Trametes cubensis): Trên thế giới mới chỉ có một số ít công trình nghiên cứu cấu trúc triterpenoid (như công bố của H. Adam năm 1967, Joachim Rosecke năm 2000, Hertweck C. năm 2007), còn tại Việt Nam loài nấm này chưa từng được nghiên cứu về mặt hóa học và hoạt tính sinh học.
Nhiệm vụ nghiên cứu
Luận án xác định 4 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được đánh số theo văn bản:
- Chiết hỗn hợp các chất từ quả thể nấm đa niên lỗ đen (Nigrofomes melanoporus) và quả thể nấm vân chi (Trametes cubensis);
- Sử dụng các phương pháp sắc ký để phân lập các hợp chất từ dịch chiết của hai loại nấm trên;
- Xác định cấu trúc của những hợp chất phân lập được;
- Thử hoạt tính sinh học của một số hợp chất phân lập được.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Quả thể nấm đa niên lỗ đen (Nigrofomes melanoporus (Mont.) Murrill) và quả thể nấm vân chi (Trametes cubensis (Mont.)).
- Phạm vi không gian: Mẫu nấm được thu hái tại khu vực Bắc Trung Bộ Việt Nam (mẫu nấm đa niên lỗ đen thu hái tại Vườn Quốc gia Pù Mát, tỉnh Nghệ An, tiêu bản ký hiệu Vinh-TSWu 200901 do PGS. Ngô Anh thuộc Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học Huế định danh; mẫu nấm vân chi thu hái tại vùng Bắc Trung Bộ).
- Phạm vi thời gian: Mẫu nấm Nigrofomes melanoporus được thu hái vào tháng 11/2009; các thực nghiệm hóa học và sinh học được triển khai từ năm 2009 đến năm 2015.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Luận án đã tổng quan lịch sử nghiên cứu các chất chuyển hóa thứ cấp từ nấm lớn và hệ thống hóa các nhóm hoạt tính sinh học chính:
- Lịch sử nghiên cứu: Điểm lại mốc phân lập axit mycophenolic từ P. glaucoma của Gosio; phát hiện penicillin từ Penicillium notatum của Alexander Fleming (1929); giai đoạn từ năm 1940 đến nay với hơn 8.600 hợp chất chuyển hóa thứ cấp từ nấm lớn đã được xác định.
- Hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm: Điểm lại các hợp chất ganomycin A (1) và B (2) từ Ganoderma pfeifferi; oospolactone (3) từ Gloeophyllum sepiarium; axit merulinic A, B, C (4-6) và merulidial (7) từ Merulius tremellosus; hợp chất hirsutane sesquiterpene như desoxyhypnophilin (8), hypnophilin (9), 6,7-epoxy-4(15)-hirsuten-5-ol (10), 6,7-epoxy-4(15)-hirsuten-1,5-diol (11) từ Lentinus crinitus, pleurotellol (12), axit pleurotellic (13) từ Pleurotellus hypnophilus, axit hirsutic (14), axit complicatic (15) từ Stereum complicatum; aleurodiscal (16) từ Aleurodiscus mirabilis; các triterpenoid lanostane (21-25) từ Fomitopsis pinicola; nhóm strobilurin A, E, F1 (26-28), 9-methoxystrobilurin A (29), oudemansin A (30); các hợp chất thơm đơn giản như anisaldehyde (31), (4-metoxyphenyl)-1,2-propanediol (32), biformin (33), frustulosin (34), frustulosinol (35), 1-hydroxy-2-nonyn-3-on (36), cinnabarin (37), beauvericin (38).
- Hoạt tính kháng virus: Điểm lại các polysaccharide PSK và PSP từ Trametes versicolor có tác dụng ức chế HIV-1; dịch chiết nước của Ganoderma applanatum, Fomitella supina, Phellinus rhabarbarinus, Trichaptum perrottotti, Trametes cubensis kháng HIV-1; dịch chiết Inonotus obliquus; hispolon (39) và hispidin (40) từ Inonotus hispidus chống virus cúm A và B; axit ganoderic β (41), ganoderiol F (42), ganodermanontriol (43) từ Ganoderma lucidum; ganodermadiol (44), lucidadiol (45), axit applanoxidic (46) từ G. pfeifferi.
