Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ sinh học của tác giả Nguyễn Thị Tâm Thư với đề tài "Nghiên cứu sự đa dạng quần xã vi khuẩn kỵ khí trong các lô xử lý chất diệt cỏ/dioxin bằng phương pháp phân hủy sinh học" được thực hiện tại Viện Công nghệ Sinh học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Đặng Thị Cẩm Hà và PGS. Đinh Thị Thu Hằng, bảo vệ năm 2013 (Mã số chuyên ngành: 62 42 01 07 - Vi sinh vật).

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Chất diệt cỏ chứa dioxin (chất diệt cỏ/dioxin) là các hợp chất hữu cơ chứa clo có độ độc cao và khó phân hủy trong môi trường tự nhiên. Tại Việt Nam, tồn dư các chất diệt cỏ chứa dioxin sau chiến tranh tại các điểm nóng như sân bay Biên Hòa, Đà Nẵng và Phù Cát vẫn duy trì ở mức cao sau nhiều thập niên. Phương pháp phân hủy sinh học (bioremediation) đã được thử nghiệm và áp dụng ở quy mô từ $0,5\text{ m}^3$ đến $100\text{ m}^3$ tại Đà Nẵng (đạt hiệu quả xử lý 50 – 70% sau gần 2 năm) và quy mô $3.300\text{ m}^3$ tại Biên Hòa (đạt hiệu quả trên 99% sau 27 tháng xử lý).

Tuy nhiên, quá trình khoáng hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ chứa clo đòi hỏi sự phối hợp giữa nhiều nhóm vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí. Trong đó, giai đoạn loại khử clo trong điều kiện kỵ khí là bước mở đầu loại bỏ độc tính, tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí phân hủy tiếp theo. Dù vậy, cấu trúc quần xã, mức độ hoạt động và sự đa dạng của các nhóm vi khuẩn kỵ khí (VK KK) có khả năng hô hấp loại khử clo tại các bãi chôn lấp xử lý thực tế ở Việt Nam chưa được nghiên cứu một cách hệ thống; việc nuôi cấy làm giàu các nhóm vi khuẩn hô hấp loại khử clo bắt buộc tại thời điểm thực hiện đề tài còn gặp nhiều trở ngại.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định 3 mục đích nghiên cứu cụ thể:

  1. Đánh giá sự đa dạng vi khuẩn kỵ khí trong các lô xử lý chất diệt cỏ/dioxin và trong mẫu làm giàu vi khuẩn kỵ khí hô hấp loại khử clo bằng phương pháp sinh học phân tử.
  2. Đánh giá sự đa dạng các gene chức năng tham gia vào quá trình phân hủy và chuyển hóa các hợp chất chứa clo vòng thơm trong mẫu làm giàu quần xã vi khuẩn kỵ khí hô hấp loại khử clo từ mẫu đất ở lô xử lý của sân bay Biên Hòa.
  3. Đánh giá khả năng phân hủy chất diệt cỏ/dioxin trong mẫu làm giàu bởi quần xã vi khuẩn kỵ khí hô hấp loại khử clo.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Quần xã vi khuẩn kỵ khí (bao gồm vi khuẩn khử sulfate - VK KSF, Dehalococcoides, Pseudomonas và các vi khuẩn kỵ khí khác), hệ gene chức năng phân hủy hợp chất clo (rdhA, haloacid dehalogenase...) và các hợp chất hữu cơ chứa clo tồn dư (2,4-D; 2,4,5-T; 2,4-DCP; 2,4,5-TCP; 17 đồng phân PCDD/Fs như 2,3,7,8-TCDD, OCDD).
  • Phạm vi không gian: Các mẫu đất lấy từ các lô xử lý chôn lấp tích cực đất ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin tại sân bay Đà Nẵng (lô $10\text{ m}^3$, $100\text{ m}^3$) và sân bay Biên Hòa (khu Z1, lô quy mô $3.300\text{ m}^3$).
  • Phạm vi thời gian: Thu thập mẫu qua các mốc thời gian xử lý thực tế (sau 27 tháng, 36 tháng chôn lấp tích cực) và theo dõi quá trình làm giàu trong điều kiện phòng thí nghiệm trong 1 năm (nghiệm thu năm 2013).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã hệ thống hóa các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến ô nhiễm và cơ chế phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ chứa clo:

