MỞ ĐẦU Rong biển là nơi cư trú của nhiều loài sinh vật như vi khuẩn, vi nấm, vi tảo, ấu trùng giáp xác, virus, trong đó vi khuẩn chiếm chủ yếu, với mật độ 102-107 CFU/cm2 mẫu, với vi nấm khoảng 104 CFU/cm2. Vi sinh vật có thể sống trên bề mặt rong (vsv bám), hoặc sống trong các mô rong (VSV nội sinh). Các vi sinh vật đó có vai trò khác nhau và có liên quan đến sức khỏe cây rong. Chúng có thể hỗ sinh, hoại sinh, gây bệnh hoặc ôn hòa.
Bề mặt rong là nơi có tính cạnh tranh cao (không gian, thức ăn), khắc nghiệt (do vsv tiết chất kháng lại vi sinh hoặc do cây chủ tự sản xuất chất tiêu diệt vsv có hại) nên các vi sinh trên rong có tính đặc thù nhất định và có cơ chế đặc biệt mới tồn tại được. Sự đa dạng vsv trên một loài rong nhất định phụ thuộc vào nhiều yếu tố (mùa trong năm, nhiệt độ, môi trường biển. Như vậy có thể thấy rong là nguồn để phân lập nhiều vi sinh vật mới. Mối quan hệ giữa vi sinh vật và cây rong chủ đã được xác định.
Một loạt các đặc điểm vật lý, hóa học, sinh học trên bề mặt rong được cho là có vai trò quan trọng đến số lượng cũng như thành phần vi sinh vật trên rong. Các tác nhân như dịch tiết của rong, oxi từ rong, CO2, dịch tiết vi sinh vật, có tính chất quyết định đến số lượng quần thể sống trên rong. Rong cung cấp oxi và các chất hữu cơ, cho vi sinh vật sinh sống. Trong khi đó, vi sinh vật cung cấp trở lại CO2, chất khoáng và các chất trao đổi thứ cấp có khả năng bảo vệ rong khỏi các sinh vật gây thối, gây bệnh cho rong, các chất kích thích sinh trưởng (auxin.
Như một số vi sinh vật cố định đạm (Agrobacterium và Rhizobium) cung cấp nguồn nitơ cho rong chủ. Vi sinh vật sản xuất chất xua đuổi các động vật ăn rong và các enzyme (peroxidase, catalase) làm trung hòa các gốc tự do (ROS) do rong tạo ra, làm giảm thiệt hại cho rong. Các chất hữu cơ, chất trao đổi thứ cấp ở rong cũng có tác dụng lựa chọn các loài vsv nhất định sống trên chúng, đảm bảo lợi ích cho rong. Một số vi khuẩn oxi hóa amonium được phát hiện trên rong với số lượng tương đối nhiều, có vai trò giải độc nitrat cho rong.
Như vậy có thể thấy mối quan hệ hỗ sinh giữa rong và vi sinh vật thể hiện ở chỗ rong cung cấp các chất dinh dưỡng hữu cơ cho vi khuẩn có lợi, mặt khác, vi khuẩn sản xuất chất kháng sinh tiêu diệt hoặc làm giảm sự cố định của các vi khuẩn có hại, gây bệnh cho rong chủ. Theo nhiều công bố, có từ 30-50% vi khuẩn trên rong có khả năng sản xuất chất đối kháng vi sinh vật, tỷ lệ này cao hơn rất nhiều so với tỉ lệ vi sinh vật sống tự do trong nước biển hoặc bùn đáy (<10%). 2 Ngoài vi khuẩn sống trên rong, nấm men và nấm mốc cũng thường được phân lập và nghiên cứu. Tuy mật độ nấm được cho là thấp hơn so với vi khuẩn, nhưng chúng cũng thể hiện sự đa dạng cao về loài.
Việt Nam là nước nhiệt đới, có nguồn tài nguyên sinh vật, đặc biệt vi sinh vật rất phong phú và đa dạng. Để sinh tồn, vi sinh vật có nhiều cơ chế sinh lý, sinh hóa khác nhau nhằm thích nghi với môi trường sống đặc biệt và khắc nghiệt. Sự cạnh tranh bằng việc sản xuất các chất trao đổi thứ cấp, đặc biệt hợp chất đối kháng lại hoặc xua đuổi các vi sinh vật khác được coi là phổ biến và hiệu quả. Ở nước ta, chưa có nhiều các báo cáo, công bố nghiên cứu về hệ sinh thái vi sinh vật vùng trồng rong, trên cây rong.
