Nghiên cứu: Phân lập và tuyển chọn chủng Bacillus sinh tổng hợp Poly Gamma Glutamic Acid

Tài liệu nghiên cứu Nghiên cứu phân lập tuyển chọn chủng bacillus sinh tổng hợp poly gamna glutamic acid, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

• Tác giả: Nguyễn Thị Hảo
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Như Ngọc
• Trường học: Viện Công Nghệ Sinh Học
• Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học
• Đề tài: Nghiên cứu phân lập tuyển chọn chủng bacillus sinh tổng hợp poly gamma glutamic acid
• Loại tài liệu: Đề tài nghiên cứu khoa học

Tóm tắt

I. Khám phá Poly Gamma Glutamic Acid từ chủng vi khuẩn Bacillus

Poly Gamma Glutamic Acid, thường được viết tắt là γ-PGA, là một polymer sinh học đa chức năng, an toàn và có khả năng phân hủy hoàn toàn. Hợp chất này được cấu tạo từ các đơn phân tử axit glutamic liên kết với nhau bằng liên kết γ-peptide, một cấu trúc độc đáo khác biệt so với liên kết α-peptide trong protein thông thường. Nhờ cấu trúc đặc biệt này, γ-PGA không bị phân giải bởi các enzyme protease tiêu chuẩn, mang lại độ bền sinh học cao. Nó được phát hiện lần đầu trong natto, một món ăn truyền thống từ đậu tương lên men của Nhật Bản, và sau đó được xác định là thành phần chính của lớp vỏ nang của vi khuẩn Bacillus anthracis. Các nghiên cứu sau này đã chỉ ra rằng nhiều chủng Bacillus không gây bệnh, đặc biệt là Bacillus subtilis và Bacillus licheniformis, có khả năng sinh tổng hợp vi sinh vật ra γ-PGA với hiệu suất cao. Quá trình này diễn ra thông qua con đường lên men, biến các nguồn nguồn carbon và nguồn nito đơn giản thành một vật liệu sinh học có giá trị. Các đặc tính nổi bật của axit polyglutamic bao gồm khả năng giữ nước vượt trội, không độc hại, không gây dị ứng và tương thích sinh học cao. Những tính chất này mở ra vô số ứng dụng của γ-PGA trong các ngành công nghiệp từ mỹ phẩm, y dược đến nông nghiệp và xử lý môi trường, biến nó thành một trong những biopolymer được quan tâm nghiên cứu và phát triển nhất hiện nay.

1.1. γ PGA là gì Cấu trúc và đặc tính sinh học vượt trội

Poly-γ-glutamic acid (γ-PGA) là một homopolyamide anion, có cấu trúc chuỗi dài được hình thành từ các đơn vị D- hoặc L-glutamic acid. Điểm khác biệt cốt lõi của nó nằm ở liên kết peptide được tạo ra giữa nhóm α-amino và nhóm γ-carboxyl của các phân tử axit glutamic. Cấu trúc này làm cho γ-PGA có hoạt tính sinh học đặc biệt và khả năng chống lại sự phân hủy của enzyme protease. Khối lượng phân tử của γ-PGA có thể dao động từ vài nghìn đến hơn một triệu Dalton, tùy thuộc vào chủng vi sinh vật sản xuất và điều kiện nuôi cấy. Đặc tính nổi bật nhất của nó là khả năng ngậm nước phi thường, có thể giữ một lượng nước gấp 5.000 lần trọng lượng của chính nó, biến nó thành một chất giữ ẩm tự nhiên siêu việt, vượt xa cả axit hyaluronic. Ngoài ra, γ-PGA còn có thể phân hủy sinh học, không độc hại, ăn được và không gây kích ứng cho con người. Những đặc tính này làm cho nó trở thành một thành phần lý tưởng trong nhiều lĩnh vực.