Các hướng nghiên cứu quốc tế

  • Đặc điểm ô nhiễm và độc tính: Schecter (2006), Fennell (2004), Wagner và đtg (2009), Tas và đtg (2009), Angelo và đtg (2010), Ssebugere (2013) thống kê hàm lượng phát thải, độc tính của polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDD), polychlorinated dibenzofurans (PCDF), polychlorinated biphenyls (PCB) và hexachlorobenzene (HCB). Van den Berg (2006) tổng hợp quy định ngưỡng phơi nhiễm độc tính TEQ theo WHO.
  • Cơ chế phân hủy sinh học: Reineke (2001), Hiraishi (2003, 2008), Yoshida (2005) xác lập 4 con đường phân hủy và chuyển hóa hợp chất hữu cơ chứa clo gồm: (i) oxy hóa cắt vòng thơm bởi enzyme dioxygenase hiếu khí; (ii) loại clo ở sản phẩm cắt vòng bởi vi sinh vật hiếu khí; (iii) phân hủy ngoại bào qua enzyme laccase, manganese peroxidase (MnP), lignin peroxidase (LiP) từ nấm và xạ khuẩn; (iv) hô hấp loại khử clo ở điều kiện thiếu hoặc không có oxy.
  • Phân hủy hiếu khí: Picton (2004), Fukumori (1993 - phân lập gene tfdA ở Cupriavidus necator JMP134), Itoh (2004), Ryan và Rumbus (1989 - Phanerochaete chrysosporium BKM-F-1767), Vroumsia và đtg (2005), Kitagawa (2002 - Burkholderia phenoliruptrix AC1100), Mai (2001 - Nocardioides simplex 3E), Field (2008), Cerniglia (1979), Klecka (1980), Kubota và đtg (2005 - Nocardioides aromaticivorans), Sowers và Hartmann (2013 - Sphingomonas wittichii RW1), Hidayat (2013), Cvančarová (2013 - Pleurotus ostreatus), Chang (2008), Habe (2001), Aly (2008), Hong (2004 - Pseudomonas veronii PH03).
  • Phân hủy kỵ khí và hô hấp khử clo: Suflita (1984), Bryant (1992), Mitsevich (2000), Boyle (1999a), Zhang (1990), Mikesell (1985), Gibson (1990), Warner (2002), Townsend (1983), Vargas (2001), Maphosa (2010). Các nghiên cứu của Bunge và đtg (2003, 2008, 2009) chứng minh vai trò khử clo của chủng Dehalococcoides mccartyi CBDB1 và chủng 195 trên các đồng phân dioxin như 1,2,3,4-TCDD và 1,2,3,7,8-PeCDD.

Các hướng nghiên cứu tại Việt Nam

  • Thực trạng ô nhiễm: Báo cáo Hatfield (2009, 2011), Văn phòng 33, Bộ Tài nguyên và Môi trường (2006, QCVN 2012/BTNMT) xác định mức độ ô nhiễm 2,3,7,8-TCDD chiếm tới 99% tổng độ độc tại sân bay Biên Hòa và Đà Nẵng.
  • Nghiên cứu phân hủy sinh học: Đặng Thị Cẩm Hà (2005, 2012) triển khai công nghệ phân hủy sinh học quy mô pilot và thực tế; Kiều Hữu Ảnh (2003), Hoàng Thị Mỹ Hạnh (2004), La Thanh Phương (2005), Lê Văn Nhượng (2005) nghiên cứu vi sinh vật chuyển hóa 2,4-D và 2,4,5-T. Nguyễn Bá Hữu (2009) bước đầu ghi nhận sự có mặt của Dehalococcoides, vi khuẩn khử sulfate và Pseudomonas tại các ô xử lý đất ở Đà Nẵng bằng kỹ thuật DGGE.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Luận án tập trung giải quyết việc phân tích toàn diện thành phần quần xã vi khuẩn kỵ khí hô hấp loại khử clo, nghiên cứu làm giàu tập đoàn vi khuẩn kỵ khí trên nền đất ô nhiễm nồng độ dioxin cao lấy từ các bãi xử lý thực địa, đồng thời ứng dụng công nghệ Metagenomics nhằm phân tích hệ gene chức năng tham gia phân hủy các hợp chất thơm chứa clo.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và phân loại nhóm vi khuẩn