Việc nghiên cứu đặc điểm sinh lý, sinh hoá các chủng vi sinh vật sống bám trên rong, từ đó đưa ra các biện pháp cần thiết và hữu ích nhằm bảo tồn phát triển hệ sinh thái rong biển bền vững, hiệu quả… Xuất phát từ thực tiễn trên, nhằm khảo sát đặc điểm, sự đa dạng các vi sinh vật và hoạt tính sinh học từ các vi sinh vật sống bám trên rong, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu đặc điểm và hoạt tính sinh học của một số chủng vi sinh vật liên kết với rong sụn Kappaphycus alvarezii ở vùng biển Nha trang, Khánh hòa, định hướng sử dụng trong y dược học”. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài: Mục tiêu nghiên cứu: Đánh giá sự đa dạng của vi sinh vật liên kết với rong Kappaphycus alvarezii theo phương pháp nuôi cấy được và không thông qua nuôi cấy metagennomic (nấm và vi khuẩn), phân lập và xác định cấu trúc hóa học của một số hợp chất có hoạt tính sinh học (kháng sinh, gây độc tế bào, chống oxy hóa) từ chủng có hoạt tính sinh học cao. Nội dung nghiên cứu. Phân lập, sàng lọc một số chủng vi khuẩn và vi nấm có hoạt tính kháng sinh liên kết với rong Kappaphycus alvarezii ở vịnh Vân Phong Khánh Hòa.
Nghiên cứu sự đa dạng của vi khuẩn và vi nấm trên rong biển bằng phương pháp sinh học phân tử (16S với vi khuẩn 18S với vi nấm) trên các mẫu thu thập. Lên men, đánh giá hoạt tính sinh học các chủng vi khuẩn và vi nấm sống liên kết với rong có hoạt tính sinh học tiêu biểu ở vịnh Vân Phong, Khánh Hòa. Nghiên cứu điều kiện lên men rắn thích hợp cho chủng vi nấm tiêu biểu tạo ra các chất có hoạt tính sinh học cao, tối ưu hóa quá trình lên men. Phân lập, tinh sạch, xác định cấu trúc hóa học và đánh giá hoạt tính sinh học 3 của các hợp chất phân lập.
Những đóng góp mới của luận án: 1. Đây là công trình đầu tiên kết hợp sinh học phân tử hiện đại metagenomic với phương pháp nuôi cấy truyền thống để phân tích, so sánh và đánh giá sự đa dạng cũng như chức năng của VSV lên cây rong chủ (Kappaphycus alvarezii) ở Việt Nam. Đã đánh giá được sự đa dạng của quần thể vi khuẩn và vi nấm trên loài rong Kappaphycus alvarezii dựa vào phương pháp giải trình tự gen và phân tích metagenomics. Đã tách chiết và xác định được công thức hóa học của 10 hợp chất từ chủng vi nấm Aspergillus micronesiensis, có hoạt tính kháng sinh, hoạt tính gây độc tế bào, chống oxy hóa.
Trong 10 hợp chất phân lập được có 3 hợp chất mới là; Aspersiensis A (AM8A1): Aspersiensis B (AM8B1): Aspersiensis C (AM8B2) và 07 hợp chất AM3A1 (4-hydroxybenzaldehyde), AM3D: (22E,24R)-5α,8α-epidioxy-24-methyl-cholesta-6,22- dien-3β-ol), AM4F1: 2-O-methylbutyrolactone II, AM6E1: 1,3-dihydro-4,5,6- trihydroxy-7-methylisobenzofuran, AM6E2: Epicoccone B (5,6,7-trihydroxy-4-methyl- 1(3H)-isobenzofuranone), AM7H: epicoccolides B, AM8D: epicoccolide A. Các hợp chất này là lần đầu tiên được phân lập từ chủng nấm Aspergillus micronesiensis liên kết với rong Kapapphycus alvarezii. Tổng quan về rong biển trên thế giới. Rong biển là đối tượng nuôi trồng thủy sản quan trọng được trồng rộng rãi trên thế giới.
Theo tài liệu của FAO (2014), rong biển được trồng ở 33 quốc gia và lục địa trên thế giới. Các quốc gia trồng rong biển trọng điểm của thế giới chủ yếu tập trung ở châu Á bao gồm Trung Quốc, Indonesia, Philippine, Malaysia, Hàn Quốc, Nhật Bản, Tanzania và Solomon. Đặc biệt làTrung Quốc và Indonesia là hai quốc gia trồng rong biển nhiều nhất, chiếm 81,4% tổng sản lượng rong biển thế giới [2]. Sản lượng rong biển nuôi trồng thế giới trên liên tục tăng, đặc biệt là những thập kỷ gần đây.
