Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh các hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học ngày càng được quan tâm trong lĩnh vực y dược, vi nấm biển nổi lên như một nguồn tài nguyên quý giá với tiềm năng khai thác các hợp chất có giá trị cao. Môi trường biển chiếm hơn 70% bề mặt Trái Đất nhưng chỉ khoảng 0,01% số loài vi sinh vật biển được nghiên cứu chi tiết về hình thái, di truyền và đặc tính sinh học. Vịnh Nha Trang, với hệ sinh thái đa dạng gồm rạn san hô, rong biển, cỏ biển và rừng ngập mặn, là vùng biển có trữ lượng rong biển lớn nhất Việt Nam, đặc biệt là các loài rong nâu thuộc chi Sargassum. Đây là điều kiện thuận lợi để phân lập và nghiên cứu các chủng vi nấm biển có hoạt tính sinh học cao.

Mục tiêu nghiên cứu là tuyển chọn các chủng vi nấm phân lập từ rong biển ở vịnh Nha Trang có khả năng sinh tổng hợp các hoạt chất sinh học như kháng sinh, chống oxy hóa, gây độc tế bào ung thư và bảo vệ tế bào cơ tim. Nghiên cứu được thực hiện trên 38 chủng vi nấm phân lập từ 8 loài rong biển thu thập tại 3 địa điểm trong vịnh Nha Trang, trong khoảng thời gian năm 2023. Kết quả nghiên cứu không chỉ cung cấp dữ liệu khoa học về tiềm năng sinh học của vi nấm biển tại vùng biển này mà còn góp phần định hướng khai thác nguồn tài nguyên vi sinh vật biển Việt Nam một cách hiệu quả, phục vụ phát triển các sản phẩm y dược tự nhiên an toàn và hiệu quả.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết về đa dạng sinh học vi nấm biển và các hoạt tính sinh học của các hợp chất chuyển hóa thứ cấp do vi nấm tổng hợp. Vi nấm biển được định nghĩa là các loài nấm có khả năng sinh trưởng và tạo bào tử trong môi trường biển hoặc có mối quan hệ cộng sinh với sinh vật biển. Các hợp chất chuyển hóa thứ cấp như polyketide, alkaloid, peptide, terpenoid và steroid được xem là nguồn hợp chất sinh học có hoạt tính kháng khuẩn, chống oxy hóa, gây độc tế bào ung thư và bảo vệ tế bào.

Mô hình nghiên cứu tập trung vào phân lập vi nấm từ rong biển, lên men thu nhận cao chiết, đánh giá hoạt tính sinh học qua các thử nghiệm kháng sinh, chống oxy hóa, gây độc tế bào ung thư và bảo vệ tế bào cơ tim. Các khái niệm chính bao gồm: vi nấm biển, hoạt tính kháng sinh, hoạt tính chống oxy hóa, độc tính tế bào ung thư, và hoạt tính bảo vệ tế bào.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là 38 chủng vi nấm phân lập từ 8 loài rong biển thu thập tại 3 địa điểm ở vịnh Nha Trang. Mẫu rong biển được thu thập ở độ sâu 5-8 mét, bảo quản ở nhiệt độ 4-8°C và vận chuyển về phòng thí nghiệm. Vi nấm được phân lập trên môi trường Sabouraud có bổ sung kháng sinh, nuôi cấy ở 28°C trong 3-5 ngày để thu nhận chủng thuần.

Các chủng vi nấm được lên men tĩnh trong môi trường gạo có bổ sung dịch chiết nấm men và nước biển tự nhiên trong 21 ngày. Cao chiết ethyl acetate được thu nhận sau khi ngâm chiết và cô quay chân không.

Hoạt tính sinh học được đánh giá qua các phương pháp: khuếch tán trên đĩa thạch để xác định hoạt tính kháng sinh trên 7 chủng vi khuẩn kiểm định; thử nghiệm bắt gốc tự do DPPH và ABTS để đánh giá hoạt tính chống oxy hóa; phương pháp MTT để xác định độc tính trên 3 dòng tế bào ung thư người (PC-3, Hela, MCF-7); và thử nghiệm bảo vệ tế bào cơ tim chuột H9c2 trước độc tố rotenone.

Phân loại vi nấm tuyển chọn dựa trên đặc điểm hình thái và giải trình tự gen vùng ITS, so sánh với dữ liệu trên ngân hàng gen NCBI. Các thí nghiệm được lặp lại 3 lần, số liệu được xử lý thống kê bằng Microsoft Excel 2010, biểu thị dưới dạng trung bình ± độ lệch chuẩn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phân lập vi nấm từ rong biển: Từ 8 mẫu rong biển gồm 5 mẫu rong nâu và 3 mẫu rong lục, đã phân lập được 38 chủng vi nấm, trong đó 28 chủng từ rong nâu và 10 chủng từ rong lục. Các chủng vi nấm có đặc điểm hình thái đa dạng về màu sắc, hình dạng và khả năng tiết chất ra môi trường.

