MỞ ĐẦU Ngày nay, cùng với công cuộc phát triển kinh tế xã hội thì việc chăm sóc và bảo vệ sức khỏe cộng đồng luôn là mối quan tâm đặc biệt của mọi quốc gia trên thế giới. Mặc dù nền y học của con người đã đạt đến trình độ tiến bộ nhất định nhưng các bệnh truyền nhiễm và bệnh nan y vẫn đang diễn biến khá phức tạp và là mối đe doạ lớn đối với sức khoẻ cộng đồng. Tình trạng dịch bệnh xảy ra phổ biến ở các nước đang phát triển do sự thiếu thuốc và sự xuất hiện lan rộng của các chủng vi sinh vật gây bệnh kháng kháng sinh [1]. Vì vậy, việc nghiên cứu phát hiện các hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học, đặc biệt là các hợp chất có nguồn gốc từ vi sinh vật biển đang thu hút sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trong nước và trên thế giới [2].
Các nhà khoa học đã chứng minh vi sinh vật biển có vai trò rất quan trọng trong quá trình trao đổi chất và phát triển của các sinh vật trong đại dương. Chính sự đa dạng của hệ sinh thái biển cùng sự khắc nghiệt của môi trường sống đã tạo nên các hợp chất tự nhiên có nguồn gốc từ vi sinh vật biển đa dạng về cấu trúc cũng như các hoạt tính sinh học [3]. Do đó, trong những năm gần đây, nhiều nhà khoa học trên thế giới đã tập trung nghiên cứu và thu nhận các sản phẩm tự nhiên từ vi sinh vật biển với mục đích phát triển chúng thành các nguồn dược liệu mới. Một số lượng lớn các công trình nghiên cứu cũng đã công nhận vi nấm biển là nguồn tiềm năng cung cấp các hợp chất với cấu trúc mới và hoạt tính sinh học có giá trị trong y học bao gồm hoạt tính kháng sinh, kháng viêm, kháng ung thư và chống oxy hoá [4].
Cụ thể, giữa năm 2000 và 2005, khoảng 100 hợp chất từ vi nấm biển được mô tả [5], đến giữa năm 2006 và 2010, có tổng số 690 hợp chất tự nhiên phân lập từ vi nấm biển được công bố [6]. Những hợp chất mới này được tạo ra chủ yếu từ các loài nấm thuộc chi Penicillium, Aspergillus và một số loài nấm thuộc các chi ít phổ biến hơn như Acremonium, Emericella, Epicoccum, Exophiala, Paraphaeospaeria, Phomosis và Halarosellinia [7]. Hệ sinh thái biển ở vùng nhiệt đới được các nhà khoa học đánh giá là rất đa dạng, đặc biệt là hệ sinh thái rạn san hô ở vùng ven biển. Trong đó, Việt Nam được biết đến là một quốc gia có chiều dài bờ biển hơn 3.200 km và sở hữu một nguồn tài 2 nguyên sinh vật phong phú và đa dạng.
Đây chính là cơ sở cho các nghiên cứu điều tra về đa dạng sinh học cũng như tiềm năng các hoạt chất sinh học từ nguồn vi nấm biển. Với mục tiêu tìm kiếm các chủng vi nấm biển có khả năng sinh các chất chuyển hoá thứ cấp có hoạt tính sinh học nhằm phát hiện nguồn dược liệu mới đóng góp một phần vào việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng, chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu hóa học và hoạt tính sinh học của một số hợp chất từ vi nấm biển phân lập tại miền Trung Việt Nam”. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài: Mục tiêu nghiên cứu: Thu nhận các hợp chất chuyển hóa thứ cấp từ vi nấm biển phân lập ở vùng biển miền Trung và xác định một số hoạt tính sinh học (kháng sinh, gây độc tế bào, chống oxy hóa, bảo vệ tế bào thần kinh) của các hợp chất sạch thu được. Nội dung nghiên cứu: 1.
Phân lập, đánh giá hoạt tính kháng sinh và tuyển chọn các chủng vi nấm biển cho nghiên cứu tiếp theo. Xác định điều kiện lên men rắn thích hợp cho sinh tổng hợp chất kháng sinh thô của chủng vi nấm biển tuyển chọn. Phân tách, tinh sạch và xác định cấu trúc của các hợp chất chuyển hóa thứ cấp từ cặn chiết lên men chủng vi nấm tuyển chọn. Xác định hoạt tính sinh học của các hợp chất chuyển hóa thứ cấp tinh sạch được thu nhận trong nghiên cứu.