Luận án dựa trên cơ chế hô hấp loại khử clo (reductive dechlorination) kỵ khí, trong đó các hợp chất hữu cơ chứa clo đóng vai trò là chất nhận điện tử cuối cùng. Vi khuẩn tham gia quá trình này được chia thành 3 nhóm chức năng:

  1. Vi khuẩn hô hấp loại khử clo bắt buộc: Chỉ sử dụng hợp chất chứa clo làm chất nhận điện tử (Dehalococcoides, Dehalogenimonas).
  2. Vi khuẩn hô hấp loại khử clo không bắt buộc: Sử dụng hợp chất chứa clo hoặc các chất nhận điện tử khác như sulfate, nitrate (Desulfitobacterium, Desulfovibrio, Desulfococcus, Anaeromyxobacter).
  3. Vi khuẩn loại khử clo theo cơ chế đồng trao đổi chất: Chuyển hóa hợp chất chứa clo mà không thu năng lượng cho sinh trưởng (Pseudomonas, Clostridium, Shewanella).

Phương pháp nghiên cứu thực tế

Luận án kết hợp các nhóm phương pháp:

Nhóm phương pháp Kỹ thuật và công cụ cụ thể Mục đích thực hiện
Nuôi cấy vi sinh vật - Nuôi cấy kỵ khí trong bình yếm khí.
- Làm giàu trên môi trường chứa dịch chiết đất (DCĐ), 2,4-DCP, 2,4,5-T.
- Thử nghiệm biến thiên nhiệt độ, pH, NaCl, nguồn carbon.		 Phân lập, làm giàu quần xã VK KK hô hấp loại clo, quần xã VK KSF và làm sạch chủng VK KSF BDN10T.
Sinh học phân tử - Chiết tách DNA tổng số.
- Kỹ thuật Nested-PCR và PCR khuếch đại 16S rRNA, gene chức năng rdhA.
- Điện di trên gel biến tính (DGGE) với cặp mồi chuyên biệt (DCC305f/DSV838r).
- Giải trình tự Sanger, giải trình tự Metagenomics bằng máy Roche 454 GS Junior.		 Xác định thành phần loài, biến động số lượng, cấu trúc cây phát sinh chủng loại và hệ gene chức năng tế bào.
Phân tích tin sinh học - Phần mềm Newbler lắp ráp chuỗi metagenome.
- Nền tảng MG-RAST chú giải chức năng và phân loại vi sinh vật.		 Phân loại dữ liệu metagenome, phân tích các enzyme cắt vòng thơm và enzyme dehalogenase.
Hóa học phân tích - Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC).
- Sắc ký khí ghép khối phổ (GC/MS).		 Định lượng hàm lượng 17 đồng phân PCDD/Fs (2,3,7,8-TCDD, OCDD...), 2,4,5-T, 2,4-DCP và 2,4,5-TCP.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 1 trình bày tổng quan lý thuyết về cấu trúc, tính chất hóa lý và độ độc của các hợp chất hữu cơ chứa clo (2,4-D; 2,4,5-T; 2,3,7,8-TCDD; PCB; HCB). Tác giả phân tích dữ liệu ô nhiễm trên thế giới và tại ba điểm nóng quân sự ở Việt Nam (sân bay Biên Hòa, Đà Nẵng, Phù Cát). Nội dung chương tập trung làm rõ 4 cơ chế phân hủy sinh học, sự khác biệt giữa con đường hiếu khí và kỵ khí, đặc điểm của 20 chi vi khuẩn hô hấp loại clo thuộc 3 ngành Proteobacteria, Chloroflexi, Firmicutes, các enzyme xúc tác ngoại bào (LiP, MnP, laccase) và enzyme nội bào (reductive dehalogenase - RdhA). Chương 1 cũng điểm lại các mô hình xử lý sinh học đất ô nhiễm dioxin quy mô pilot và hiện trường đã triển khai tại Việt Nam.