  2. Hoạt tính kháng sinh: Cao chiết ethyl acetate của các chủng vi nấm thể hiện hoạt tính kháng khuẩn trên các chủng vi khuẩn Gram dương và Gram âm với đường kính vòng kháng khuẩn dao động từ khoảng 10 đến 20 mm. Một số chủng như Penicillium chermesinum 2104NT-1.3 và Aspergillus sp.7 có hoạt tính kháng khuẩn mạnh nhất với giá trị MIC ước tính thấp hơn 20 µg/mL.

  3. Hoạt tính chống oxy hóa: Các cao chiết vi nấm cho thấy khả năng bắt gốc tự do DPPH và ABTS với hiệu suất trung bình từ 40% đến 75% ở nồng độ 200 µg/mL. Một số chủng có hoạt tính chống oxy hóa vượt trội, tương đương hoặc gần bằng acid ascorbic.

  4. Hoạt tính gây độc tế bào ung thư: Cao chiết từ một số chủng vi nấm gây độc hiệu quả trên các dòng tế bào ung thư PC-3, Hela và MCF-7 với tỷ lệ giảm mật độ sống tế bào trên 50% ở nồng độ 100 µg/mL. Chủng Penicillium chermesinum 2104NT-1.3 thể hiện hoạt tính gây độc tế bào mạnh nhất với giá trị IC50 ước tính dưới 50 µg/mL.

  5. Hoạt tính bảo vệ tế bào cơ tim H9c2: Một số cao chiết vi nấm có khả năng bảo vệ tế bào H9c2 khỏi độc tính của rotenone, làm tăng tỷ lệ sống sót tế bào lên trên 70% so với đối chứng âm chỉ có độc tố.

Thảo luận kết quả

Kết quả phân lập 38 chủng vi nấm từ rong biển ở vịnh Nha Trang cho thấy sự đa dạng sinh học phong phú của vi nấm biển tại vùng này, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về vi nấm biển và vai trò của rong biển như nguồn phân lập quan trọng. Hoạt tính kháng sinh mạnh mẽ của một số chủng vi nấm phù hợp với các báo cáo về khả năng tổng hợp các hợp chất kháng khuẩn như peptide, alkaloid và polyketide từ vi nấm biển.

Hoạt tính chống oxy hóa cao của các cao chiết vi nấm phản ánh tiềm năng ứng dụng trong bảo vệ tế bào khỏi stress oxy hóa, góp phần phòng ngừa các bệnh liên quan đến lão hóa và ung thư. Hoạt tính gây độc tế bào ung thư của các chủng vi nấm tuyển chọn mở ra cơ hội phát triển các hợp chất chống ung thư tự nhiên có nguồn gốc từ vi nấm biển.

Hoạt tính bảo vệ tế bào cơ tim H9c2 trước độc tố rotenone là phát hiện mới, cho thấy vi nấm biển không chỉ có tiềm năng trong điều trị ung thư mà còn trong bảo vệ tế bào bình thường khỏi tổn thương oxy hóa và độc tố. Các kết quả này có thể được minh họa qua biểu đồ so sánh đường kính vòng kháng khuẩn, biểu đồ phần trăm bắt gốc tự do DPPH/ABTS và biểu đồ tỷ lệ sống sót tế bào ung thư và tế bào H9c2.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng khai thác vi nấm biển làm nguồn hợp chất sinh học đa dạng, đồng thời bổ sung dữ liệu mới về vi nấm phân lập từ rong biển Việt Nam, đặc biệt là vịnh Nha Trang.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường nghiên cứu phân tách và xác định cấu trúc hợp chất sinh học: Tiếp tục nghiên cứu sâu các chủng vi nấm tuyển chọn để phân lập, tinh sạch và xác định cấu trúc các hợp chất có hoạt tính sinh học cao nhằm phát triển sản phẩm dược liệu tự nhiên. Thời gian thực hiện dự kiến 2-3 năm, chủ thể là các viện nghiên cứu và trường đại học.

  2. Phát triển quy trình nuôi cấy và lên men vi nấm quy mô lớn: Xây dựng quy trình công nghệ nuôi cấy vi nấm biển hiệu quả, ổn định để sản xuất cao chiết có hoạt tính sinh học phục vụ nghiên cứu và ứng dụng. Thời gian 1-2 năm, chủ thể là các phòng thí nghiệm công nghệ sinh học.

  3. Ứng dụng các hợp chất chiết xuất trong thử nghiệm tiền lâm sàng và lâm sàng: Đề xuất phối hợp với các trung tâm y dược để thử nghiệm tác dụng bảo vệ tế bào, kháng ung thư và kháng khuẩn của các hợp chất chiết xuất từ vi nấm biển trên mô hình động vật và người. Thời gian 3-5 năm, chủ thể là các trung tâm nghiên cứu y sinh và bệnh viện.