- Hoạt tính gây độc tế bào và chống ung thư: Hợp chất montadial A (47) từ Bondarzewia montana; egonol (48), demethoxyegonol (49), egonol glucoside (50) từ Laetiporus sulphureus var. miniatus; fomecin A (51) và B (52); tremediol (53), tremetriol (54), α-bisabolol (55) từ Merulius tremellosus; naematolon (56), naematolin (57) từ Panus; nhóm polyporusteron A-G (58-64) từ Polyporus umbellatus; các dẫn xuất ergostane (65, 66) từ Trametes versicolor; axit zhankuic A-C (67-69) từ Antrodia cinnamomea; axit lucidenic (70), metyl lucidentat F (71), lucialdehyde A-C (72-74) từ Ganoderma lucidum; axit poricoic G, H (75, 76) từ Poria cocos; β-D-glucan và phức hệ polysaccharide protein PSK, D-II.
- Tình hình nghiên cứu cụ thể về hai đối tượng của đề tài:
- Nigrofomes melanoporus: Là loài nấm gỗ thuộc họ Polyporaceae, chi Nigrofomes, quả thể màu nâu tím tối, chất gỗ cứng, lỗ rất nhỏ. Chưa có dữ liệu nghiên cứu hóa thực vật nào trước đó.
- Trametes cubensis: H. Adam và cộng sự (1967) phân lập triterpene malonate Ia (96); Joachim Rosecke và cộng sự (2000) phân lập 9 triterpenoid (97-105); Joachim Rosecke (1967) và Hertweck C. (2007) phân lập quercinol (106), trolox (107), tocopherol (108), (E)-metyl 4-metoxycinnamat (109), (Z)-metyl 4-metoxycinnamat (110).
Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết: Khảo sát toàn diện thành phần hóa học phân tử lượng nhỏ từ dịch chiết quả thể hai loài nấm thu hái tại miền Trung Việt Nam, phân lập và làm sáng tỏ cấu trúc các hợp chất sạch (đặc biệt tìm kiếm các chất mới), đồng thời đánh giá sàng lọc hoạt tính gây độc tế bào ung thư và hoạt tính kháng vi sinh vật của các hợp chất phân lập được.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Luận án sử dụng quy trình nghiên cứu hóa học các hợp chất thiên nhiên kết hợp khảo sát hoạt tính sinh học in vitro theo các tiêu chuẩn thực nghiệm hiện đại:
| Nhóm phương pháp |
Kỹ thuật / Thiết bị cụ thể |
Mục đích thực hiện |
| Chiết xuất & Xử lý mẫu |
Ngâm chiết hồi lưu/chiết lạnh bằng hệ dung môi $CHCl_3:MeOH$ (1:1 v/v) ở nhiệt độ thường; cất thu hồi dung môi dưới áp suất giảm bằng máy cất quay chân không. |
Tách chiết tối đa các hợp chất phân cực trung bình và phân cực từ quả thể nấm khô (nghiền nhỏ). |
| Phân tách & Sắc ký |
- Sắc ký cột thường (CC) và sắc ký cột nhanh (FC) sử dụng pha tĩnh Silica gel (230-400 mesh), Sephadex LH-20, pha đảo RP18. - Sắc ký lớp mỏng (TLC) phân tích (bản nhôm tráng sẵn DC-Alufolien 60 $F_{254}$, RP18 $F_{254s}$) và TLC điều chế (độ dày 0,5-1 mm). Thuốc thử hiện màu: đèn tử ngoại (254 nm, 368 nm), hơi $I_2$, dung dịch $H_2SO_4$ đặc hơ nóng. - Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) bán điều chế và phân tích trên hệ thống Shimadzu LC-8A, bộ điều khiển -10A VP, phần mềm CLASS-VP; cột Inertsil ODS-3 (5 µm, 150 x 4,6 mm) và cột Cosmosil 5-$C_{18}$-MS-II (20 x 250 mm). |