Chương 2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết nguồn mẫu đất thu thập tại lô xử lý $10\text{ m}^3$, $100\text{ m}^3$ ở Đà Nẵng và lô chôn lấp tích cực $3.300\text{ m}^3$ tại khu Z1 sân bay Biên Hòa (16 vị trí lấy mẫu sau 36 tháng). Tác giả cung cấp danh mục trình tự các đoạn mồi PCR (Bảng 2.2), quy trình pha gel DGGE ở các thang nồng độ chất biến tính (Bảng 2.3), thành phần các loại môi trường dinh dưỡng kỵ khí, quy trình chiết xuất hóa chất từ đất, phương pháp nuôi cấy làm giàu VK KSF và VK KK loại clo trên nguồn cơ chất 2,4-DCP, 2,4,5-T, quy trình giải trình tự metagenome trên máy Roche 454 GS Junior và phân tích qua MG-RAST, cùng phương pháp phân tích dư lượng trên máy HPLC và GC/MS (Bảng 2.4).

Chương 3. Kết quả và thảo luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm đạt được theo 7 nhóm nội dung chính:

1. Đa dạng vi khuẩn loại khử clo trong các lô xử lý đất

Sử dụng kỹ thuật nested-PCR và DGGE, tác giả phát hiện sự có mặt của các nhóm vi khuẩn khử clo trong các mẫu đất xử lý tại Đà Nẵng và Biên Hòa (Bảng 3.1). Phân tích DGGE với cặp mồi DCC305f/DSV838r và cây phát sinh chủng loại (Hình 3.1, 3.2, Bảng 3.2) xác định các dòng VK KSF có quan hệ họ hàng gần gũi với chi Desulfovibrio. Phân tích đoạn gene 16S rRNA đặc hiệu cho thấy sự hiện diện của các dòng vi khuẩn thuộc chi Dehalococcoides tương đồng với 6 chủng chuẩn quốc tế (Bảng 3.3, Hình 3.3, 3.4).

2. Đa dạng vi khuẩn và các gene chức năng trong mẫu làm giàu

Quần xã VK KK từ 16 vị trí đất chôn lấp tích cực tại Biên Hòa sau 36 tháng được làm giàu thành công trong môi trường lỏng chứa đất ô nhiễm dioxin nặng (Hình 3.5, 3.6). Dữ liệu Metagenomics được giải trình tự bằng máy Roche 454 GS Junior và lắp ráp bằng Newbler (Bảng 3.4), sau đó xử lý trên hệ thống MG-RAST (Bảng 3.5). Kết quả phân loại cho thấy:

  • Thành phần vi sinh vật gồm 3 nhóm vi khuẩn hô hấp loại clo: bắt buộc (Dehalococcoides, Dehalogenimonas); không bắt buộc (Desulfitobacterium, Desulfovibrio, Desulfococcus, Anaeromyxobacter); đồng trao đổi chất (Pseudomonas, Clostridium, Shewanella), trong đó Pseudomonas chiếm tỷ lệ ưu thế (Bảng 3.6, 3.7).
  • Phân loại theo phương thức hô hấp được thống kê chi tiết tại Bảng 3.8.

