Tổng quan nghiên cứu

Nấm Vân chi (Trametes versicolor) là một loại nấm dược liệu có giá trị cao trong lĩnh vực y học, đặc biệt trong hỗ trợ điều trị ung thư nhờ các hợp chất polysaccharopeptide (PSP và PSK) chiết xuất từ sinh khối nấm. Theo báo cáo của ngành, các polysaccharopeptide này có tác dụng kích thích miễn dịch, chống oxy hóa và gây độc tế bào ung thư, được ứng dụng rộng rãi trong các chế phẩm thực phẩm chức năng và dược phẩm. Tuy nhiên, hiệu quả sinh tổng hợp PSP và PSK phụ thuộc nhiều vào chủng nấm, điều kiện môi trường và phương pháp lên men.

Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu quá trình lên men chìm để thu nhận polysaccharopeptide từ chủng Trametes versicolor, tập trung vào việc tuyển chọn chủng nấm có hoạt tính sinh học cao, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sinh tổng hợp PSP và PSK, tối ưu hóa môi trường lên men và quy trình thu hồi sản phẩm. Nghiên cứu được thực hiện tại Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, trong năm 2020.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển quy trình sản xuất polysaccharopeptide chất lượng cao, góp phần nâng cao giá trị kinh tế và ứng dụng trong y học, đặc biệt trong hỗ trợ điều trị ung thư. Các chỉ số như hàm lượng sinh khối đạt khoảng 9 g/L, hàm lượng PSP và PSK tăng lần lượt 1,3 và 2,4 lần so với môi trường ban đầu, cùng với hoạt tính chống oxy hóa IC50 = 0,606 mg/ml và khả năng gây độc tế bào ung thư vú (MCF-7) với IC50 khoảng 22,27 µg/ml, cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tiễn của sản phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết về sinh tổng hợp polysaccharopeptide trong nấm Trametes versicolor, bao gồm:

  • Lý thuyết về cấu trúc và chức năng của polysaccharopeptide (PSP và PSK): PSP và PSK là các polysaccharide liên kết với peptide, có trọng lượng phân tử khoảng 100 kDa, với các liên kết glycoside β-1,3; β-1,6; α-1,4 và α-1,2. Chúng có tác dụng kích thích miễn dịch, chống oxy hóa và hỗ trợ điều trị ung thư thông qua cơ chế điều hòa cytokine và hoạt hóa tế bào miễn dịch.

  • Mô hình lên men chìm trong nuôi cấy nấm: Phương pháp lên men chìm được lựa chọn do ưu điểm về thời gian nuôi ngắn, năng suất cao và chất lượng sản phẩm ổn định. Mô hình này bao gồm giai đoạn nhân giống trong môi trường giàu dinh dưỡng và giai đoạn lên men trong môi trường tối ưu, với các yếu tố như nhiệt độ, pH, nguồn cacbon và nito được điều chỉnh để tối ưu hóa sinh tổng hợp PSP và PSK.

  • Khái niệm về các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và tổng hợp polysaccharopeptide: Nguồn cacbon (dextrin, glucose, maltose), nguồn nito (peptone, yeast extract), nhiệt độ (25-27°C), pH đầu (6-7), tỷ lệ cấy giống và hình thái sợi nấm đều ảnh hưởng đến hiệu quả sinh tổng hợp polysaccharopeptide.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nấm Trametes versicolor được tuyển chọn từ bộ sưu tập chủng của phòng thí nghiệm lên men, Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Bốn chủng nấm được định danh bằng kỹ thuật sinh học phân tử (PCR và giải trình tự vùng ITS).

  • Phương pháp phân tích: Sinh khối được xác định bằng cân khô; hàm lượng polysaccharide và protein được đo bằng phương pháp Phenol-Sulfuric và Bradford tương ứng; hàm lượng PSP và PSK được tính tổng từ polysaccharide và peptide. Hoạt tính chống oxy hóa được đánh giá bằng phương pháp DPPH với chỉ số IC50; hoạt tính gây độc tế bào ung thư được xác định bằng phương pháp MTT trên các dòng tế bào MCF-7, A549, HeLa.

  • Thiết kế thí nghiệm: Sử dụng thiết kế ma trận tổng hợp lặp tâm (Center Composite Design) để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dextrin (nguồn cacbon) và peptone (nguồn nito) đến sinh khối, PSP và PSK. Tổng cộng 10 lần chạy thí nghiệm với các mức nồng độ từ 10 đến 70 g/L dextrin và 2 đến 10 g/L peptone.