1.2. Bacillus Vi khuẩn tiềm năng trong sinh tổng hợp PGA

Chi Bacillus là nhóm vi khuẩn Gram dương, hình que, có khả năng tạo bào tử bền vững trong điều kiện môi trường khắc nghiệt. Nhiều loài trong chi này, như Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis, và Bacillus amyloliquefaciens, được công nhận là các "nhà máy tế bào" hiệu quả để sản xuất các hợp chất có giá trị, bao gồm enzyme, kháng sinh và biopolymer. Đặc biệt, khả năng sản xuất γ-PGA của chúng đã được khai thác rộng rãi. Các chủng này thường được phân lập từ đất hoặc các sản phẩm thực phẩm lên men truyền thống. Quá trình sinh tổng hợp vi sinh vật tạo ra γ-PGA trong Bacillus diễn ra độc lập với ribosome, thông qua một phức hợp enzyme synthetase gắn trên màng tế bào. Điều này cho phép sản xuất hợp chất với sản lượng lớn thông qua quá trình lên men công nghiệp, tận dụng các nguồn cơ chất rẻ tiền và bền vững.

II. Thách thức phân lập chủng Bacillus sinh tổng hợp γ PGA

Mặc dù tiềm năng của γ-PGA là rất lớn, việc nghiên cứu và sản xuất thương mại tại Việt Nam vẫn còn nhiều thách thức. Nhu cầu về các hợp chất có nguồn gốc tự nhiên, an toàn và bền vững đang ngày càng tăng cao, thay thế dần các polymer tổng hợp từ hóa dầu. Tuy nhiên, việc tìm kiếm và phân lập tuyển chọn chủng bacillus có hiệu suất sinh tổng hợp cao từ các nguồn bản địa vẫn là một bài toán khó. Các chủng vi sinh vật trong tự nhiên có sự đa dạng di truyền rất lớn, không phải chủng Bacillus nào cũng có khả năng sản xuất γ-PGA với sản lượng đủ lớn để khai thác công nghiệp. Hơn nữa, hiệu suất sinh tổng hợp poly gamma glutamic acid phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố môi trường như pH, nhiệt độ, và thành phần dinh dưỡng. Việc thiếu các quy trình chuẩn hóa cho sàng lọc vi khuẩn và tối ưu hóa môi trường nuôi cấy khiến quá trình nghiên cứu kéo dài và tốn kém. Do đó, việc xây dựng một phương pháp hệ thống để phân lập, tuyển chọn và định danh các chủng vi khuẩn sinh PGA tiềm năng từ các nguồn thực phẩm lên men truyền thống của Việt Nam là một nhiệm vụ cấp thiết, mở đường cho việc tự chủ công nghệ và phát triển các sản phẩm giá trị gia tăng.

2.1. Nhu cầu cấp thiết về vật liệu sinh học an toàn bền vững

Sự phụ thuộc vào các polymer có nguồn gốc hóa dầu đã gây ra nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng, từ ô nhiễm nhựa đến phát thải khí nhà kính. Do đó, xu hướng toàn cầu đang dịch chuyển mạnh mẽ sang việc sử dụng các vật liệu sinh học có khả năng phân hủy và tái tạo. Poly-γ-glutamic acid nổi lên như một ứng cử viên sáng giá. Nó đáp ứng đầy đủ các tiêu chí về tính bền vững: được sản xuất từ quá trình lên men vi sinh vật, có thể sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp làm nguyên liệu, và phân hủy hoàn toàn trong tự nhiên mà không để lại tồn dư độc hại. Việc phát triển công nghệ sản xuất γ-PGA không chỉ đáp ứng nhu cầu thị trường mà còn góp phần xây dựng một nền kinh tế xanh và tuần hoàn.

2.2. Hạn chế trong khai thác nguồn vi sinh vật bản địa

Việt Nam sở hữu một hệ sinh thái đa dạng và một nền văn hóa ẩm thực phong phú với nhiều sản phẩm lên men truyền thống như tương bần, chao, nước mắm. Đây là những nguồn tài nguyên quý giá chứa đựng vô số chủng vi sinh vật chưa được khám phá, bao gồm cả các chủng Bacillus có khả năng sản xuất γ-PGA. Tuy nhiên, các nghiên cứu chuyên sâu về phân lập từ đất hay từ các sản phẩm này còn rất hạn chế. Việc thiếu các nghiên cứu cơ bản về định danh vi khuẩn và đánh giá tiềm năng của chúng đã bỏ lỡ cơ hội phát triển các sản phẩm công nghệ sinh học mang thương hiệu Việt. Việc xây dựng một quy trình bài bản để khai thác nguồn gen bản địa này là bước đi chiến lược để tạo ra lợi thế cạnh tranh.