3. Biến động số lượng vi khuẩn kỵ khí tại lô xử lý Biên Hòa

Theo dõi tiến trình xử lý tại lô $3.300\text{ m}^3$ ở Biên Hòa cho thấy mật độ tế bào VK KSF và VK KK sử dụng chất diệt cỏ/dioxin có sự biến đổi rõ rệt qua các mốc thời gian, duy trì mật độ hoạt động thích hợp cho quá trình khử độc (Hình 3.7).

4. Đa dạng các nhóm gene chức năng phân hủy hợp chất thơm

Phát hiện sự có mặt của các gene mã hóa enzyme reductive dehalogenase (rdhA) trong cả mẫu đất lô xử lý và mẫu làm giàu. Phân tích Metagenomics ghi nhận tỷ lệ phân bố các nhóm gene chức năng của tế bào (Hình 3.8) và xác định các gene mã hóa enzyme phân hủy, chuyển hóa hợp chất vòng thơm như haloacid dehalogenase, dioxygenase (Bảng 3.9, Hình 3.9, 3.10).

5. Đặc điểm sinh học của vi khuẩn khử sulfate

Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố môi trường lên sinh trưởng của hai quần xã VK KSF từ Đà Nẵng và Biên Hòa (Hình 3.11 – 3.16):

  • Nhiệt độ thích hợp: $30 - 37^\circ\text{C}$.
  • pH thích hợp: $7,0 - 7,5$.
  • Nồng độ NaCl dung nạp: $0,5 - 2%$.
  • Nguồn carbon: Sử dụng tốt lactate, pyruvate.
  • Khả năng chống chịu: Sinh trưởng ổn định trước các nồng độ dịch chiết đất (DCĐ) và các hợp chất chứa clo hữu cơ.
  • Phân lập và làm sạch thành công chủng VK KSF ký hiệu BDN10T từ mẫu Đà Nẵng; giải trình tự đoạn gene 16S rRNA và xác định vị trí phân loại (Hình 3.17, 3.18).

6. Sự có mặt của Dehalococcoides trong mẫu làm giàu

Làm giàu thành công vi khuẩn loại khử clo trên cơ chất 2,4-DCP và 2,4,5-T từ đất Đà Nẵng và Biên Hòa (Hình 3.19, 3.20). Phân tích điện di và giải trình tự nucleotide đoạn 16S rRNA xác nhận sự tồn tại của hai dòng Dehalococcoides trong mẫu làm giàu P5T (Hình 3.21, 3.22).

7. Khả năng phân hủy và chuyển hóa các hợp chất ô nhiễm

Kết quả phân tích GC/MS và HPLC chứng minh hiệu quả khử clo của tập đoàn vi khuẩn kỵ khí:

  • Quần xã VK KK làm giàu từ Biên Hòa phân hủy và chuyển hóa hiệu quả 17 đồng phân PCDD/Fs (đặc biệt là 2,3,7,8-TCDD và OCDD) ở nồng độ ô nhiễm cao ban đầu $8.265\text{ ng TEQ/kg}$ đất khô (Hình 3.23, Bảng 3.10).
  • Tập đoàn VK KK tại Đà Nẵng và Biên Hòa chuyển hóa hoàn toàn 2,4,5-T và phân hủy 2,4-DCP thành các sản phẩm có số lượng nguyên tử clo thấp hơn (Hình 3.24, Bảng 3.11).
  • Chủng VK KSF BDN10T sau khi làm sạch thể hiện khả năng phân hủy trực tiếp 2,4,5-TCP và 2,4-DCP so với đối chứng không có vi sinh vật (Bảng 3.12).