Phân đoạn dịch chiết, tinh chế và cô lập các hợp chất tinh khiết từ hỗn hợp cao chiết. |
| Xác định cấu trúc hóa học |
- Phổ tử ngoại (UV) trên máy Agilent UV-VIS. - Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) trên máy Shimadzu FTIR Prestiga-21. - Phổ khối lượng (ESI-MS, EI-MS) và phổ khối lượng phân giải cao (HR-ESI-MS) trên máy Bruker Daltonics APEX II (30 eV) và micrOTOF-QII 10187. - Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1D và 2D ($^1H$-NMR 400/500 MHz, $^{13}C$-NMR 100/125 MHz, DEPT, COSY, HSQC, HMBC, NOESY) trên các thiết bị Bruker AVANCE-500, AVANCE III-400 với chất chuẩn nội TMS. - Nhiễu xạ tia X đơn tinh thể (X-ray) trên máy Bruker AXS SMART-1000. - Đo nhiệt độ nóng chảy (Yanagimoto MP-S3) và độ quay cực riêng $[\alpha]_D$ (Jasco P-1020). |
Làm sáng tỏ công thức phân tử, công thức cấu tạo, cấu hình tương đối và cấu trúc không gian của các chất phân lập. |
| Thử nghiệm hoạt tính sinh học |
- Đánh giá độc tính tế bào ung thư theo phương pháp MTT (Hansen, 1989) trên các dòng tế bào: Jurkat (bạch cầu cấp), NPC-TW01 (biểu mô vòm họng), NCI-H661 (ung thư phổi) tại Đại học Y Trung Quốc (Đài Loan); phương pháp SRB/MTT (Skehan, Likhitwitayawuid) trên các dòng Hep-G2 (ung thư gan), Lu (ung thư phổi), RD (ung thư cơ vân) tại Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên (VAST). - Đánh giá hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định theo phương pháp vi pha loãng (Vander, Vlietlinck, McKane) trên vi khuẩn Gram (-) E. coli ATCC 25922, Gram (+) S. aureus ATCC 25923; nấm sợi (chủng 439, M42), nấm men (Candida albicans ATCC 7754, SH 20). |
Xác định giá trị $IC_{50}$, nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) hoặc ghi nhận mức độ đáp ứng sinh học của các hợp chất thử nghiệm. |
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan
Chương 1 (dài 28 trang) trình bày có hệ thống cơ sở lý luận về các hợp chất chuyển hóa thứ cấp từ nấm lớn. Tác giả phân tích chi tiết cấu trúc hóa học và cơ chế tác dụng của các nhóm hoạt chất tự nhiên từ nấm:
- Nhóm kháng khuẩn, kháng nấm gồm các hợp chất polyketide, isocoumarin, sesquiterpenoid khung hirsutane, triterpenoid khung lanostane, strobilurin và các dẫn xuất thơm đơn giản.
- Nhóm kháng virus gồm các polysaccharide-protein (PSK, PSP) ngăn cản sự gắn kết virus HIV vào thụ thể CD4 của lympho bào, các triterpenoid nhóm ganoderic acid ức chế enzyme phiên mã ngược và protease của HIV-1, virus cúm A, B và HSV-1.
- Nhóm gây độc tế bào và kích thích miễn dịch gồm các sterol ecdysterone (polyporusterone A-G), lanostane triterpenoid (lucialdehyde A-C, lucidenic acid), sesquiterpenoid và phức hệ $\beta$-(1$\rightarrow$3)-D-glucan phân nhánh $\beta$-(1$\rightarrow$6)-D-glucosyl.
- Giới thiệu chi tiết đặc điểm hình thái, giải phẫu, sinh thái, phân bố và tình hình nghiên cứu hóa thực vật của hai loài nấm nghiên cứu: nấm đa niên lỗ đen (Nigrofomes melanoporus) và nấm vân chi (Trametes cubensis).
Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm
Chương 2 (dài 24 trang) mô tả chi tiết quy trình thực nghiệm thu hái, chiết xuất, phân lập và đo đạc các thông số hóa lý:
- Xử lý quả thể nấm đa niên lỗ đen: 1.350 g quả thể khô nấm N. melanoporus (thu hái tại Vườn Quốc gia Pù Mát) được xay nhỏ, ngâm chiết 3 lần với hệ dung môi $CHCl_3:MeOH$ (1:1), cô cất thu được 78,0 g cao tổng NDM.
- Tách cao NDM trên cột silica gel (8 x 80 cm, 230-400 mesh) với gradient dung môi hexane:acetone (100:0 đến 1:1) thu được 10 phân đoạn chính.
- Phân đoạn NDM5 (11,85 g) qua các bước sắc ký cột silica gel tiếp theo thu được hợp chất NDM-8 (45 mg), NDM-9 (23 mg), NDM-3 (32 mg), NDM-4 (15 mg).
- Phân đoạn NDM6 (9,70 g) kết tinh trong $CHCl_3$ tách thành phần tinh thể NDM61 (1,35 g) và phần dịch NDM62 (5,60 g). NDM61 qua sắc ký cột thu được NDM-10 (128 mg) và NDM-11 (78 mg). Phân đoạn NDM62 qua sắc ký bản mỏng điều chế và sắc ký cột thu được NDM-7 (43 mg), NDM-5 (37 mg), NDM-6 (76 mg).
- Phân đoạn NDM7 (5,40 g) sắc ký cột silica gel thu phân đoạn NDM73 (78 mg), sau đó phân tách trên HPLC pha đảo Cosmosil 5-$C_{18}$-MS-II ($H_2O:MeOH = 65:35$) thu được hai chất mới NDM-1 (13,2 mg) và NDM-2 (8,7 mg).
- Xử lý quả thể nấm vân chi: Quả thể nấm Trametes cubensis được chiết xuất và phân lập theo hệ thống sắc ký cột silica gel kết hợp sắc ký lớp mỏng điều chế và kết tinh phân đoạn, thu được 8 hợp chất sạch ký hiệu từ DQE-1 đến DQE-8 (trong đó DQE-1 và DQE-2 là hai triterpenoid mới).
- Mô tả chi tiết quy trình đo phổ UV, IR, MS, HR-ESI-MS, $^1H$-NMR, $^{13}C$-NMR, DEPT, COSY, HSQC, HMBC, NOESY, X-ray tinh thể học và quy trình ủ tế bào thử hoạt tính sinh học theo vi phiến 96 giếng.
Chương 3: Kết quả và thảo luận
Chương 3 (dài 61 trang) là nội dung trọng tâm của luận án, trình bày lập luận chi tiết xác định cấu trúc hóa học của 19 hợp chất phân lập được và công bố số liệu thử nghiệm sinh học.
