MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, các hợp chất có nguồn gốc tự nhiên với các ưu điểm vượt trội về hoạt tính sinh học và tính an toàn cũng như tiềm năng ứng dụng rộng lớn trong lĩnh vực y dược đã thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học và cả xã hội. Trong số đó, các hợp chất tự nhiên có nguồn gốc từ biển đang là một hướng đi tiềm năng, hứa hẹn mang đến những sản phẩm y dược mới góp phần chăm sóc và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Mặc dù chiếm hơn 70% bề mặt trái đất nhưng môi trường biển vẫn chưa được nghiên cứu khai thác đầy đủ về lĩnh vực sinh học. Số lượng vi sinh vật biển được làm rõ thông tin về hình thái, di truyền và đặc tính sinh học chỉ chiếm khoảng 0,01% trong số khoảng hơn 1 triệu loài vi sinh vật biển được công bố [1].
Các điều kiện đặc biệt ở môi trường biển liên quan đến áp suất, nhiệt độ, độ mặn, ánh sáng và hàm lượng dinh dưỡng đã tạo điều kiện cho các vi sinh vật biển có khả năng sinh tổng hợp các hợp chất thứ cấp có cấu trúc hóa học độc đáo và hoạt tính sinh học đáng chú ý hơn rất nhiều so với các vi sinh vật trên cạn [2]. Do đó, vi sinh vật biển nói chung và vi nấm biển nói riêng được xác định là nguồn khai thác phong phú các chất chuyển hóa có hoạt tính sinh học. Vi nấm biển là một nhóm sinh vật đa dạng về mặt sinh hóa đại diện cho một nguồn hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học mới đầy hứa hẹn. Các nhóm chất chuyển hóa thứ cấp được sản xuất bởi vi nấm biển bao gồm terpenoid, steroid, polyketide, peptide, alkaloid và polysacarit.
Các chất chuyển hóa này chủ yếu liên quan đến các hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, chống ung thư, chống oxy hóa, bảo vệ tế bào…[3], [4]. Vi nấm biển hiện diện ở khắp nơi trong hệ sinh thái biển bao gồm vi nấm liên kết với hải miên, san hô, rong biển, cỏ biển hoặc sống tự do trong nước biển, trầm tích biển [5]. Trong đó, rong biển được đánh giá là một trong những nguồn phân lập quan trọng của vi nấm biển với một phần ba tổng số loài vi nấm thu nhận có liên quan đến nhóm thực vật biển này [6], [7], [8]. Đáng lưu ý là nhiều hợp chất tự nhiên có giá trị sinh học đã được thu nhận từ các chủng vi nấm liên kết với rong biển [9].
Cho đến nay nhiều chi nấm được phân lập từ rong biển đã được nghiên cứu các hoạt chất sinh học bao gồm Aspergillus, Cladosporium, Paecilomyces, Chaetomium, Penicillium, Guignardia, Phoma, Talaromyces, Gibberella, Coniothyrium, trong đó chủ yếu là các loài thuộc chi Aspergillus và Penicillium [10], [9]. 12 Vịnh Nha Trang là nơi có điều kiện khí hậu và môi trường thuận lợi cho sự phát triển của các hệ sinh thái rạn san hô, rong biển, thảm cỏ biển, rừng ngập mặn [11]. Kết quả điều tra cho thấy trữ lượng rong ở Khánh Hòa chiếm tỷ lệ cao nhất cả nước, đặc biệt là các loài rong nâu thuộc chi Sargassum. Nhiều hoạt chất sinh học có giá trị như các hợp chất chống oxy hóa, kháng khuẩn, chống u, ung thư và virut HIV… đã được thu nhận từ các đối tượng rong sinh trưởng tại vùng biển Nha Trang [12], [13], [14].