III. Phương pháp phân lập và tuyển chọn chủng Bacillus tối ưu

Để tìm ra các chủng Bacillus có tiềm năng, một quy trình nghiên cứu khoa học chặt chẽ đã được thực hiện, bắt đầu từ việc thu thập mẫu và kết thúc bằng việc sàng lọc các ứng viên sáng giá nhất. Nguồn mẫu chính là các sản phẩm đậu tương lên men truyền thống của Việt Nam, như tương bần, nơi vi khuẩn Bacillus phát triển mạnh mẽ. Mẫu được xử lý nhiệt sơ bộ ở 80-85°C để tiêu diệt các vi sinh vật không sinh bào tử, giữ lại chủ yếu các chủng thuộc chi Bacillus. Sau đó, dịch mẫu được pha loãng và cấy trải trên môi trường dinh dưỡng cơ bản để các khuẩn lạc riêng lẻ phát triển. Các khuẩn lạc có hình thái đặc trưng của Bacillus (tròn, lồi, màu trắng đục) được chọn lọc và cấy ria để thu dòng thuần khiết. Bước quan trọng tiếp theo là sàng lọc vi khuẩn dựa trên khả năng sản xuất γ-PGA. Các chủng được nuôi cấy trên môi trường đặc hiệu có áp suất thẩm thấu cao. Những chủng có khả năng sinh trưởng tốt và tạo lớp màng nhầy dày trên bề mặt được coi là có tiềm năng. Khả năng này sau đó được đánh giá định lượng sơ bộ thông qua việc đo độ nhớt của dịch canh trường, một chỉ số gián tiếp cho thấy hàm lượng axit polyglutamic được tạo ra.

3.1. Quy trình phân lập vi khuẩn từ thực phẩm lên men

Quy trình bắt đầu bằng việc lấy mẫu từ các sản phẩm như tương bần. Mẫu được đồng nhất và xử lý nhiệt để loại bỏ các vi khuẩn tạp nhiễm không mong muốn. Dịch huyền phù sau đó được pha loãng theo cấp số 10 và cấy trải lên bề mặt đĩa thạch chứa môi trường dinh dưỡng. Các đĩa được ủ ở nhiệt độ và thời gian thích hợp để khuẩn lạc phát triển. Việc quan sát đặc điểm hình thái khuẩn lạc (kích thước, màu sắc, bề mặt, mép) là bước đầu tiên để phân loại sơ bộ. Các khuẩn lạc riêng rẽ, có đặc điểm điển hình của chi Bacillus, được cẩn thận chọn ra và cấy chuyền nhiều lần để đảm bảo độ thuần khiết trước khi đưa vào các bước sàng lọc và định danh sâu hơn.

3.2. Sàng lọc hoạt tính sinh PGA qua khả năng tạo màng nhớt

Đây là một phương pháp sàng lọc hiệu quả và kinh tế. Các chủng thuần khiết được nuôi cấy trên môi trường lỏng đặc hiệu, được thiết kế để kích thích quá trình sinh tổng hợp poly gamma glutamic acid. Môi trường này thường chứa nồng độ glycerol hoặc axit citric cao để tạo áp suất thẩm thấu. Các chủng vi khuẩn sinh PGA mạnh sẽ tiết ra một lượng lớn polymer ngoại bào, tạo thành một lớp màng nhầy, dai và có độ nhớt cao trong dịch nuôi cấy. Dựa trên quan sát trực quan về sự hình thành màng và đo lường độ nhớt bằng nhớt kế, các nhà nghiên cứu có thể nhanh chóng loại bỏ những chủng hiệu suất thấp và tập trung vào những ứng viên tiềm năng nhất cho các phân tích xác nhận tiếp theo. Chủng TB1 trong nghiên cứu gốc đã cho thấy độ nhớt cao nhất, đạt 2,6798 cst sau 96 giờ.