Những đóng góp mới của luận án: - Luận án là nghiên cứu mới có hệ thống về phân lập và đánh giá hoạt tính kháng sinh của các chủng vi nấm phân lập từ vùng biển miền Trung Việt Nam. - Tinh sạch và đánh giá được hoạt tính kháng sinh, gây độc tế bào ung thư, chống oxy hóa, bảo vệ tế bào thần kinh của 14 hợp chất chuyển hóa thứ cấp thu nhận được từ 3 chủng vi nấm biển Aspergillus flocculosus 01NT.3 và Penicillium chrysogenum 045-357-2, gồm: phomaligol A2 (1), wasabidienone E (2), aspertetranone D (3), mactanamide (4), cycloechinulin (5), 3 asteltoxin (6), ochraceopone F (7), asterriquinone C1 (8), dihydroaspyrone (9) và aspilactonol F (10), 6β,7α,14-trihydroxyconfertifolin (11), 6β,9α,14- trihydroxycinnamolide (12), andrastin A (13) và citreohybridonol (14). - Xác định được 4 hợp chất mới gồm phomaligol A2 (1), ochraceopone F (7), 6β,7α,14-trihydroxyconfertifolin (11), và 6β,9α,14-trihydroxycinnamolide (12). Giới thiệu chung về hoạt tính sinh học từ vi nấm biển 1.
Các chất chuyển hóa thứ cấp có hoạt tính sinh học từ vi nấm biển 1. Chất kháng sinh Vào thập niên 50 của thế kỷ trước, nhóm nghiên cứu của Abraham đã phát hiện được hợp chất cephalosporin C có hoạt tính kháng sinh cao từ loài vi nấm Cephalosporium spp. (ngày nay là Acremonium spp.) có nguồn gốc từ vùng biển Sardinia, Ý (Hình 1. Hợp chất này chính là đại diện cho kháng sinh tự nhiên thuộc nhóm β-lactam lần đầu tiên được phân lập từ vi nấm biển.
Khám phá này đã nhanh chóng giúp cho các nhà khoa học mở ra định hướng nghiên cứu mới về các chất kháng sinh có nguồn gốc từ môi trường biển, đặc biệt là từ vi nấm biển. Đến cuối những năm 1970, hợp chất gliotoxin mới được phát hiện từ chủng vi nấm Aspergillus sp. MO-10 phân lập ở vùng biển Seto (Hình 1. Đây là một loại kháng sinh diketopiperazine lần đầu tiên thu được từ một loại vi nấm có nguồn gốc từ trầm tích biển sâu [10].
Từ đó, một số lượng lớn các sản phẩm tự nhiên mới từ vi nấm biển đã được phân lập và mô tả, chủ yếu là từ các chi Penicillium, Aspergillus, Fusarium và Cladosporium [11]. Phần lớn các chất kháng sinh (khoảng 50%) thuộc nhóm polypeptide, tiếp theo là các nhóm alkaloid, terpene và peptide chiếm 14 – 20% [12]. Cephalosporin C Gliotoxin Hình 1. Cấu trúc hóa học của chất kháng sinh cephalosporin C [8] và gliotoxin [10] Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng vi nấm biển đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo ra các kháng sinh mới chống lại các vi sinh vật gây bệnh, đặc biệt là các vi khuẩn kháng kháng sinh đang bùng phát hiện nay [13].
Chính quá trình thích nghi với điều kiện sống khắc nghiệt của môi trường biển như độ mặn cao, dinh dưỡng thấp, 5 áp suất cao, biến đổi nhiệt độ đồng thời cạnh tranh với vi khuẩn, virus và các loại nấm khác đã tạo điều kiện để các vi sinh vật biển sinh tổng hợp các hợp chất thứ cấp có hoạt tính sinh học mới, ưu việt so với vi sinh vật trên cạn [14]. Các công bố cũng cho thấy có từ 38% đến 59% các hợp chất chiết xuất từ vi nấm biển thể hiện hoạt tính kháng sinh [15, 16]. Các hợp chất tự nhiên từ vi nấm biển rất đa dạng về lớp cấu trúc và kết hợp với một loạt các nhóm thế dẫn đến hoạt tính sinh học vô cùng phong phú. Dưới đây là một số hợp chất kháng sinh mới từ các chủng vi nấm biển được công bố từ năm 2011 đến nay (Bảng 1.