1. Thành phần hóa học nấm đa niên lỗ đen (Nigrofomes melanoporus)
Từ cao chiết NDM đã phân lập và xác định cấu trúc 11 hợp chất (NDM-1 đến NDM-11):
| Ký hiệu mẫu |
Tên hợp chất |
Phân loại hóa học |
Tình trạng cấu trúc |
Đặc điểm phổ và cấu trúc xác định |
| NDM-1 |
Nigrofomin A |
Sesquiterpenoid |
Hợp chất mới |
Công thức phân tử $C_{15}H_{22}O_4$; HR-ESI-MS: $m/z$ 289,1416 $[M+Na]^+$. Cấu trúc xác định bằng phổ 1D, 2D-NMR và cấu trúc tinh thể tia X (lưu trữ tại CCDC). |
| NDM-2 |
Nigrofomin B |
Sesquiterpenoid |
Hợp chất mới |
Công thức phân tử $C_{15}H_{20}O_4$; HR-ESI-MS: $m/z$ 287,1260 $[M+Na]^+$. Khung sesquiterpene có các nhóm chức hydroxyl và carbonyl liên hợp, xác nhận qua HMBC và NOESY. |
| NDM-3 |
Madolin A |
Sesquiterpenoid |
Đã biết |
Đồng nhất số liệu phổ $^1H$-NMR, $^{13}C$-NMR và tương tác HMBC. |
| NDM-4 |
Dehydrovomifoliol |
Sesquiterpenoid |
Đã biết |
Xác định qua phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton và carbon. |
| NDM-5 |
(2-Hydroxyphenyl) axetat |
Phenolic |
Đã biết |
Xác nhận cấu trúc qua phổ khối lượng và NMR 2 chiều. |
| NDM-6 |
trans-p-Hydroxycoumaric |
Phenolic |
Đã biết |
Dẫn xuất acid cinnamic, xác định bằng phổ NMR. |
| NDM-7 |
Metyl ferulat |
Phenolic |
Đã biết |
Xác định qua phổ NMR với tín hiệu nhóm methoxy và ester. |
| NDM-8 |
$\gamma$-(4-metyphenyl)-$\gamma$-metyl-$\gamma$-butyrolacton |
Lactone |
Đã biết |
Phổ $^{13}C$-NMR và DEPT xác nhận vòng lactone 5 cạnh gắn nhân thơm. |
| NDM-9 |
Axit benzoic |
Phenolic acid |
Đã biết |
Đồng nhất số liệu phổ NMR. |
| NDM-10 |
Ergosterol |
Steroid |
Đã biết |
Sterol đặc trưng của màng tế bào nấm. |
| NDM-11 |
Ergosterol peroxit |
Steroid |
Đã biết |
Dẫn xuất peroxide nội tại vị trí C-5/C-8 của khung ergostane. |
Lưu ý: Cả 11 hợp chất trên đều là lần đầu tiên được phân lập từ loài nấm Nigrofomes melanoporus.
2. Thành phần hóa học nấm vân chi (Trametes cubensis)
Từ dịch chiết quả thể nấm vân chi phân lập và xác định cấu trúc 8 hợp chất (DQE-1 đến DQE-8):
| Ký hiệu mẫu |
Tên hợp chất |
Phân loại hóa học |
Tình trạng cấu trúc |
Đặc điểm phổ xác định |
| DQE-1 |
Tramecubin A |
Triterpenoid |
Hợp chất mới |
HR-ESI-MS, $^{1}H$-NMR, $^{13}C$-NMR, DEPT, HMBC, COSY, NOESY. Khung lanostane triterpene oxy hóa cao. |
| DQE-2 |
Tramecubin B |
Triterpenoid |
Hợp chất mới |
HR-ESI-MS, phân tích tương tác xa HMBC ($H \rightarrow C$) và NOESY. |
| DQE-3 |
Axit eburicoic |
Triterpenoid |
Đã biết |
Triterpenoid khung lanostane đặc trưng của nấm mục gỗ. |
| DQE-4 |
$3\beta$-hydroxylanosta-8,24-dien-21-oic |
Triterpenoid |
Đã biết |
Xác định bằng phổ $^1H$-NMR và $^{13}C$-NMR so sánh. |
| DQE-5 |
Ergosterol |
Steroid |
Đã biết |
Đồng nhất dữ liệu phổ chuẩn. |
| DQE-6 |
Ergosterol peroxit |
Steroid |
Đã biết |
Xác định qua tương tác HMBC và phổ khối lượng. |
| DQE-7 |
Oospolacton |
Isocoumarin |
Đã biết |
Xác định khung isocoumarin qua phổ NMR và HMBC. |
| DQE-8 |
Oospoglycol |
Isocoumarin |
Đã biết |
Dẫn xuất dihydroxy của oospolactone. |
Lưu ý: Cả 8 hợp chất trên đều là lần đầu tiên được phân lập từ loài nấm Trametes cubensis.