  • Timeline nghiên cứu: Quá trình lên men chìm được thực hiện trong 7-10 ngày ở 25°C, tốc độ lắc 120-150 rpm. Thu hồi polysaccharopeptide bằng chiết nước nóng ở 121°C trong 30 phút, kết tủa bằng ethanol hoặc muối amoni sulfat, cô đặc và sấy phun để thu sản phẩm dạng bột.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tuyển chọn chủng nấm: Bốn chủng Trametes versicolor được định danh và khảo sát sinh tổng hợp PSP, PSK. Chủng BRG04 có sinh khối đạt khoảng 8,6 g/L, hàm lượng PSP và PSK lần lượt là 0,15 g/L và 0,08 g/L, cao thứ hai trong bộ sưu tập. So với các nghiên cứu trước, sinh khối và hàm lượng polysaccharopeptide của các chủng nghiên cứu cao hơn từ 1,5 đến 3 lần.

  2. Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ 25°C là điều kiện tối ưu cho sinh trưởng và tổng hợp PSP, PSK của chủng BRG04, với sinh khối tăng 9%, PSP tăng 46% và PSK tăng 22% so với 30°C.

  3. Ảnh hưởng của pH đầu: pH đầu trung tính (pH=7) cho hàm lượng PSP và PSK cao nhất, lần lượt đạt 33,18 mg/g và 11,5 mg/g, tăng 17% và 37% so với pH=6. Sinh khối dao động từ 8,61 đến 9,03 g/L trong khoảng pH 5-8.

  4. Tối ưu hóa môi trường: Nồng độ dextrin 69 g/L và peptone 6 g/L là điều kiện tối ưu cho sinh tổng hợp polysaccharopeptide, với hàm lượng PSP và PSK tăng lần lượt 1,3 và 2,4 lần so với môi trường ban đầu. Tuy nhiên, không có môi trường tối ưu cho cả ba mục tiêu sinh khối, PSP và PSK đồng thời.

  5. Hoạt tính sinh học: Polysaccharopeptide thu được có khả năng chống oxy hóa với IC50 = 0,606 mg/ml và gây độc tế bào ung thư vú MCF-7, phổi A549, cổ tử cung HeLa với IC50 lần lượt là 22,27 µg/ml, 27,17 µg/ml và 43,59 µg/ml, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong điều trị ung thư.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy phương pháp lên men chìm là hiệu quả trong việc thu nhận polysaccharopeptide từ Trametes versicolor với năng suất cao và chất lượng sản phẩm ổn định. Nhiệt độ và pH đầu là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sinh trưởng và tổng hợp polysaccharopeptide, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về điều kiện sinh trưởng tối ưu của nấm Vân chi. Việc tối ưu hóa nồng độ dextrin và peptone giúp tăng đáng kể hàm lượng PSP và PSK, tuy nhiên sự khác biệt về điều kiện tối ưu cho sinh khối và polysaccharopeptide cho thấy cần cân nhắc mục tiêu sản xuất cụ thể.

Hoạt tính chống oxy hóa và gây độc tế bào ung thư của sản phẩm thu được phù hợp với các báo cáo trong ngành, khẳng định giá trị dược lý của polysaccharopeptide từ nấm Vân chi. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh sinh khối, hàm lượng PSP, PSK ở các điều kiện nhiệt độ, pH và nồng độ dinh dưỡng, cũng như bảng tổng hợp IC50 của các mẫu polysaccharopeptide trên các dòng tế bào ung thư.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng quy trình lên men chìm tối ưu: Thực hiện lên men chìm với chủng Trametes versicolor BRG04, sử dụng môi trường chứa 69 g/L dextrin và 6 g/L peptone, nhiệt độ 25°C, pH đầu 7, tỷ lệ cấy giống 0,1% (w/v), để tăng hiệu quả sinh tổng hợp PSP và PSK trong vòng 7-10 ngày. Chủ thể thực hiện: các phòng thí nghiệm và doanh nghiệp sản xuất dược liệu.

  2. Nâng cao quy trình thu hồi polysaccharopeptide: Sử dụng chiết xuất nước nóng ở 121°C trong 30 phút với tỷ lệ sinh khối/nước 1g/30ml, kết tủa bằng ethanol hoặc muối amoni sulfat, cô đặc bằng lọc dòng ngang và sấy phun để thu sản phẩm bột chất lượng cao. Thời gian thực hiện: quy mô phòng thí nghiệm đến sản xuất pilot.

  3. Phát triển sản phẩm thực phẩm chức năng và dược phẩm: Dựa trên hoạt tính chống oxy hóa và gây độc tế bào ung thư đã được chứng minh, phát triển các sản phẩm hỗ trợ điều trị ung thư, tăng cường miễn dịch với các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt. Chủ thể thực hiện: công ty dược phẩm, thực phẩm chức năng.

