Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về nấm Cordyceps militaris 1. Sơ lược về chi nấm Cordyceps Các loài nấm thuộc chi Cordyceps đã được biết đến từ rất lâu như một loại dược liệu quan trọng trong y dược truyền thống của Trung Quốc và một số nước Châu Á. Những loài nấm này có đặc tính sinh học khá đặc biệt, trong tự nhiên vào mùa đông loài nấm này bắt đầu ký sinh vào vật chủ, hệ sợi của chúng phát triển mạnh, xâm nhiễm vào các mô, sử dụng hết các chất dinh dưỡng và làm chết vật chủ.
Đến giai đoạn nhất định, thường là vào mùa hè, hệ sợi nấm phát triển thành quả thể mọc ra khỏi vật chủ. Trong số các loài nấm thuộc chi Cordyceps đã được nghiên cứu và mô tả có khoảng 90 loài được phát hiện ở Trung Quốc [78]. Loài nấm được biết đến đầu tiên trong chi nấm này là C. sinensis với tên Trung Quốc là “Dong chong xia cao”.
Trong chi nấm Cordyceps, một số loài đã được nuôi trồng quả thể nhân tạo thành công. Tuy nhiên loài nấm được nuôi trồng phổ biến với quy mô lớn nhất là C. Bởi loài nấm này phân bố ở nhiều khu vực trên thế giới và điều kiện sống của nó được xem như ít nghiêm ngặt hơn so với C. Hiện nay, quả thể loài C.
militaris được nuôi trồng nhân tạo với quy mô công nghiệp ở rất nhiều các nước Châu Á như Trung Quốc, Hàn Quốc, Thái Lan, Việt Nam…, đem lại lợi ích rất lớn về kinh tế. sinensis được phát hiện và nghiên cứu đầu tiên nhưng với những đặc tính chuyên biệt về cơ chế lây nhiễm, cơ chế hình thành quả thể… mà nhiều năm liền loài nấm này gần như không thể nuôi trồng nhân tạo. Đây là một thách thức rất lớn cho các nghiên cứu về nấm Cordyceps. Tuy nhiên, phải tới gần đây với những bước tiến đột phá trong nghiên cứu hiện đại, quả thể loài C.
sinensis đã được nuôi trồng nhân tạo thành công [41]. Kết quả này hứa hẹn trong tương lai gần, loài nấm C. sinensis sẽ được nuôi trồng nhân tạo phổ biến và quy mô lớn. Đây có thể coi là một điểm mốc quan trọng đánh dấu bước ngoặt mới trong lĩnh vực nuôi trồng nấm Cordyceps.
Ngoài ra, một số nhóm nghiên cứu đã công bố nuôi trồng nhân tạo thành công quả thể một số loài như C. takaomontana [3]… Số lượng loài 3 trong chi nấm Cordyceps có thể nuôi trồng nhân tạo còn khá hạn chế, vì vậy hướng nghiên cứu về nuôi trồng các loài nấm thuộc chi này có nhiều tiềm năng. Tiềm năng ứng dụng của các loài nấm Cordyceps rất lớn, vì vậy mà thị trường thương mại các sản phẩm từ nấm Cordyceps hiện nay rất sôi động. Sản lượng các loài nấm Cordyceps trong tự nhiên có hạn, đặc biệt do tình trạng khai thác quá mức và suy thoái hệ môi trường sống làm sản lượng các loài nấm Cordyceps giảm mạnh.
Do vậy, giá thành loài nấm C. sinensis trên thị trường ngày càng tăng cao. Quả thể của nấm C. militaris dùng làm thực phẩm, dùng trong các món hầm, súp, trà… ở nhiều nước Châu Á như Hongkong, Đài Loan, Trung Quốc.
Quả thể và sinh khối nấm cũng được sử dụng làm thuốc và bồi bổ sức khỏe như nước uống, viên nhộng, rượu, trà,…. Các loại thuốc từ nấm này nhằm cải thiện chức năng thận, phổi, chống lão hóa, điều hòa giấc ngủ, viêm phế quản mãn tính. Hiện có hơn 30 loại sản phẩm chăm sóc sức khỏe từ C. militaris trên thi ṭ rường [25] chưa tính các sản phẩm từ các loài nấm Cordyceps khác.