3. Kết quả thử nghiệm hoạt tính sinh học
- Hoạt tính gây độc tế bào của nigrofomin A (NDM-1) và nigrofomin B (NDM-2): Thử nghiệm trên 3 dòng tế bào ung thư người cho thấy cả hai hợp chất sesquiterpenoid mới đều thể hiện khả năng ức chế và gây độc tế bào ung thư:
- Dòng tế bào bệnh bạch cầu cấp tính (Jurkat);
- Dòng tế bào ung thư biểu mô vòm họng ở người (NPC-TW01);
- Dòng tế bào ung thư phổi (NCI-H661).
- Hoạt tính sinh học của tramecubin A (DQE-1) và tramecubin B (DQE-2):
- Hoạt tính độc tế bào thử nghiệm trên 3 dòng tế bào ung thư: ung thư gan (Hep-G2), ung thư phổi (Lu), ung thư biểu mô liên kết/cơ vân (RD).
- Hoạt tính kháng khuẩn thử nghiệm trên: vi khuẩn Gram âm (E. coli ATCC 25922) và vi khuẩn Gram dương (S. aureus ATCC 25923).
- Hoạt tính kháng nấm thử nghiệm trên: nấm sợi (chủng 439, M42) và nấm men (C. albicans ATCC 7754, SH 20).
- Kết quả: Hợp chất tramecubin A và B cho kết quả âm tính (chưa thể hiện hoạt tính ức chế rõ rệt ở các dải nồng độ thử nghiệm ban đầu).
Kết quả và những đóng góp mới
Đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận
- Lần đầu tiên tại Việt Nam và trên thế giới tiến hành khảo sát toàn diện thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của quả thể nấm đa niên lỗ đen (Nigrofomes melanoporus):
- Phân lập và xác định cấu trúc 11 hợp chất sạch gồm 4 sesquiterpenoid, 2 steroid, 3 phenolic, 1 lactone và 1 phenolic acid.
- Phát hiện 02 hợp chất sesquiterpenoid mới đặt tên là nigrofomin A và nigrofomin B.
- Xác định chính xác cấu trúc tinh thể không gian của nigrofomin A bằng phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể; bộ dữ liệu tinh thể học đã được đăng ký và lưu trữ chính thức tại Trung tâm Dữ liệu Tinh thể học Cambridge (CCDC).
- Lần đầu tiên tại Việt Nam nghiên cứu thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của quả thể nấm vân chi (Trametes cubensis):
- Phân lập và xác định cấu trúc 8 hợp chất sạch gồm 4 triterpenoid, 2 steroid và 2 coumarin/isocoumarin (oospolactone, oospoglycol).
- Phát hiện 02 hợp chất triterpenoid mới đặt tên là tramecubin A và tramecubin B.
- Toàn bộ 8 hợp chất này lần đầu tiên được ghi nhận phân lập từ loài Trametes cubensis.
- Đóng góp dữ liệu hoạt tính sinh học: Chứng minh hai hợp chất mới nigrofomin A và nigrofomin B có hoạt tính gây độc đối với 3 dòng tế bào ung thư người (Jurkat, NPC-TW01, NCI-H661); đồng thời cung cấp dữ liệu thực nghiệm sàng lọc âm tính của tramecubin A trên các chủng vi khuẩn, nấm kiểm định và 3 dòng tế bào Hep-G2, Lu, RD.
Đóng góp về thực tiễn và giải pháp đề xuất
- Cung cấp bộ cơ sở dữ liệu phổ chuẩn ($^1H$-NMR, $^{13}C$-NMR, DEPT, 2D-NMR, MS, HR-ESI-MS, X-ray) của 19 hợp chất chuyển hóa thứ cấp làm tài liệu đối chiếu cho nghiên cứu hóa học nấm dược liệu.
