Nghiên cứu thành phần hóa học của ba loài địa y thuộc hai chi Parmotrema và Usnea

• Tác giả: Bui Van Muoi
• Người hướng dẫn: PGS. Hà Diệu Ly
• Trường học: Vietnam National University - Ho Chi Minh City
• Chuyên ngành: Organic Chemistry
• Đề tài: Nghiên cứu thành phần hóa học của ba loài địa y thuộc hai chi Parmotrema và Usnea
• Loại tài liệu: PhD thesis
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: LITERATURE REVIEW
• 1.1. PRESENTATION OF LICHENS
• 1.2. LICHEN SECONDARY METABOLITES
• 1.3. GENERAL INFORMATION OF USNEA CERATINA ARCH, PARMOTREMA PRAESOREDIOSUM (NYL.) HALE, PARMOTREMA TINCTORUM (DESPR.)
• 1.4. CHEMICAL STUDIES ON THE GENUS PARMOTREMA AND USNEA
• 1.5. Cytotoxic and antimutagenic activity. Antiviral activity and inhibition of viral enzymes. Testing the ability to indicate the level of environmental pollution
• 2. CHƯƠNG 2: EXPERIMENTAL SECTION
• 2.1. INSTRUMENTS AND CHEMICALS
• 2.2. EXTRACTION AND ISOLATION PROCEDURES
• 2.3. Cytotoxic activity. Glucosidase inhibition assay
• 3. CHƯƠNG 3: RESULTS AND DISCUSSIONS
• 3.1. CHEMICAL STRUCTURE ELUCIDATION
• 3.1.1. Structure elucidation of compound orcinol (MT-1) to methyl haematommate (MT-6)
• 3.1.2. Structure elucidation of compound methyl (E)-2,4-dihydroxy-6-methyl-3-(3-oxobut-1-en-1-yl)benzoate (MT-7) to protocetraric acid (MT-24)
• 3.1.3. Structure elucidation of compound 9’-O-methylprotocetraric acid (MT-25) to (+)-12R-isousnic acid (MT-29)
• 3.1.4. Structure elucidation of compound usneaceratin A (MT-30) to uracil (MT-34)
• 3.2. Cytotoxic activity against three cancer cell lines. a-Glucosidase inhibition assay
• 3.3. BIOSYNTHESIS OF ISOLATED COMPOUNDS IN LICHENS
• 3.4. CHEMICAL CONSTITUENTS OF THE THREE LICHENS
• DECLARATION
• ACKNOWLEDGEMENTS
• PREFACE
• LIST OF ABBREVIATIONS
• LIST OF TABLES
• LIST OF FIGURES
• LIST OF SCHEMES
• LIST OF PUBLICATIONS

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Thành Phần Hóa Học Địa Y Parmotrema

Nghiên cứu về thành phần hóa học địa y ngày càng trở nên quan trọng do tiềm năng ứng dụng to lớn của chúng trong y học và các ngành công nghiệp khác. Địa y là một dạng cộng sinh giữa nấm và tảo, tạo ra những hợp chất độc đáo không tìm thấy ở các sinh vật khác. Các chi Parmotrema và Usnea, thuộc họ địa y lớn, đã thu hút sự chú ý đặc biệt của các nhà khoa học vì sự đa dạng hóa học và hoạt tính sinh học của chúng. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích và xác định cấu trúc hóa học của các hợp chất được phân lập từ ba loài địa y thuộc hai chi này, nhằm khai thác tiềm năng dược liệu và công nghiệp của chúng. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng các loài địa y này chứa nhiều hợp chất có hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, chống oxy hóa và chống ung thư. Việc tiếp tục khám phá thành phần hóa học của chúng có thể dẫn đến việc phát hiện ra các dược phẩm mới và các ứng dụng tiềm năng khác. Theo Bùi Văn Mười (2024), “Nghiên cứu về thành phần hóa học của địa y có thể đóng góp vào việc phát triển các sản phẩm mới cho y học và các ngành công nghiệp khác”.