Nguồn lợi từ các sản phẩm từ nấm Cordyceps đem lại rất lớn đóng góp một phần không nhỏ vào sự phát triển kinh tế. Phân loại và đặc điểm sinh học của nấm C. militaris là loài nấm thuộc họ Cordycipitaceae, chi Cordyceps. Loài này được Carl Linnaeus mô tả vào năm 1753 với tên gọi Clavaria militaris.
Cordyceps là chi đa dạng nhất trong họ Clavicipitaceae về số lượng loài (khoảng 680 loài) với phố ký chủ rộng là ấu trùng và nhộng của các loài bướm, các loài côn trùng thuộc bộ cánh cứng (Coleoptera), bộ cánh màng (Hymenoptera), bộ hai cánh (Diptera) [32]. Các loài thuộc chi Cordyceps phân bố trải rộng từ Châu Á sang châu Âu và Bắc Mỹ. Tuy nhiên, phân tích trình tự ITS rDNA các chủng C. militaris phân bố tại các quốc gia khác nhau cho thấy vị trí địa lý không ảnh hưởng nhiều tới khoảng cách di truyền giữa các chủng (khoảng cách <0,01, theo mô hình K2P) [61].
militaris có vị trí phân loại cụ thể như sau: Giới (Kingdom): Fungi Ngành (Division): Ascomycota Ngành phụ (Subdivision): Pezizomycotina 4 Lớp (Class): Ascomycetes/ Pyrenomycetes Bộ (Order): Hypocreales Họ (Family): Cordycipitaceae Chi (Genus): Cordyceps Loài (Species): Cordyceps militaris Hình 1. Hình thái của nấm C. Quả thể của nấm C. militaris tự nhiên.
Thể quả hình chai của nấm C. militaris tự nhiên. Quả thể của nấm C. militaris nuôi trồng.
Thể quả hình chai của nấm C. militaris nuôi trồng. Hình ảnh phóng đại của thể quả hình chai bình thường và thể quả hình chai được nghiền nát cùng các nang. militaris thường có quả thể có màu vàng nhạt hoặc màu da cam, dài khoảng 8 - 10 cm.
Phần đầu quả thể nấm tròn và có các đốm màu vàng cam sáng. Các nang bào tử nằm ở phần đầu quả thể dài từ 300 - 510 µm, bề rộng 4 µm. Các bào tử nang hình sợi, không màu và phân đoạn, kích thước 3,5 - 6 x 1 - 1,5 µm. Trong điều kiện nghèo dinh dưỡng, các bào tử nang này sẽ đứt ra và nảy chồi tạo các bào tử thứ cấp [50].
militaris là loài ký sinh trên côn trùng và ấu trùng của côn trùng, con đường lây nhiễm chủ yếu là ở giai đoạn nhộng của các loài bướm khác nhau, rồi nhân lên trong cơ thể ký chủ vào mùa đông. Bào tử nấm theo gió dính vào bên ngoài ký chủ, sau đó từ bào tử hình thành các ống nảy mầm có các thể bám. Các ống này tiết ra các enzyme như lipase, chitinase, protease làm tan vỏ ngoài của ký chủ và xâm nhập vào bên trong cơ thể ký chủ. Sau đó hệ sợi nấm hút dinh dưỡng và sinh trưởng mạnh mẽ chiếm toàn bộ cơ thể làm chết vật chủ.
Đến cuối hè hoặc mùa thu quả thể nhô ra ngoài để phát tán bào tử vào không khí. Thời gian này kéo dài từ 2 - 3 tháng, quả thể phát triển và hình thành bào tử phát tán chúng đi khắp nơi [29]. Thành phần hoạt chất chính trong nấm C. militaris Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu công bố về thành phần hoạt chất của nấm C.
militaris cũng như giá trị dược học và cơ chế tác động của các chất này ở cả mức độ phân tử, tế bào và lâm sàng. Các phân tích hoá học cho thấy trong sinh khối của nấm C. militaris có chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học như: cordycepin, adenosine, cordiceptic acid, polysaccharide, protein (khoảng 25 - 30%), chất béo (khoảng 8%) và đường mannitol. Ngoài ra còn có khoảng từ 17 - 19 loại acid amin khác nhau và các loại vitamin (trong 100g sinh khối nấm C.
militaris có khoảng 0,12 g vitamin B12; 19 mg vitamin A; 116,03 mg vitamin C, ngoài ra còn có vitamin B2 (riboflavin), vitamin E, vitamin K.) cũng như nhiều nguyên tố vi lượng như Na, K, Ca, Mg, Al, Mn, Cu, Zn, Bo, Fe. trong đó cao nhất là phospho. Nhiều nghiên cứu cho thấy thành phần hóa học của nấm C, militaris trong tự nhiên và nuôi trên môi trường nhân tạo là tương tự nhau [37]. Tuy nhiên, các nghiên cứu cũng cho thấy có sự khác biệt lớn giữa thành phần hoạt chất của các chủng Cordyceps khác nhau và giữa các sản phẩm Cordyceps tạo thành trong quá trình nuôi nhân tạo.