IV. Cách định danh chủng Bacillus và xác nhận sản phẩm γ PGA

Sau khi tuyển chọn được các chủng tiềm năng dựa trên khả năng tạo độ nhớt, bước tiếp theo là xác nhận sự hiện diện của γ-PGA và định danh vi khuẩn. Để khẳng định sản phẩm tạo ra chính là poly-γ-glutamic acid, dịch canh trường có độ nhớt cao nhất sẽ được xử lý. Đầu tiên, tế bào vi khuẩn được loại bỏ bằng phương pháp ly tâm. Polymer trong dịch nổi được kết tủa bằng ethanol lạnh. Tủa thu được sau đó được thủy phân hoàn toàn bằng axit mạnh (HCl 6N) để phá vỡ các liên kết γ-peptide, giải phóng ra các đơn phân tử axit glutamic. Dịch thủy phân này được chấm lên bản sắc ký lớp mỏng (TLC) cùng với chất chuẩn là axit glutamic tinh khiết. Sau khi chạy sắc ký và hiện màu bằng thuốc thử ninhydrin, nếu vết của mẫu thử di chuyển đến vị trí tương đương với vết của chất chuẩn, điều đó khẳng định sản phẩm polymer chính là γ-PGA. Song song, việc định danh vi khuẩn được thực hiện qua các phương pháp cổ điển như nhuộm Gram để xác định loại vi khuẩn (Gram dương) và quan sát hình thái tế bào dưới kính hiển vi, cùng với một loạt các thử nghiệm sinh hóa để xác định khả năng chuyển hóa các loại đường và sản sinh enzyme khác nhau.

4.1. Xác nhận sự có mặt axit polyglutamic bằng sắc ký

Phương pháp sắc ký lớp mỏng là một công cụ phân tích nhanh và hiệu quả. Sau khi thu hồi và tinh sạch PGA sơ bộ bằng cách tủa với ethanol, sản phẩm được thủy phân. Quá trình thủy phân này cắt đứt polymer thành các monome. Dịch thủy phân sau đó được đem đi phân tích. Sự xuất hiện của một vết màu tại vị trí có hệ số lưu (Rf) trùng khớp với hệ số lưu của mẫu chuẩn acid glutamic là bằng chứng hóa học mạnh mẽ, khẳng định rằng polymer trong dịch nhớt canh trường chính là axit polyglutamic. Đây là bước kiểm chứng không thể thiếu để đảm bảo kết quả sàng lọc là chính xác.

4.2. Phân tích đặc tính sinh hóa và định danh phân tử

Để định danh sơ bộ chủng vi khuẩn, các đặc điểm hình thái và sinh hóa được khảo sát. Phương pháp nhuộm Gram cho biết cấu trúc thành tế bào, một tiêu chí phân loại cơ bản. Các thử nghiệm như khả năng lên men các nguồn carbon khác nhau (glucose, lactose), phản ứng MR-VP, và khả năng sinh các enzyme (protease, catalase, amylase) giúp xây dựng một "hồ sơ sinh hóa" cho chủng vi khuẩn. Để định danh chính xác đến loài, các phương pháp sinh học phân tử hiện đại hơn như giải trình tự gen 16S rRNA thường được áp dụng. Gen này được coi là "mã vạch phân tử" của vi khuẩn, cho phép so sánh và xác định mối quan hệ di truyền với các chủng đã biết trong cơ sở dữ liệu quốc tế.