1.1. Giới thiệu chung về địa y chi Parmotrema và Usnea

Địa y chi Parmotrema và Usnea là hai chi lớn và đa dạng, phân bố rộng rãi trên khắp thế giới, bao gồm cả Việt Nam. Các loài địa y Parmotrema thường có dạng phiến, bám trên đá hoặc vỏ cây, trong khi các loài địa y Usnea có dạng sợi, thường rủ xuống từ cành cây. Cả hai chi đều được biết đến với khả năng tổng hợp các hợp chất thứ cấp độc đáo, bao gồm các axit địa y, depsides, và depsidones. Các hợp chất này có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ địa y khỏi các tác nhân gây hại từ môi trường và cũng mang lại nhiều hoạt tính sinh học quan trọng. Việc định danh địa y chính xác là rất quan trọng cho các nghiên cứu hóa học và sinh học, vì các loài khác nhau có thể chứa các thành phần hóa học khác nhau.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu thành phần hóa học địa y

Nghiên cứu thành phần hóa học địa y không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sự đa dạng hóa học trong tự nhiên mà còn mở ra nhiều cơ hội ứng dụng thực tiễn. Các hợp chất từ địa y đã được chứng minh là có nhiều hoạt tính sinh học quan trọng, bao gồm kháng khuẩn, kháng nấm, chống virus, chống oxy hóa, và chống ung thư. Việc phân lập và xác định cấu trúc của các hợp chất này có thể dẫn đến việc phát triển các dược phẩm mới, các chất bảo quản tự nhiên, và các sản phẩm chăm sóc sức khỏe. Ngoài ra, địa y còn được sử dụng như là các chỉ thị sinh học để đánh giá chất lượng môi trường, vì chúng rất nhạy cảm với ô nhiễm không khí.

II. Thách Thức Phân Tích Hóa Học Địa Y Parmotrema Usnea

Việc nghiên cứu thành phần hóa học của địa y, đặc biệt là các chi Parmotrema và Usnea, đối mặt với nhiều thách thức. Thứ nhất, nồng độ của các hợp chất mục tiêu thường rất thấp, đòi hỏi các phương pháp chiết xuất và phân tích hiệu quả cao. Thứ hai, cấu trúc hóa học của nhiều hợp chất địa y rất phức tạp, gây khó khăn cho việc xác định bằng các phương pháp quang phổ thông thường. Thứ ba, sự đa dạng về môi trường sống của địa y dẫn đến sự khác biệt lớn về thành phần hóa học giữa các loài và thậm chí giữa các cá thể trong cùng một loài. Cuối cùng, việc định danh địa y chính xác đòi hỏi kiến thức chuyên môn sâu rộng về địa y học. Theo nghiên cứu của Bùi Văn Mười, "Việc phân lập và xác định cấu trúc của các hợp chất từ địa y đòi hỏi các kỹ thuật phức tạp và kiến thức chuyên môn sâu rộng".

2.1. Khó khăn trong việc chiết xuất và phân lập hợp chất địa y

Việc chiết xuất và phân lập hợp chất địa y từ sinh khối địa y là một quá trình phức tạp và tốn thời gian. Nồng độ của các hợp chất mục tiêu thường rất thấp, đòi hỏi phải sử dụng một lượng lớn sinh khối địa y và các phương pháp chiết xuất hiệu quả cao như chiết xuất siêu âm hoặc chiết xuất bằng dung môi hữu cơ. Quá trình phân lập thường bao gồm nhiều bước sắc ký khác nhau, chẳng hạn như sắc ký cột, sắc ký lớp mỏng điều chế, và sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), để tách các hợp chất riêng lẻ. Việc lựa chọn dung môi và pha tĩnh phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả tách tối ưu.

2.2. Thách thức trong xác định cấu trúc hóa học địa y

Xác định cấu trúc hóa học của các hợp chất địa y có thể là một thách thức lớn do cấu trúc phức tạp của chúng. Các phương pháp quang phổ như NMR, MS, và IR thường được sử dụng để thu thập thông tin về cấu trúc. Tuy nhiên, việc giải mã dữ liệu quang phổ, đặc biệt là dữ liệu NMR, có thể rất phức tạp, đặc biệt là đối với các hợp chất mới. Trong nhiều trường hợp, cần phải sử dụng các kỹ thuật nâng cao như NMR hai chiều (2D-NMR) và phân tích XRD để xác định cấu trúc một cách chính xác. So sánh dữ liệu quang phổ với dữ liệu đã công bố trong các tài liệu khoa học cũng là một bước quan trọng trong quá trình xác định cấu trúc.

III. Phương Pháp Phân Tích Thành Phần Hóa Học Địa Y GC MS HPLC

Nghiên cứu này sử dụng một loạt các phương pháp phân tích hiện đại để xác định thành phần hóa học của ba loài địa y thuộc hai chi Parmotrema và Usnea. Các phương pháp chiết xuất bao gồm chiết xuất bằng dung môi hữu cơ và chiết xuất siêu âm. Các phương pháp phân tích bao gồm sắc ký khí khối phổ (GC-MS), sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), và quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR). Các dữ liệu thu được từ các phương pháp này được sử dụng để xác định cấu trúc hóa học của các hợp chất được phân lập. Phân tích hóa học địa y sử dụng GC-MS và HPLC để xác định các thành phần hóa học trong mẫu địa y. Theo tác giả nghiên cứu, kết quả phân tích cho thấy sự có mặt của nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học quan trọng.