- Kết quả nghiên cứu sơ bộ về hoạt tính độc tế bào gợi mở tiềm năng sử dụng nguồn nấm lớn tự nhiên tại khu vực Bắc Trung Bộ (như Vườn Quốc gia Pù Mát) làm nguồn nguyên liệu nghiên cứu phát triển các sản phẩm hỗ trợ điều trị và thực phẩm chức năng.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Dựa trên phạm vi và nội dung thực nghiệm được trình bày trong luận án:
- Hạn chế về nguồn mẫu và phạm vi khảo sát: Mẫu nấm mới chỉ được thu hái tại một số địa điểm đại diện thuộc khu vực Bắc Trung Bộ (như Vườn Quốc gia Pù Mát đối với nấm đa niên lỗ đen) vào thời điểm nhất định (tháng 11/2009), chưa khảo sát biến động hàm lượng hoạt chất theo mùa và theo các vùng sinh thái khác nhau.
- Hạn chế về khảo sát sinh học:
- Mới chỉ tiến hành thử nghiệm hoạt tính in vitro ở mức độ sàng lọc sơ bộ độc tính tế bào và kháng vi sinh vật; chưa đi sâu nghiên cứu cơ chế phân tử tác động (con đường truyền tín hiệu apoptosis, chu kỳ tế bào...).
- Hợp chất tramecubin A và B chưa thể hiện hoạt tính độc tế bào trên các dòng Hep-G2, Lu, RD và kháng vi sinh vật ở nồng độ khảo sát, cần mở rộng thử nghiệm trên các đích sinh học khác.
- Hướng nghiên cứu tiếp theo:
- Khảo sát thêm các hoạt tính sinh học tiềm năng khác của các hợp chất phân lập được (chống viêm, chống oxy hóa, điều hòa miễn dịch, ức chế enzyme alpha-glucosidase...).
- Nghiên cứu bán tổng hợp hoặc biến đổi cấu trúc hóa học của các phân tử mới (nigrofomin A, B) nhằm tối ưu hóa hoạt tính sinh học.
- Nghiên cứu quy trình nuôi trồng sinh khối sợi nấm hoặc nuôi cấy quả thể nhân tạo của hai loài nấm trên để chủ động nguồn nguyên liệu mà không phụ thuộc vào thu hái tự nhiên.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu chuyên khảo có giá trị chuyên môn cao cho:
- Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Hóa hữu cơ, Hóa học các hợp chất thiên nhiên, Hóa dược và Công nghệ sinh học:
- Tham khảo phương pháp phân tách sắc ký phân đoạn đối với dịch chiết quả thể nấm gỗ nhiều năm (loại mẫu giàu polymer và chất béo khó tách).
- Tham khảo quy trình phân tích và biện giải cấu trúc phổ NMR phức tạp (đặc biệt là việc phối hợp DEPT, HSQC, HMBC, NOESY để xác định khung sesquiterpene và triterpene oxy hóa cao).
- Khai thác 110 phổ trong phần phụ lục làm tư liệu đối sánh phổ thực nghiệm.
- Các nhà nghiên cứu Dược liệu học và Sinh học thực nghiệm:
- Sử dụng các dữ liệu về hoạt tính gây độc tế bào của nigrofomin A, B làm cơ sở định hướng sàng lọc các dẫn xuất kháng ung thư từ nấm lớn.
- Đánh giá tiềm năng dược học của nguồn nấm rừng nhiệt đới tại các vườn quốc gia miền Trung.
- Các cơ quan quản lý và bảo tồn tài nguyên sinh vật:
- Cung cấp dẫn liệu khoa học về giá trị hóa sinh của hai loài nấm bản địa phục vụ công tác quy hoạch, bảo tồn đa dạng sinh học tại Vườn Quốc gia Pù Mát và dải rừng Bắc Trung Bộ.
Câu hỏi thường gặp
1. Luận án đã phát hiện bao nhiêu hợp chất có cấu trúc mới và chúng thuộc khung cấu trúc nào?
Luận án đã phát hiện và xác định cấu trúc của 04 hợp chất mới:
- 02 sesquiterpenoid mới từ nấm đa niên lỗ đen (Nigrofomes melanoporus): đặt tên là nigrofomin A (NDM-1, công thức $C_{15}H_{22}O_4$) và nigrofomin B (NDM-2, công thức $C_{15}H_{20}O_4$).