V. Top ứng dụng của Poly Gamma Glutamic Acid trong thực tiễn

Nhờ những đặc tính ưu việt, ứng dụng của γ-PGA vô cùng đa dạng và trải rộng trên nhiều lĩnh vực. Trong ngành mỹ phẩm, nó là một chất giữ ẩm tự nhiên hàng đầu, giúp cấp ẩm sâu cho da, tăng cường độ đàn hồi, làm mờ nếp nhăn và phục hồi hàng rào bảo vệ da. Trong y dược, γ-PGA được nghiên cứu làm hệ thống vận chuyển thuốc, vaccine, và liệu pháp gen do tính tương thích sinh học cao và khả năng phân hủy từ từ, giúp giải phóng hoạt chất một cách có kiểm soát. Nó cũng được dùng làm vật liệu cho chỉ khâu tự tiêu và màng sinh học chữa bỏng. Trong nông nghiệp, axit polyglutamic hoạt động như một chất cải tạo đất, giúp giữ nước và chất dinh dưỡng quanh vùng rễ, tăng cường sự phát triển của cây trồng và nâng cao năng suất. Nó còn có khả năng tạo phức với các ion kim loại, giúp cây hấp thụ vi chất tốt hơn. Trong lĩnh vực xử lý môi trường, γ-PGA được sử dụng như một chất keo tụ sinh học an toàn để xử lý nước thải, có khả năng kết lắng bùn và hấp phụ các ion kim loại nặng, góp phần làm sạch nguồn nước mà không gây ô nhiễm thứ cấp.

5.1. Ứng dụng γ PGA trong mỹ phẩm và y dược học

Trong mỹ phẩm, γ-PGA được xem là thành phần dưỡng ẩm thế hệ mới. Khả năng giữ nước vượt trội giúp da luôn căng mọng, mềm mại. Nó còn kích thích sản xuất các yếu tố giữ ẩm tự nhiên (NMF) của da. Trong y dược, tính không độc, không gây miễn dịch và khả năng phân hủy sinh học làm cho γ-PGA trở thành một chất mang lý tưởng. Nó có thể được gắn với các loại thuốc điều trị ung thư, giúp thuốc nhắm trúng đích đến các tế bào khối u và giảm tác dụng phụ lên tế bào lành. Các hydrogel dựa trên γ-PGA cũng đang được phát triển để ứng dụng trong kỹ thuật mô và tái tạo sụn.

5.2. Tiềm năng của γ PGA trong nông nghiệp và xử lý môi trường

Trong nông nghiệp, việc bổ sung γ-PGA vào đất giúp cải thiện cấu trúc đất, tăng khả năng giữ nước và giảm thất thoát phân bón. Điều này đặc biệt hữu ích cho các vùng đất khô cằn, giúp cây trồng chống chịu hạn hán tốt hơn. Trong xử lý môi trường, γ-PGA là một chất keo tụ sinh học thay thế hiệu quả cho các hóa chất truyền thống như phèn nhôm. Nó có khả năng liên kết với các hạt lơ lửng, chất hữu cơ và các ion kim loại nặng như chì, thủy ngân, tạo thành các bông cặn lớn và dễ dàng loại bỏ khỏi nước, mang lại một giải pháp xử lý nước thải xanh và bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ iện nay, khoa học công nghệ ngày càng phát triển và ứng dụng của chúng trong đời sống ngày càng quan trọng. ác hợp chất có nguồn gốc thiên nhiên dần thay thế các hợp chất có nguồn gốc hóa học. S phát triển của công nghệ sinh học đã giúp xã hội phát triển theo hƣớng an toàn với t nhiên và quá trình tổng hợp các hợp chất t nhiên từ vi sinh vật đang à mục tiêu hƣớng đến của các nhà nghiên cứu. ác hợp chất có nguồn gốc t nhiên đƣợc thu nhận từ vi sinh vật nhờ việc tổng hợp từ quá trình sống và phát triển của chúng.

So với các hợp chất đƣợc tổng hợp bằng con đƣờng hóa học, các chất đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp sinh học có những ƣu điểm vƣợt trội nhƣ: thân thiện với môi trƣờng, an toàn cho con ngƣời và động vật, mang tính bền vững. xit po y γ-g utamic (γ-PGA) là một trong số những hợp chất nhƣ vậy. Nó à một po yme đƣợc tạo ra bằng cách sử dụng axit g utamic thông qua phƣơng thức tổng hợp hóa học hoặc sử dụng vi sinh vật có khả n ng tổng hợp po yme. Với bản chất à một po yme có khả n ng phân hủy, không độc với con ngƣời, t nhiên nên γ-PG đang đƣợc nghiên cứu và ứng dụng nhiều trong các ĩnh v c đời sống.