Chương 4. Bàn luận

Chương 4 thảo luận sâu về mối tương quan giữa thành phần loài vi khuẩn kỵ khí phát hiện được với hiệu quả khử độc thực tế tại các lô chôn lấp tích cực. Tác giả đối sánh cấu trúc quần xã vi sinh vật bản địa tại Việt Nam với các mô hình nghiên cứu quốc tế, phân tích cơ chế phối hợp trao đổi chất giữa các nhóm vi khuẩn hô hấp clo bắt buộc (Dehalococcoides) và các nhóm vi khuẩn khử sulfate, vi khuẩn đồng trao đổi chất (Pseudomonas). Chương này cũng thảo luận về tiềm năng ứng dụng dữ liệu metagenome để tối ưu hóa các thông số kỹ thuật (độ ẩm, cơ chất bổ sung, thời gian lưu) trong công nghệ phân hủy sinh học quy mô lớn.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới của luận án

  1. Làm giàu thành công quần xã vi khuẩn hô hấp khử clo: Đây là công trình đầu tiên tại Việt Nam làm giàu thành công quần xã vi khuẩn kỵ khí có khả năng hô hấp loại khử clo từ đất chôn lấp tích cực xử lý chất diệt cỏ/dioxin. Quần xã làm giàu bao gồm đầy đủ cả 3 nhóm chức năng:
    • Hô hấp loại clo bắt buộc (Dehalococcoides, Dehalogenimonas);
    • Hô hấp loại clo không bắt buộc (Desulfitobacterium, Desulfovibrio, Desulfococcus, Anaeromyxobacter);
    • Hô hấp loại clo đồng trao đổi chất (Pseudomonas, Clostridium, Shewanella), trong đó chi Pseudomonas chiếm ưu thế.
  2. Chứng minh khả năng phân hủy nồng độ ô nhiễm cao: Đánh giá định lượng hiệu quả phân hủy chất diệt cỏ/dioxin ở mức nồng độ cao ($8.265\text{ ng TEQ/kg}$ đất khô) bởi quần xã vi khuẩn kỵ khí. Xác định hiệu suất chuyển hóa 17 đồng phân PCDD/PCDF, 2,4,5-T, các dẫn xuất 2,4,5-TCP, 2,4-DCP bởi quần xã vi khuẩn kỵ khí và chủng vi khuẩn khử sulfate BDN10T đã được làm sạch.
  3. Ứng dụng công nghệ Metagenomics: Lần đầu tiên tại Việt Nam áp dụng công cụ giải trình tự Metagenomics để đánh giá toàn diện cấu trúc quần xã vi khuẩn kỵ khí và hệ gene chức năng (rdhA, haloacid dehalogenase...) tham gia vào quá trình phân hủy, chuyển hóa chất diệt cỏ/dioxin từ mẫu đất sau 36 tháng xử lý thực tế tại sân bay Biên Hòa.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Tiếp tục nghiên cứu sâu về các chủng Dehalococcoides thuần khiết phân lập từ các lô xử lý tại Việt Nam nhằm làm rõ cơ chế enzyme khử clo đặc thù.
  • Ứng dụng các chế phẩm vi khuẩn kỵ khí đã làm giàu để bổ sung vào các quy trình xử lý sinh học đất ô nhiễm dioxin quy mô lớn tại các bãi chôn lấp thực địa.
  • Kết hợp xử lý kỵ khí mở đầu với các giai đoạn hiếu khí tiếp nối để đạt hiệu quả khoáng hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ chứa clo.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Do đặc tính sinh lý kỵ khí nghiêm ngặt và tốc độ sinh trưởng chậm của nhóm vi khuẩn hô hấp clo bắt buộc (Dehalococcoides), việc phân lập thuần khiết từng dòng đơn lẻ từ quần xã làm giàu còn gặp nhiều khó khăn kỹ thuật; các phân tích chuyển hóa chủ yếu được thực hiện trên tập đoàn vi khuẩn hỗn hợp và mẫu làm giàu phòng thí nghiệm.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy kỵ khí để phân lập tinh sạch các chủng Dehalococcoides bản địa.
    • Phân tích chi tiết động học enzyme Reductive Dehalogenase (RdhA) thu nhận từ metagenome.
    • Mở rộng thử nghiệm ứng dụng tập đoàn vi khuẩn kỵ khí làm giàu vào các mô hình xử lý sinh học hiếu - kỵ khí kết hợp tại hiện trường ô nhiễm quy mô công nghiệp.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng sử dụng:
    • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Vi sinh vật học, Công nghệ sinh học môi trường, Sinh học phân tử và Khoa học môi trường.
    • Các kỹ sư công nghệ môi trường và cán bộ kỹ thuật thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường, Bộ Quốc phòng phụ trách công tác tẩy độc dioxin sau chiến tranh.
  • Nội dung giá trị:
    • Quy trình nuôi cấy, làm giàu tập đoàn vi sinh vật kỵ khí trên nền cơ chất độc hại nồng độ cao.
    • Bộ mồi phân tử (Bảng 2.2) và quy trình kỹ thuật nested-PCR/DGGE để định danh vi khuẩn khử sulfate và Dehalococcoides.
    • Bộ dữ liệu metagenome và phương pháp tin sinh học MG-RAST phân tích hệ gene chức năng xử lý chất ô nhiễm vòng thơm chứa clo.