Các chất kháng sinh mới được phân lập từ vi nấm biển Hợp chất Chủng vi nấm Hoạt tính kháng sinh Nguồn kháng sinh mới biển tham khảo Các hợp chất indol-alkaloid β-aflatrem Aspergillus flavus S. aureus (MIC 20,5 µM) [17] OUCMDZ-2205 Cristatumin A và D Eurotium E. aureus (MIC, [18] cristatum EN-220 64 μg/mL) Neoechinulin A Aspergillus sp. PSU-SP2/4 kháng methicillin (MRSA) (MIC 2,0 μg/mL) Stachyin B Stachybotrys sp.
epidermidis [21] MF347 (IC50; 1,42 và 1,02 μM) Các hợp chất pyridine và pyridinone Trichodin A Trichoderma sp. epidermidis [22] MF106 (IC50 lần lượt 27,05 và 24,28 µM) và Candida albicans (IC50, 25,38 μM) 5,6-dihydro-3-hydroxy- Wallemia sebi E. aerogenes (MIC 76,7 [23] 5-methylcyclopenta PXP-89 µM) pyridin-7-one Curvulamine Curvularia sp. Veillonella parvula, [24] IFB-Z10 Streptococcus sp.
Bacteroides vulgatus và Peptostreptococcus sp. (MIC 0,37 μM) Các hợp chất Piperazine/Diketopiperazine và Pyrimidine/Pyrimidinone Terremides B Aspergillus E. aerogenes (MIC 33,5 [25] terreus PT06-2 μM) 6 Dẫn xuất aroyl uridine Aspergillus S. epidermidis (MIC 12,5 [26] kipukasin H và I versicolor ATCC μM) 9577 Waikialoid A và Aspergillus sp.
albicans (IC50 lần lượt [27] waikialoid B 1,4 và 46,3 μM) Các hợp chất có chứa nitơ khác 4-methoxyl- Aspergillus S. epidermis (MIC 10 μM) [28] asperphenamate elegans ZJ-2008010 Isaridin G, Beauveria felina Escherichia coli (MIC lần [29] desmethylisaridin G và EN-135 lượt 64, 64 và 8 μg/mL) desmethylisaridin C1 Terremide A Aspergillus S. aureus (MIC 63,9 μM) [25] terreus PT06-2 Flavuside A và B Aspergillus flavus S. aureus và MRSA (MIC [30] lần lượt 15,6 và 31,2 μg/mL) Các hợp chất steroid và terpenoid Steroid A.
niger [31] PT05-1 (MIC lần lượt 3,3; 3,3 và 1,6 μM) Aspergiterpenoid A, Aspergillus sp. coli và Micrococcus [32] sydonol, và axit ZJ-2008004 tetragenus (MIC lần lượt 20 sydonic và 10 μM) Chevalone E Aspergillus S. aureus kháng methicillin [33] similanensis sp. KUFA 0013 Penicillatide A và B Penicillium sp.
aureus, Vibrio [34] anguillarum, và C. albicans 6,6′-oxybis(1,3,8- Aspergillus S. aureus [35] trihydroxy-2-((S)-1- versicolor methoxyhexyl)anthrace INF16–17 ne-9,10- dione) Penicitol D và 1-epi- P. aureus kháng methicillin [36] citrinin H1 S01-P1 (MRSA) Các Polyketide Engyodontiumone H Engyodontium E.
subtilis (MIC [37] album lần lượt 64 và 32 µg/mL) DFFSCS021 Anhydrit tubingenoic A A. tubingensis Neurospora crassa (MIC [38] OY907 330 μM) Communol A Penicillium E. aerogenes [39] commune 518 (MIC lần lượt 4,1 μM và 16,4 μM) Aspergillumarin A và B Aspergillus sp. subtilis [40] (MIC 50 µg/mL)_ Flavipesin A Aspergillus S.
[42] aerogenes (MIC lần lượt 22,5; 1,7 và 1,1 µM) Isochromophilone XI Bartalinia B. lentus và [43] robillardoides Trichophyton rubrum (MIC LF550 lần lượt 55,6; 78,4 và 41,5 μM) Isomonodictyphenone Penicillium sp. Aeromonas hydrophilia [44] MA-37 (MIC 8 μg/mL) Chrysoxanthone A–C P. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hầu hết các hợp chất kháng sinh mới được phát hiện chủ yếu từ các loài vi nấm thuộc chi Aspergillus và Penicillium.
Trong số các loài thuộc chi Aspergillus, A. flocculosus là loài vi nấm tương đối mới trong tự nhiên và được mô tả vào năm 2004 bởi nhóm nghiên cứu của Frisvad và Samson [47]. Mặc dù đã có nhiều công bố về đặc điểm sinh học nhưng số lượng công trình nghiên cứu về các hợp chất tự nhiên từ loài này vẫn còn hạn chế. Ở công bố đầu tiên, Zheng và các cộng sự (2013) đã phân lập được 2 hợp chất mới gồm (22R,23S)-epoxy-3β,11α,14β,16β-tetrahydroxyergosta-5,7-dien-12-one và 6-(1H- pyrrol-2-yl)hexa-1,3,5-trienyl-4-methoxy-2H-pyran-2-one từ chủng vi nấm biển A.