Tuy nhiên, việc nghiên cứu và phát triển γ-PG ở nƣớc ta hiện nay chƣa đƣợc quan tâm nhiều. Theo một số tài iệu nghiên cứu cho thấy vi khuẩn Bacillus có khả n ng sinh tổng hợp γ-PGA có thể phân ập đƣợc từ các sản phẩm th c phẩm truyền thống của Việt Nam nhƣ Tƣơng ần, Nƣớc Mắm, hao… Xuất phát từ nhu cầu sử dụng th c tế cũng nhƣ ợi ích âu dài sau này, chúng ta cần có những nghiên cứu rộng hơn về tính chất ƣu việt của vi khuẩn Bacillus cũng nhƣ các sản phẩm và vi khuẩn này tạo. ơn nữa, việc tạo ra những sản phẩm có nguồn gốc từ quá trình ên men hiện nay à một xu hƣớng phát triển bởi tính an toàn, khả n ng ứng dụng cao, chi phí sản xuất thấp và than thiện với môi trƣờng. Để đáp ứng nhu cầu đó đề tài “ hiên c h n t yển chọn ch n ci inh t n h y t ic ci ” ra đời nhằm tuyển chọn chủng vi khuẩn Bacillus có khả n ng sinh γ-PG từ các nguồn sản phẩm truyền thống của Việt Nam.

1 ƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Poly-γ- glutamic acid (γ-PGA) 1. Giới thiệu về poly gamma glutamic acid Axit polyglutamic (PGA) là một polymer của axit glutamic. Nó là một dạng liên kết peptide nằm giữa nhóm amino của glutamic acid và nhóm carboxyl ở cuối chuỗi.

γ-PGA có thể đƣợc hình thành từ hơn 10.000 phân tử axit g utamic. Đây là một biopolymer t nhiên đƣợc tạo thành nhờ s po ymer hóa của axit L-glutamic, axit D-glutamic hoặc cả hai. S khác biệt này có đƣợc khi vi khuẩn tổng hợp nên γ-PGA có khả n ng chuyển hóa tr c tiếp hay gián tiếp axit L-glutamic thành axit D-glutamic và hai dạng này sẽ đồng trùng hợp tạo ra D,L-γ-PGA gọi chung à γ-PGA [43].1: γ-PGA γ-PGA là sản phẩm sinh học tổng hợp t nhiên đƣợc phát hiện đầu tiên bởi vonovics và ruckner. Nó đƣợc chiết xuất từ một loại th c phẩm truyền thống của Nhật tên là Natto, ra đời cách đây trên 800 n m.

Natto đƣợc sản xuất từ đậu nành lên men bằng khuẩn que Bacillus Natto. Natto chứa với hàm ƣợng cao các vitamin 2, 6, 12, E, 2, γ-PGA và nhiều loại men tiêu hóa khác. Phần chất keo trong Natto chính à γ-PGA, mà trƣớc đây ngƣời ta đã biết đến là chất có tác dụng rất tốt trong việc ng n chặn tình trạng tắc nghẽn mạch máu… Từ chất keo của món Natto này, các nhà khoa học Nhật đã nghiên cứu chiết ra chất γ-PGA, từ đó đã đƣợc Giải thƣởng Vàng về công nghệ sinh học Nhật Bản 2003 [2]. 2 γ-PG đƣợc sản xuất chủ yếu bởi vi khuẩn Gram dƣơng, bao gồm chi Bacillus.