- 02 triterpenoid mới từ nấm vân chi (Trametes cubensis): đặt tên là tramecubin A (DQE-1) và tramecubin B (DQE-2), đều thuộc nhóm triterpene khung lanostane bị oxy hóa cao.
2. Cấu trúc không gian của hợp chất mới nigrofomin A được chứng minh bằng kỹ thuật quyết định nào?
Bên cạnh việc phân tích hệ thống phổ NMR một chiều và hai chiều ($^1H$-NMR, $^{13}C$-NMR, DEPT, HSQC, HMBC, NOESY) và phổ khối lượng phân giải cao HR-ESI-MS ($m/z$ 289,1416 $[M+Na]^+$), cấu trúc không gian và cấu hình tinh thể của nigrofomin A đã được xác định tuyệt đối bằng phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể (X-ray) trên máy Bruker AXS SMART-1000. Dữ liệu tinh thể học của hợp chất đã được nộp và lưu trữ tại Trung tâm Dữ liệu Tinh thể học Cambridge (CCDC).
3. Quy trình chiết xuất và phân lập từ nấm đa niên lỗ đen đã thu được bao nhiêu hợp chất và sử dụng hệ dung môi gì?
Từ 1.350 g quả thể khô nấm N. melanoporus, tác giả chiết bằng hệ dung môi $CHCl_3:MeOH$ (1:1 v/v) thu được 78,0 g cao tổng NDM. Qua các bước sắc ký cột silica gel (với hệ dung môi rửa giải hexane-acetone, hexane-EtOAc, $CHCl_3-MeOH$), sắc ký bản mỏng điều chế và HPLC pha đảo Cosmosil 5-$C_{18}$-MS-II ($H_2O:MeOH = 65:35$), tác giả đã phân lập được 11 hợp chất sạch: nigrofomin A, nigrofomin B, madolin A, dehydrovomifoliol, (2-hydroxyphenyl) axetat, trans-p-hydroxycoumaric, metyl ferulat, $\gamma$-(4-metyphenyl)-$\gamma$-metyl-$\gamma$-butyrolacton, axit benzoic, ergosterol và ergosterol peroxit.
4. Hoạt tính sinh học của các hợp chất phân lập từ hai loài nấm thể hiện như thế nào?
- Hợp chất mới nigrofomin A và nigrofomin B từ nấm đa niên lỗ đen thể hiện hoạt tính gây độc rõ rệt trên 3 dòng tế bào ung thư người gồm tế bào bạch cầu cấp tính (Jurkat), ung thư biểu mô vòm họng (NPC-TW01) và ung thư phổi (NCI-H661).
- Hợp chất tramecubin A và tramecubin B từ nấm vân chi khi thử nghiệm độc tế bào trên 3 dòng Hep-G2, Lu, RD; kháng khuẩn trên E. coli, S. aureus; kháng nấm trên nấm sợi (439, M42) và nấm men (C. albicans, SH 20) cho kết quả âm tính ở các nồng độ thử nghiệm ban đầu.
Kết luận
Luận án tiến sĩ của nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Ngần là công trình thực nghiệm hoàn chỉnh về hóa học các hợp chất thiên nhiên trên hai loài nấm dược liệu Nigrofomes melanoporus và Trametes cubensis tại khu vực Bắc Trung Bộ Việt Nam. Đề tài đã phân lập và làm sáng tỏ cấu trúc của 19 hợp chất chuyển hóa thứ cấp, trong đó phát hiện 4 hợp chất có cấu trúc mới gồm 2 sesquiterpenoid (nigrofomin A, nigrofomin B) và 2 triterpenoid (tramecubin A, tramecubin B), đồng thời giải cấu trúc tinh thể học X-ray của nigrofomin A lưu trữ tại Cambridge. Kết quả thử nghiệm sinh học đã chứng minh hoạt tính gây độc tế bào ung thư vòm họng, ung thư phổi và bệnh bạch cầu của các hợp chất nigrofomin mới, đóng góp các cứ liệu khoa học thực nghiệm quan trọng cho lĩnh vực nghiên cứu nấm dược liệu tại Việt Nam.