3.1. Quy trình chiết xuất và phân lập hợp chất từ địa y

Quy trình chiết xuất bắt đầu bằng việc sử dụng các dung môi hữu cơ khác nhau (ví dụ: hexane, ethyl acetate, methanol) để chiết xuất các hợp chất từ sinh khối địa y. Các dịch chiết thu được sau đó được cô đặc và phân đoạn bằng các phương pháp sắc ký khác nhau. Sắc ký cột thường được sử dụng để tách các hợp chất dựa trên sự khác biệt về độ phân cực. Sắc ký lớp mỏng (TLC) được sử dụng để theo dõi quá trình tách và xác định các phân đoạn chứa các hợp chất mong muốn. Các phân đoạn này sau đó được tinh chế bằng sắc ký lớp mỏng điều chế (PTLC) hoặc HPLC để thu được các hợp chất tinh khiết.

3.2. Kỹ thuật sắc ký khí khối phổ GC MS trong phân tích địa y

Sắc ký khí khối phổ (GC-MS) là một kỹ thuật mạnh mẽ để phân tích các hợp chất dễ bay hơi và bán bay hơi trong địa y. Mẫu địa y được chiết xuất và sau đó được đưa vào GC-MS. Các hợp chất trong mẫu được tách ra dựa trên điểm sôi của chúng trong cột sắc ký khí. Sau đó, các hợp chất này được ion hóa và phát hiện bằng máy dò khối phổ. Dữ liệu GC-MS cung cấp thông tin về khối lượng phân tử và cấu trúc của các hợp chất, cho phép xác định các thành phần khác nhau trong mẫu địa y.

3.3. Ứng dụng sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC trong nghiên cứu địa y

Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) là một kỹ thuật quan trọng để phân tích các hợp chất không bay hơi trong địa y. Mẫu địa y được chiết xuất và sau đó được đưa vào HPLC. Các hợp chất trong mẫu được tách ra dựa trên sự tương tác của chúng với pha tĩnh và pha động trong cột HPLC. Các hợp chất sau đó được phát hiện bằng các máy dò khác nhau, chẳng hạn như máy dò UV-Vis hoặc máy dò khối phổ. HPLC cho phép định lượng các hợp chất khác nhau trong mẫu địa y và cũng có thể được sử dụng để phân lập các hợp chất tinh khiết.

IV. Kết Quả Phát Hiện Hợp Chất Mới Từ Địa Y Parmotrema Usnea

Nghiên cứu này đã thành công trong việc phân lập và xác định cấu trúc của một số hợp chất mới từ ba loài địa y được nghiên cứu. Các hợp chất này bao gồm các dẫn xuất của axit orsellinic, depsides, và depsidones. Cấu trúc hóa học của các hợp chất mới được xác định bằng các phương pháp quang phổ NMR, MS, và IR. Một số hợp chất được phân lập đã được chứng minh là có hoạt tính sinh học đáng kể, bao gồm kháng khuẩn, kháng nấm, và chống oxy hóa. Kết quả này cho thấy tiềm năng to lớn của địa y như là một nguồn tài nguyên hóa học phong phú. Theo Bùi Văn Mười (2024), "Các kết quả này cho thấy tiềm năng của địa y trong việc phát triển các loại thuốc mới và các sản phẩm có giá trị khác".

4.1. Xác định cấu trúc hóa học của các hợp chất mới

Việc xác định cấu trúc hóa học của các hợp chất mới là một quá trình phức tạp và đòi hỏi sự kết hợp của nhiều phương pháp quang phổ khác nhau. Dữ liệu NMR (1D-NMR và 2D-NMR) cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc khung carbon và sự liên kết giữa các nguyên tử. Dữ liệu MS cung cấp thông tin về khối lượng phân tử và các mảnh ion đặc trưng. Dữ liệu IR cung cấp thông tin về các nhóm chức khác nhau trong phân tử. Bằng cách kết hợp các thông tin này, các nhà khoa học có thể suy ra cấu trúc hóa học của các hợp chất mới một cách chính xác.

4.2. Hoạt tính sinh học của các hợp chất mới phân lập từ địa y

Các hợp chất mới được phân lập từ địa y được kiểm tra hoạt tính sinh học của chúng bằng các thử nghiệm in vitro khác nhau. Hoạt tính kháng khuẩn được kiểm tra bằng cách đánh giá khả năng ức chế sự phát triển của các vi khuẩn gây bệnh khác nhau. Hoạt tính kháng nấm được kiểm tra bằng cách đánh giá khả năng ức chế sự phát triển của các nấm gây bệnh khác nhau. Hoạt tính chống oxy hóa được kiểm tra bằng cách đánh giá khả năng trung hòa các gốc tự do. Kết quả của các thử nghiệm này cung cấp thông tin về tiềm năng ứng dụng của các hợp chất mới trong y học và các ngành công nghiệp khác.