Đặc biệt là một số nghiên cứu gần đây đã cho thấy nhiều hợp chất có cấu trúc mới và hoạt tính sinh học có giá trị y dược đã được thu nhận từ các chủng vi nấm biển phân lập từ các loài rong nâu và rong lục ở vùng biển này [15], [16]. Chính vì vậy việc tiếp tục nghiên cứu tìm kiếm chủng vi nấm có khả năng sinh tổng hợp các hoạt chất sinh học được phân lập từ rong biển ở vịnh Nha Trang là cần thiết, có giá trị khoa học và ý nghĩa thực tiễn, góp phần định hướng nghiên cứu và khai thác một cách hiệu quả nguồn tài nguyên vi sinh vật biển ở Việt Nam. Đó chính là lý do chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu tuyển chọn chủng vi nấm có hoạt tính sinh học được phân lập từ rong biển ở vịnh Nha Trang”. - Mục đích nghiên cứu Tìm kiếm được chủng vi nấm có khả năng sinh tổng hợp các hoạt chất sinh học được phân lập từ rong biển ở vịnh Nha Trang.
- Nội dung nghiên cứu: (1) Nội dung 1: Phân lập các chủng vi nấm từ rong biển thu nhận ở vịnh Nha Trang. (2) Nội dung 2: Đánh giá hoạt tính sinh học (kháng sinh, chống oxy hóa, gây độc tế bào và bảo vệ tế bào) của các dịch chiết lên men từ các chủng vi nấm được phân lập. (3) Nội dung 3: Phân loại chủng vi nấm tuyển chọn có hoạt tính sinh học cao. - Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài + Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài cung cấp dữ liệu khoa học về tiềm năng sinh học của nguồn tài nguyên vi nấm phân lập từ rong biển ở vịnh Nha Trang.
Nghiên cứu đã tuyển chọn được các chủng vi nấm biển có hoạt tính sinh học cao để tiếp tục nghiên cứu phân tách các hoạt chất sinh học 13 từ các chủng vi nấm tiềm năng. + Tính thực tiễn của đề tài: Kết quả nghiên cứu là cơ sở để khai thác các hợp chất tự nhiên có các hoạt tính sinh học như kháng sinh, chống oxy hóa, gây độc tế bào ung thư và bảo vệ tế bào từ nguồn vi nấm phân lập từ rong biển ở vịnh Nha Trang, nhằm định hướng ra các sản phẩm tự nhiên có hiệu quả và tính an toàn cao định hướng ứng dụng trong lĩnh vực y dược đồng thời hướng đến xây dựng và bảo tồn nguồn gen vi nấm có giá trị y dược ở vùng biển Khánh Hòa. - Những đóng góp của luận văn: Đề tài đã sàng lọc và đánh giá các hoạt tính sinh học bao gồm hoạt tính kháng sinh, chống oxy hóa, gây độc tế bào ung thư và bảo vệ tế bào cơ tim H9c2 của 38 chủng vi nấm được phân lập từ các mẫu rong nâu và rong lục thu nhận ở vùng biển Nha Trang. Kết quả của đề tài đã tuyển chọn được 05 chủng vi nấm Penicillium chermesinum 2104NT-1.3, và Aspergillus sp.7 có hoạt tính sinh học cao để tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về phân tách và thu nhận các hợp chất tự nhiên và thử nghiệm các hoạt tính sinh học.
Đây cũng là nghiên cứu đầu tiên tiến hành đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ung thư và bảo vệ tế bào cơ tim của các chủng vi nấm phân lập từ rong lục và rong nâu ở vịnh Nha Trang. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA VI NẤM BIỂN Vi nấm biển ban đầu được định nghĩa dựa trên các đặc điểm sinh lý của chúng như yêu cầu về nồng độ muối để phát triển [17]. Đầu tiên, ‘vi nấm biển’ được chia thành 2 nhóm với hệ sinh thái khác nhau: vi nấm biển bắt buộc hoặc không bắt buộc (obligate and facultative marine fungi).