  4. Nghiên cứu mở rộng về cơ chế tác động và ứng dụng lâm sàng: Tiến hành các nghiên cứu sâu hơn về cơ chế sinh học của PSP và PSK trên các mô hình tế bào và động vật, cũng như thử nghiệm lâm sàng để đánh giá hiệu quả và an toàn khi sử dụng trong điều trị ung thư. Thời gian dự kiến: 2-3 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ sinh học, Vi sinh vật: Nghiên cứu về quá trình lên men, sinh tổng hợp polysaccharopeptide và ứng dụng trong y dược.

  2. Doanh nghiệp sản xuất dược liệu và thực phẩm chức năng: Áp dụng quy trình lên men chìm và thu hồi polysaccharopeptide để phát triển sản phẩm chất lượng cao.

  3. Bác sĩ và chuyên gia y tế trong lĩnh vực ung thư: Tham khảo các hợp chất tự nhiên có tiềm năng hỗ trợ điều trị ung thư, đặc biệt là polysaccharopeptide từ nấm Vân chi.

  4. Cơ quan quản lý và phát triển chính sách y tế: Đánh giá tiềm năng và hướng dẫn phát triển các sản phẩm sinh học từ nấm dược liệu trong hệ thống chăm sóc sức khỏe.

Câu hỏi thường gặp

  1. Polysaccharopeptide là gì và tại sao nó quan trọng?
    Polysaccharopeptide (PSP và PSK) là các hợp chất polysaccharide liên kết peptide có hoạt tính sinh học mạnh, giúp kích thích miễn dịch, chống oxy hóa và hỗ trợ điều trị ung thư, được chiết xuất từ nấm Trametes versicolor.

  2. Phương pháp lên men chìm có ưu điểm gì so với các phương pháp khác?
    Lên men chìm cho năng suất cao, thời gian nuôi ngắn (7-10 ngày), chất lượng sản phẩm ổn định và dễ kiểm soát điều kiện nuôi cấy, phù hợp cho sản xuất quy mô công nghiệp.

  3. Yếu tố nào ảnh hưởng lớn nhất đến sinh tổng hợp PSP và PSK?
    Nhiệt độ 25°C, pH đầu 7, nguồn cacbon dextrin và nguồn nito peptone với nồng độ tối ưu lần lượt là 69 g/L và 6 g/L là các yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu quả sinh tổng hợp polysaccharopeptide.

  4. Hoạt tính sinh học của polysaccharopeptide được đánh giá như thế nào?
    Hoạt tính chống oxy hóa được đánh giá bằng phương pháp DPPH với IC50 khoảng 0,606 mg/ml; hoạt tính gây độc tế bào ung thư được xác định bằng phương pháp MTT trên các dòng tế bào MCF-7, A549, HeLa với IC50 từ 22 đến 44 µg/ml.

  5. Làm thế nào để thu hồi polysaccharopeptide hiệu quả từ sinh khối nấm?
    Sử dụng chiết xuất nước nóng ở 121°C trong 30 phút với tỷ lệ sinh khối/nước 1g/30ml, kết tủa bằng ethanol hoặc muối amoni sulfat, sau đó cô đặc bằng lọc dòng ngang và sấy phun để thu sản phẩm dạng bột.

Kết luận

  • Đã tuyển chọn và xác định chủng Trametes versicolor BRG04 có khả năng sinh tổng hợp PSP và PSK cao, phù hợp cho nghiên cứu lên men chìm.
  • Nhiệt độ 25°C và pH đầu 7 là điều kiện tối ưu cho sinh trưởng và tích lũy polysaccharopeptide.
  • Tối ưu hóa môi trường với 69 g/L dextrin và 6 g/L peptone giúp tăng hàm lượng PSP và PSK lần lượt 1,3 và 2,4 lần so với môi trường ban đầu.
  • Polysaccharopeptide thu được có hoạt tính chống oxy hóa và gây độc tế bào ung thư hiệu quả, mở ra tiềm năng ứng dụng trong y học.
  • Đề xuất áp dụng quy trình lên men chìm và thu hồi polysaccharopeptide trong sản xuất dược liệu, đồng thời nghiên cứu sâu hơn về cơ chế và ứng dụng lâm sàng.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các phòng thí nghiệm và doanh nghiệp triển khai quy trình lên men chìm tối ưu, đồng thời mở rộng nghiên cứu ứng dụng polysaccharopeptide trong điều trị ung thư và phát triển sản phẩm thực phẩm chức năng.