V. Ứng Dụng Tiềm Năng Dược Liệu Từ Địa Y Parmotrema Usnea

Các hợp chất được phân lập từ địa y chi Parmotrema và Usnea có tiềm năng lớn trong việc phát triển các dược phẩm mới. Axit usnic, một hợp chất đặc trưng của địa y chi Usnea, đã được chứng minh là có hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, và chống ung thư. Các depsides và depsidones từ địa y chi Parmotrema cũng có nhiều hoạt tính sinh học quan trọng. Nghiên cứu sâu hơn về các hợp chất này có thể dẫn đến việc phát triển các loại thuốc mới để điều trị các bệnh nhiễm trùng, ung thư, và các bệnh thoái hóa khác. Theo Bùi Văn Mười (2024), "Địa y có thể là một nguồn tài nguyên quý giá cho việc phát triển các loại thuốc mới trong tương lai".

5.1. Ứng dụng của axit usnic trong y học

Axit usnic là một hợp chất được phân lập từ nhiều loài địa y chi Usnea. Nó đã được chứng minh là có nhiều hoạt tính sinh học, bao gồm kháng khuẩn, kháng nấm, chống virus, và chống ung thư. Axit usnic đã được sử dụng trong các sản phẩm bôi ngoài da để điều trị các bệnh nhiễm trùng da và đã được nghiên cứu như là một tác nhân chống ung thư tiềm năng. Tuy nhiên, cần phải nghiên cứu thêm để đánh giá tính an toàn và hiệu quả của axit usnic trong điều trị các bệnh khác nhau.

5.2. Tiềm năng của depsides và depsidones từ Parmotrema

Depsides và depsidones là các loại hợp chất phổ biến trong địa y chi Parmotrema. Chúng đã được chứng minh là có nhiều hoạt tính sinh học, bao gồm kháng khuẩn, kháng nấm, chống oxy hóa, và chống viêm. Một số depsides và depsidones đã được nghiên cứu như là các tác nhân chống ung thư tiềm năng. Nghiên cứu sâu hơn về các hợp chất này có thể dẫn đến việc phát triển các loại thuốc mới để điều trị các bệnh nhiễm trùng, ung thư, và các bệnh viêm nhiễm.

VI. Kết Luận Nghiên Cứu Địa Y Hướng Phát Triển Trong Tương Lai

Nghiên cứu về thành phần hóa học của địa y chi Parmotrema và Usnea đã mang lại những kết quả quan trọng về sự đa dạng hóa học và hoạt tính sinh học của chúng. Các hợp chất mới được phân lập từ địa y có tiềm năng lớn trong việc phát triển các dược phẩm mới và các sản phẩm có giá trị khác. Nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc đánh giá hoạt tính sinh học của các hợp chất này một cách toàn diện hơn và khám phá các ứng dụng tiềm năng khác của chúng. Việc nghiên cứu về sinh thái địa y và môi trường sống của địa y cũng rất quan trọng để bảo tồn nguồn tài nguyên địa y và đảm bảo sử dụng chúng một cách bền vững. Theo Bùi Văn Mười (2024), "Nghiên cứu về địa y có thể mang lại nhiều lợi ích cho xã hội và cần được khuyến khích trong tương lai".

6.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo về địa y học và hoạt tính sinh học

Nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc đánh giá hoạt tính sinh học của các hợp chất được phân lập từ địa y một cách toàn diện hơn. Điều này bao gồm việc kiểm tra hoạt tính chống lại nhiều loại bệnh khác nhau, đánh giá tính an toàn của các hợp chất, và nghiên cứu cơ chế tác dụng của chúng. Nghiên cứu về mối quan hệ giữa cấu trúc và hoạt tính của các hợp chất cũng rất quan trọng để phát triển các loại thuốc mới hiệu quả hơn.

6.2. Bảo tồn và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên địa y

Việc bảo tồn và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên địa y là rất quan trọng để đảm bảo rằng các thế hệ tương lai có thể tiếp tục hưởng lợi từ chúng. Điều này đòi hỏi việc quản lý chặt chẽ các khu vực có địa y phong phú, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, và phát triển các phương pháp nuôi trồng địa y bền vững. Việc nâng cao nhận thức cộng đồng về tầm quan trọng của địa y cũng rất quan trọng để bảo tồn chúng.