Nó cũng đã đƣợc báo cáo rằng ít nhất một loại vi khuẩn Gram âm (Fusobacterium nucleatum), một số vi khuẩn cổ và sinh vật nhân chuẩn có khả n ng sản xuất γ-PGA. Khả n ng tham gia phản ứng hóa học với nhóm α-NH2 của nhóm α- OO và γ-COOH theo thứ t giảm dần theo mạch. hi iên kết α-NH2 với α- COOH tạo nên liên kết α-peptid tạo ra sản phẩm à α-PGA thông qua các phản ứng hóa học bằng cách trùng hợp nucleophile (chất cho e ectron). Nhƣng khi có đƣợc một hệ xúc tác thích hợp, nhóm α-NH2 sẽ liên kết với nhóm γ- OO để tạo nên liên kết γ-peptid tạo sản phẩm γ-PGA.

G utamate đƣợc polymer hóa bên trong tế bào thông qua các mối liên kết γ-amide, tổng hợp một cách độc lập với ribosome nên s hình thành γ-PGA khác với s hình thành của protein. Do vậy, các chất ức chế protein ví dụ nhƣ chloramphenicol không ảnh hƣởng đến việc tổng hợp γ-PGA [3]. Do có tính chất phân huỷ sinh học, không độc hại và không gây miễn dịch, γ-PGA đã đƣợc sử dụng trong ngành công nghiệp th c phẩm, y tế và nƣớc thải. Trong số các ứng dụng mới khác, nó có tiềm n ng đƣợc sử dụng để kết tinh protein, nhƣ một chất kết dính mô mềm và một vec-tơ không virut để cung cấp gen an toàn.

ác ứng dụng của γ-PGA sử dụng đặc tính cụ thể do các hình thức khác nhau của γ-PGA. iện nay, cần phải nghiên cứu nhiều chủng vi khuẩn hơn để sản xuất γ- PG có n ng suất cao với các tính chất khác nhau. Nhiều ứng dụng y tế (đặc biệt là phân phối thuốc) đã khai thác α-PGA. Vì γ-PGA th c chất khác với α- PG (nó không iên quan đến bƣớc điều chỉnh hóa học và không nhạy cảm với proteases) nên nó có thể đƣợc sử dụng tốt hơn trong các ứng dụng y học nhƣ vậy.

Phân tích sản xuất γ-PGA và kiến thức về enzyme và gen iên quan đến sản xuất γ-PGA sẽ không chỉ giúp t ng n ng suất, giảm chi phí sản xuất mà còn giúp hiểu đƣợc cơ chế hoạt động của γ-PGA để ứng dụng rộng rãi hơn. γ-PGA γ-PGA có các tên gọi khác nhau nhƣ gamma po yg utamic axit (γ-PGA), axit Gamma polyglutamic, Gamma polyglutamate, poly imino [1-carboxy-4- oxo-1, 4-butanediyl]. Khối ƣợng trung bình của chúng từ vài k a đến hàng triệu k a. ích thƣớc và khối ƣợng của γ-PGA rất đa dạng và phụ thuộc vào cấu trúc cũng nhƣ dạng liên kết của nó với các chất khác trong canh trƣờng vi sinh vật.

Nhìn chung các phân tử D,L- γ-PG thƣờng có khối ƣợng lớn hơn nhiều so với D-γ-PGA hoặc -γ-PG , dạng neo giữ thƣờng có kích thƣớc nhỏ hơn so với dạng t do. T y vào điều kiện môi trƣờng hình thành khác nhau mà γ-PGA có 5 dạng hình thể là cấu trúc xoắn α, th ng β, xoắn cuộn liên tục ngẫu nhiên, cuộn ngẫu nhiên, bao phủ thành khối [1]. γ-PGA là một polyme t nhiên, dạng tinh thể màu trắng, không màu, không mùi, không vị, có thể bị phân hủy sinh học, không độc với môi trƣờng, sinh vật và con ngƣời, có khả n ng hòa tan trong nƣớc và khả n ng dẫn điện. γ- PG hòa tan trong nƣớc tạo nên các liên kết bền vững với nƣớc đồng thời nó có thể đƣợc phân cách với các thành phần trung tính khác nhờ sắc ký giấy.