Câu hỏi thường gặp

1. Quần xã vi khuẩn kỵ khí làm giàu từ đất ô nhiễm tại Biên Hòa gồm những nhóm chức năng nào?
Quần xã gồm 3 nhóm vi khuẩn hô hấp loại clo: nhóm bắt buộc (Dehalococcoides, Dehalogenimonas); nhóm không bắt buộc (Desulfitobacterium, Desulfovibrio, Desulfococcus, Anaeromyxobacter); và nhóm đồng trao đổi chất (Pseudomonas, Clostridium, Shewanella), trong đó Pseudomonas chiếm tỷ lệ ưu thế nhất.

2. Nồng độ dioxin trong mẫu đất được sử dụng để làm giàu vi khuẩn kỵ khí là bao nhiêu?
Quần xã vi khuẩn kỵ khí được làm giàu thành công trên nền đất ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin rất nặng thu thập từ 16 vị trí ở lô xử lý khử độc Biên Hòa sau 36 tháng, với nồng độ ban đầu đạt $8.265\text{ ng TEQ/kg}$ đất khô.

3. Công nghệ Metagenomics trong luận án được thực hiện bằng hệ thống thiết bị và phần mềm nào?
DNA metagenome được giải trình tự trên hệ thống máy Roche 454 GS Junior, dữ liệu chuỗi được xử lý lắp ráp bằng phần mềm Newbler và phân tích chú giải chức năng/phân loại trên nền tảng cơ sở dữ liệu MG-RAST.

4. Chủng vi khuẩn khử sulfate BDN10T phân lập từ đâu và có khả năng phân hủy những hợp chất nào?
Chủng BDN10T được phân lập và làm sạch từ mẫu đất ô nhiễm tại sân bay Đà Nẵng; chủng này có khả năng phân hủy các dẫn xuất clo trung gian gồm 2,4,5-trichlorophenol (2,4,5-TCP) và 2,4-dichlorophenol (2,4-DCP).

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Thị Tâm Thư đã làm sáng tỏ cấu trúc đa dạng sinh học và động thái quần xã vi khuẩn kỵ khí tham gia khử clo trong các lô xử lý đất ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin tại sân bay Đà Nẵng và Biên Hòa. Bằng việc kết hợp các kỹ thuật sinh học phân tử hiện đại như nested-PCR, DGGE và Metagenomics với phương pháp nuôi cấy làm giàu kỵ khí, công trình đã xác định sự hiện diện của các nhóm vi khuẩn hô hấp clo quan trọng (Dehalococcoides, Desulfovibrio, Pseudomonas) cùng hệ gene chức năng rdhA. Các kết quả thực nghiệm chứng minh hiệu quả phân hủy 17 đồng phân PCDD/Fs và các hợp chất diệt cỏ, cung cấp cơ sở khoa học cho việc hoàn thiện công nghệ phân hủy sinh học xử lý triệt để các điểm nóng dioxin tồn lưu sau chiến tranh tại Việt Nam.