Vi nấm biển bắt buộc là các loài vi nấm phát triển và tạo bào tử chỉ ở môi trường biển và khu vực cửa sông, trong khi vi nấm biển không bắt buộc là các loài vi nấm xuất phát từ môi trường nước ngọt hoặc trên cạn nhưng có khả năng phát triển và tạo bào tử trong môi trường biển. Tuy nhiên dựa trên định nghĩa này hai nhóm vi nấm biển trên khó phân biệt và gây nhiều tranh cãi. Sau đó, Jones và cộng sự [18] định nghĩa vi nấm biển bắt buộc là các loài nấm được phân lập từ vật liệu/cơ chất bất kỳ dưới biển hoặc trầm tích từ môi trường biển. Gần đây, Pang và cộng sự [19] đề xuất định nghĩa rộng hơn về “vi nấm biển” cũng như vi nấm có nguồn gốc từ biển (marine-derived fungi) và kể từ đây vi nấm biển được định nghĩa là vi nấm bất kỳ có khả năng: (i) sinh trưởng và/hoặc tạo bào tử trên vật liệu/cơ chất trong môi trường biển; (ii) có mối quan hệ cộng sinh với các loài sinh vật trong môi trường biển; hoặc (iii) thích hợp và tiến hóa hoặc có khả năng trao đổi chất trong môi trường biển.
Số lượng các loài nấm biển được ước tính dao động trong khoảng 1,5 đến 5,1 triệu loài, trong đó chỉ có khoảng 1% loài nấm được nghiên cứu [20], [21], [22]. Theo số liệu thống kê đến tháng 02/2021, số lượng các loài vi nấm biển được mô tả gồm 1.901 loài, thuộc 769 chi, 226 họ, 88 bộ, 22 lớp và 07 ngành, bao gồm Aphelidiomycota, Ascomycota, Basidiomycota, Blastocladiomycota, Chytridiomycota, Mortierellomycota và Mucoromycota [23]. Trong suốt 2 thập kỷ qua, nhiều nghiên cứu về sự đa dạng và vai trò của vi nấm biển đã được tiến hành qua cách tiếp cận không phụ thuộc nuôi cấy. Cho đến nay, các phương pháp giải trình tự thế hệ mới đã được sử dụng để nghiên cứu các loài vi nấm trong môi trường biển.
Tuy nhiên, một vài trong số các loại nấm biển đã biết có số lượng trình tự gen trong vùng ITS (internal transcribed spacer region) là hạn chế và thường được nhận biết dựa trên một phần vùng ITS hoặc 18S rRNA. Do vậy, cây phân loại dựa trên trình tự gen kết 15 hợp với đặc điểm về hình thái rất quan trọng để định danh loài vi nấm biển một cách chính xác [24], [3]. Vi nấm là sinh vật đơn giản nhất trong số các sinh vật nhân thực dị dưỡng, không quang hợp, có kích thước rất nhỏ từ 2 đến 500 μm và bị bao bọc bởi thành tế tào chitin. Nó có thể phân biệt với nấm lớn do quả thể đa bào của vi nấm biển không đủ lớn để có thể quan sát bằng mắt thường.
Loài vi nấm thường phát triển bằng cách hấp thụ các chất dinh dưỡng từ môi trường sống xung quanh [25]. Trong các sinh vật ở biển, vi nấm biển được xem là một trong các thành phần chính trong chuỗi thức ăn ở biển và chúng tồn tại như các sinh vật hoại sinh, sinh vật tương hỗ, cộng sinh và ký sinh. Trong vai trò hoại sinh, vi nấm biển có thể khu trú trong thực vật, rong cũng như động vật và chuyển hóa các nguồn hữu cơ từ các đối tượng này thành các nguồn dinh dưỡng cho chúng sử dụng. Trong vai trò tương hỗ, vi nấm biển có thể kết hợp với các sinh vật khác như hải miên hoặc động vật nguyên sinh để cả hai cá thể cùng có lợi.
Khi cộng sinh, vi nấm biển có thể cung cấp năng lượng cho vật chủ hoặc chia sẻ lợi ích từ chức năng bảo vệ của vật chủ.