Năm 1990, sản lượng rong biển nuôi trồng cả thế giới khoảng 3,76 triệu tấn tươi. Đến năm 2000, sản lượng này là 9,3 triệu tấn tươi và tăng lên 19 triệu tấn vào năm 2010. Như vậy, chỉ trong vòng 2 thập kỷ (1990-2010), sản lượng rong biển nuôi trồng trên thế giới đã tăng khoảng 5 lần. Gần đây, năm 2012, sản lượng rong biển trồng trên thế giới là 23,8 triệu tấn tươi.
Rong biển khai thác tự nhiên có sản lượng là 1,1 triệu tấn tươi tương đương 4,6% sản lượng rong trồng thương phẩm (FAO, 2014). Trong những năm tới, sản lượng rong biển nuôi trồng dự báo sẽ tiếp tục tăng lên để đáp ứng nhu cầu nguyên liệu cho phát triển công nghiệp sản xuất hàng hóa và cả thiện chất lượng môi trường [3, 4]. Bên cạnh các nước có nghề trồng rong phát triển như Trung Quốc, Nhật Bản, Philippin, Hàn quốc, Triều Tiên, Chile, Malaysia, Tanzania, Indonesia, Kiribati, hiện nay nghề trồng rong đã phát triển tại hơn 20 nước khác. Sản lượng rong hàng năm trên thế giới là hơn 140.
Mặc dù rong biển thế giới rất đa dạng (có tới 10.000 loài đã được phân loại (www.org), nhưng số rong biển có thể nuôi trồng khá khiêm tốn. Theo Titlyanov và Titlyanova (2010), có 17 chi rong biển đang được nuôi trồng trên thế giới bao gồm: Agardhiella, Eucheuma, Gelidium, Gigartina, Gracilaria, Hydropuntia, Hypnea, Kappaphycus, Meristotheca, Porphyra (ngành rong đỏ- Rhodophyta); Saccharina, Laminaria, Undaria, Cladosiphon (ngành rong nâu- Phaeophyta), Monostroma, Ulva, và Caulerpa (ngành rong lục- Chlorophyta). Trong đó, các chi Agardhiella, Gelidium, Gigartina, Porphyra, Saccharina, Laminaria, Undaria, Monostroma, và Ulva được trồng chủ yếu ở vùng ôn đới, Eucheuma, Gracilaria, 5 Hydropuntia, Hypnea, Kappaphycus, Cladosiphon, và Caulerpa được trồng chủ yếu ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới. Theo thống kê của FAO (2014), năm nhóm rong biển trồng phổ biến nhất hiện nay là rong sụn Kappaphycus alvarezii và Eucheuma spp., rong bẹ Nhật Bản (Laminaria japonica), rong câu (Gracillaria spp.), rong bẹ Udaria pinatifida và rong mứt (Porphyra spp.
Trong các nhóm này, nhóm rong sụn có sản lượng trồng nhiều nhất (khoảng 8,2 triệu tấn tươi chiếm 34,5% tổng sản lượng rong biển toàn cầu) sau đó là rong bẹ Nhật Bản và rong câu với sản lượng lần lượt là 5,8 và 2,85 triệu tấn tương đương 24,4% và 12% tổng sản lượng rong biển toàn cầu 1. Tình hình rong biển ở Việt nam Với chiều dài hơn 3.260 km, diện tích hơn một triệu km2, vùng biển nước ta được đánh giá là một trong 16 trung tâm đa dạng sinh học cao của thế giới. Vì vậy, công tác điều tra, nghiên cứu môi trường và tài nguyên sinh vật biển là vấn đề cần được quan tâm nhiều. Việt Nam có lợi thế và tiềm năng to lớn (gần 100 loài rong kinh tế phân bố và diện tích trồng rong tiềm năng khoảng 900.000 ha) để phát triển rong biển thành ngành sản xuất chủ lực trong tương lai.
Hiện nay, 07 loài rong kinh tế (Rong nho - Caulerpa lentillifera, Rong câu chỉ vàng - Gracilaria tenuistipitata, Rong câu thắt - Gracilaria firma, Rong câu cước - Gracilariopsis bailinae, Rong sụn - Kappaphycus alvarezii, Rong bắp sú - Kappaphycus striatus, Rong sụn gai - Eucheuma denticulatum) đang được trồng phổ biến ở Việt Nam. Theo báo cáo của Tổng cục Thủy sản năm 2022, hiện diện tích tiềm năng trồng rong sụn cả nước khoảng 900 nghìn ha (tương đương 600 - 700 nghìn tấn rong khô/năm).