  4. Bảo tồn và phát triển nguồn gen vi nấm biển: Xây dựng ngân hàng gen vi nấm biển tại vùng biển Khánh Hòa, đặc biệt là các chủng có hoạt tính sinh học cao nhằm bảo tồn đa dạng sinh học và phục vụ nghiên cứu lâu dài. Chủ thể là các cơ quan quản lý tài nguyên biển và viện nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành sinh học biển, công nghệ sinh học: Luận văn cung cấp dữ liệu chi tiết về phân lập, đặc điểm và hoạt tính sinh học của vi nấm biển, hỗ trợ nghiên cứu chuyên sâu về vi sinh vật biển và phát triển sản phẩm sinh học.

  2. Chuyên gia phát triển dược liệu và sản phẩm y dược tự nhiên: Thông tin về các hợp chất sinh học có hoạt tính kháng sinh, chống oxy hóa, gây độc tế bào ung thư và bảo vệ tế bào giúp định hướng phát triển sản phẩm mới từ nguồn vi nấm biển.

  3. Cơ quan quản lý tài nguyên biển và môi trường: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học về đa dạng vi nấm biển và tiềm năng khai thác bền vững nguồn tài nguyên vi sinh vật biển tại vịnh Nha Trang, hỗ trợ công tác bảo tồn và phát triển kinh tế biển.

  4. Doanh nghiệp công nghệ sinh học và dược phẩm: Các kết quả nghiên cứu về hoạt tính sinh học của vi nấm biển có thể ứng dụng trong phát triển nguyên liệu đầu vào cho sản phẩm kháng sinh, chống oxy hóa và thuốc điều trị ung thư, mở rộng thị trường sản phẩm sinh học.

Câu hỏi thường gặp

  1. Vi nấm biển là gì và tại sao chúng quan trọng trong nghiên cứu sinh học?
    Vi nấm biển là các loài nấm có khả năng sinh trưởng trong môi trường biển hoặc cộng sinh với sinh vật biển. Chúng quan trọng vì có khả năng tổng hợp các hợp chất sinh học đa dạng với hoạt tính kháng khuẩn, chống oxy hóa, chống ung thư và bảo vệ tế bào, có tiềm năng ứng dụng trong y dược.

  2. Phương pháp phân lập vi nấm từ rong biển được thực hiện như thế nào?
    Mẫu rong biển được thu thập, rửa sạch và nghiền nhỏ, sau đó cấy lên môi trường thạch Sabouraud có bổ sung kháng sinh để ức chế vi khuẩn. Vi nấm phát triển sau 3-5 ngày được thuần chủng và lưu giữ để nghiên cứu tiếp theo.

  3. Các hoạt tính sinh học của vi nấm biển được đánh giá bằng những phương pháp nào?
    Hoạt tính kháng sinh được đánh giá bằng phương pháp khuếch tán trên đĩa thạch; hoạt tính chống oxy hóa qua khả năng bắt gốc tự do DPPH và ABTS; độc tính tế bào ung thư qua phương pháp MTT trên các dòng tế bào ung thư; hoạt tính bảo vệ tế bào cơ tim H9c2 qua thử nghiệm bảo vệ tế bào khỏi độc tố rotenone.

  4. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng thực tiễn như thế nào?
    Các chủng vi nấm biển có hoạt tính sinh học cao có thể được phát triển thành nguồn nguyên liệu cho dược phẩm tự nhiên, sản phẩm bảo vệ sức khỏe, thuốc chống ung thư và kháng sinh mới, góp phần phát triển kinh tế biển bền vững.

  5. Tại sao nghiên cứu vi nấm biển ở vịnh Nha Trang lại có ý nghĩa đặc biệt?
    Vịnh Nha Trang có hệ sinh thái biển đa dạng và trữ lượng rong biển lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi nấm biển đa dạng. Nghiên cứu tại đây giúp khai thác nguồn tài nguyên sinh vật biển phong phú của Việt Nam, góp phần phát triển khoa học và công nghệ sinh học biển.

Kết luận

  • Đã phân lập thành công 38 chủng vi nấm từ 8 loài rong biển ở vịnh Nha Trang, trong đó có 5 chủng vi nấm có hoạt tính sinh học cao.
  • Các chủng vi nấm thể hiện hoạt tính kháng sinh, chống oxy hóa, gây độc tế bào ung thư và bảo vệ tế bào cơ tim rõ rệt.
  • Nghiên cứu lần đầu tiên đánh giá hoạt tính bảo vệ tế bào cơ tim H9c2 của vi nấm phân lập từ rong biển Việt Nam.
  • Kết quả cung cấp cơ sở khoa học để phát triển các hợp chất sinh học từ vi nấm biển phục vụ y dược và bảo tồn nguồn gen vi nấm biển.
  • Đề xuất tiếp tục nghiên cứu phân tách hợp chất, phát triển quy trình nuôi cấy và thử nghiệm lâm sàng nhằm ứng dụng trong thực tiễn.

Luận văn mở ra hướng nghiên cứu mới đầy tiềm năng cho ngành sinh học biển và công nghệ sinh học tại Việt Nam. Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp được khuyến khích khai thác sâu hơn để phát triển các sản phẩm sinh học từ vi nấm biển, góp phần nâng cao giá trị kinh tế và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.