Các liên kết α-peptide trong γ-PGA chỉ có thể bị phân cắt sinh học bởi enzym γ -GTP (γ-glutamyltranspeptidase) mà không bị phân cách bởi protease vì γ-PGA khác với protein cả về cấu trúc và tính chất. γ-PG có độ nhớt cao ngay cả khi ở nồng độ thấp chính bởi vậy ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp đo độ nhớt để xác định γ-PGA [31,43]. γ-PGA không phản ứng với Coomasie Blue, có phản ứng với một số ion kim loại để tạo muối dạng phức với các ion Na+, K+, Mg2+, Ca2+, NH4+. Tính chất này đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các ngành môi trƣờng, y tế, dƣợc phẩm, m phẩm.

γ-PG đƣợc cấu trúc hoàn toàn bởi các đơn phân à -γ-PGA hoặc L-γ- PGA riêng rẽ thì có khả n ng tan trong ethano. Nhƣng khi chúng à một hỗn hợp đ ng mol thì bị kết tủa trong ethanol [28,43]. Có thể phân loại γ-PGA d a vào cấu trúc và phƣơng thức tồn tại trong canh trƣờng vi sinh vật.  a vào cấu trúc, γ-PG đƣợc chia thành 3 loại: - oại 1: -γ-PGA: chỉ chứa các đơn phân à axit -glutamic.

Loại polyme này hiện nay mới chỉ đƣợc tạo ra bởi một chủng vi khuẩn B. anthracis tìm thấy trên các vật chủ bị bệnh than [10,19,20]. - oại 2: -γ-PGA: là polyme chỉ chứa các đơn phân à axit - g utamic. Nó đƣợc sản xuất chủ yếu bởi các vi khuẩn Natrialba aegyptiacia để chống lại s mất nƣớc của vi khuẩn trong điều kiện môi trƣờng nƣớc biển [53].

Ngoài ra chúng cũng đƣợc tìm thấy nhiều trong các động vật có xúc tu nhƣ sứa biển hoặc san hô và là thành phần chính trong chất dính của Hydra. Nó có khả n ng kết hợp với các cation nhƣ a2+, K+, Mg2+ giúp vi khuẩn và các sinh vật khác điều hòa áp suất thẩm thấu bên trong tế bào [11]. - oại 3: , -γ-PGA: là polyme trong phân tử có chứa cả axit D- glutamic và axit L-g utamic, đƣợc sản xuất chủ yếu từ Bacillus và đƣợc chia thành 2 nhóm:  Cần bổ sung axit L- g utamic vào trong môi trƣờng để kích thích tổng hợp γ-PGA.  Không cần bổ sung axit L- g utamic vào môi trƣờng nuôi cấy.

Tỷ ệ đồng phân D/L trong D,L-γ-PG thƣờng phụ thuộc vào tỷ lệ Mn2+ trong môi trƣờng phát triển của vi khuẩn và tùy thuộc vào loại vi khuẩn tạo ra nó [11].  Phân loại theo phƣơng thức tồn tại trong canh trƣờng vi sinh vật có thể chia thành 2 dạng: - oại 1: ạng neo giữ: chủ yếu có trong vi khuẩn B. Đối với oài này γ-PGA là một chất có tác dụng kháng th c khuẩn thể, ng n cản chúng tấn công vào bên trong tế bào. ạng neo giữ thƣờng đƣợc tìm thấy dƣới dạng nội bào, đƣợc tiết ra ngoài ở dạng các sợi iên kết giữa vi khuẩn và môi trƣờng khi gặp điều kiện bất lợi [28].

5 - oại 2: ạng t do: đƣợc tiết tr c tiếp vào trong môi trƣờng nuôi cấy. ạng này chủ yếu đƣợc tìm thấy trong các loài lành tính của chi Bacillus. Điển hình là B. γ-PGA chủ yếu tạo độ nhầy bao quanh tế bào vi khuẩn có vai trò cung cấp chất dinh dƣỡng trong trƣờng hợp môi trƣờng thiếu chất dinh dƣỡng và trong giai đoạn suy vong của vi khuẩn [45].