Trong các thành phần dược chất của nấm C. militaris, cordycepin được đánh giá là hợp chất quan trọng quyết định giá trị dược học của loại nấm này, do đó hàm lượng cordycepin là chỉ tiêu tiên quyết để đánh giá chất lượng của nấm C. + Cordycepin: Cordycepin là một hợp chất quan trọng C. militaris, lần đầu tiên được chiết tách vào năm 1950 do Cunningham và cộng sự thực hiện [46].
Cordycepin 6 (3’-deoxyadenosine) là một dạng nucleotide có hoạt tính sinh học phổ rộng, thường được chuyển đổi thành 5’-mono-, di- và triphosphate, hợp chất này ức chế sự hoạt động của quá trình sinh tổng hợp mới của các tế bào ung thư. Trọng lượng phân tử của cordycepin (C10H13N5O3) là 251, có nhiệt độ nóng chảy là 230 - 231°C, độ hấp thụ cao nhất ở 259 nm [19]. Huang và cộng sự (2009) đã đánh giá hàm lượng cordycepin trong quả thể C. militaris nuôi cấy trên giá thể gạo và trong quả thể C.
sinesis tự nhiên. Kết quả cho thấy hàm lượng cordycepin trong quả thể C. militaris là 2,654 mg/g. Trong khi đó hàm lượng hoạt chất này trong loài C.
sinensis là 0,9801 mg/g. Sinh khối sợi nấm C. militaris nuôi cấy theo phương pháp lên men chìm có hàm lượng cordycepin 0,9040 mg/g [24]. Như vậy có thể thấy quả thể nấm C.
militaris nuôi cấy nhân tạo có hàm lượng cordycepin cao hơn so với C. sinesis sinh trưởng trong môi trường tự nhiên. Tuy nhiên, các yếu tố ngoại cảnh cũng như sự khác nhau giữa các chủng nấm sử dụng trong quá trình nuôi cấy đều tác động đến hàm lượng các hoạt chất trong sinh khối nấm C. Chen và cộng sự (2011) cho thấy ánh sáng cũng như một số kim loại nặng có ảnh hưởng lớn đến hàm lượng cordycepin cũng như một số hoạt chất khác trong quả thể nấm C.
Kết quả cho thấy dưới điều kiện chiếu sáng 12 giờ/ngày (600 lux) hàm lượng cordycepin đạt 2,3 mg/g, cordycepic acid 3,8 mg/g, polysaccharide 3,7 mg/g. Trong khi đó sự xuất hiện của các yếu tố kim loại nặng đều làm giảm khả năng sinh trưởng cũng như hàm lượng hoạt chất tích lũy [14]. Lee và cộng sự (2017) cũng đã cho thấy hàm lượng cordycepin trong của một số chủng nấm C. militaris lưu giữ tại Korean Agricultural Culture Collection (KACC), Phòng thí nghiệm về Hệ thống thực vật Vi sinh vật, trường Đại học Quốc gia Pusan (Systems Plant Microbiology Laboratory of Pusan National University, SPNU) có hàm lượng cordycepin trung bình khoảng 2,13 mg/g.
Ngoài ra, một số chủng nấm C. militaris như SPNU1001, SPNU1002, SPNU1005, SPNU1002 có khả năng tổng hợp cordycepin lên tới 5,64 mg/g [36]. + Adenosine: Cấu trúc hóa học của adenosine là 6-amino-9-beta-D ribofuranosyl-9-H-purine. Adenosine tham gia cấu thành lên DNA, ATP và tạo ra các hoạt chất khác như cordycepin, D-manitol.
Nhiều nghiên cứu cho biết trên mẫu quả thể nấm C. militaris hàm lượng adenosine đều cao hơn rất nhiều so với hệ sợi phát triển trên giá thể tương ứng. Nghiên cứu của Huyn và cộng sự vào năm 2008 cho thấy 7 adenosine chiếm khoảng 0,18% trong quả thể và khoảng 0,06% trong sinh khối nấm [27].