Chương 1. Vi sinh vật sống trên rong biển và mối quan hệ giữa chúng 1. Rong biển Rong biển là tảo lớn (macro algae) sống ở biển và có cấu tạo đa bào (multicellular). Chúng chủ yếu là những sinh vật quang tự dưỡng và được chia làm 3 ngành chính gồm: ngành rong đỏ (Rhodophyta), ngành rong nâu (Phaeophyta) và ngành rong lục (Chlorophyta) [25].
Rong biển khác thực vật bậc cao ở chỗ chúng không thực sự có rễ, thân hoặc lá. Tuy nhiên, ở những loài rong lớn, chúng thường xuất hiện rễ giả hoặc một phần có hình dạng như thân cây gọi là cuống (stipe) hay hình dạng phiến mỏng giống lá (như ở chi Laminaria). Một vài loài có kiểu đĩa dẹt (như rong lục Ulva). Ở những loài rong biển nhỏ, chúng cấu trúc dạng sợi là chủ yếu.
Rong biển có chứa nhiều polysaccharide (từ 20-76%), protein (15-40%), carotenoid, các khoáng chất và các axit béo không no như omega-3 (acid béo), docosahexanoic acid (DHA). Nhiều thành phần hoạt chất trong đó đã được chứng minh là có khả năng giúp cải thiện sức khỏe và ngăn ngừa các bệnh tật liên quan đến chuyển hóa [19]. Vi sinh vật sống trên rong biển Vi sinh vật là thành phần thiết yếu của sinh quyển, đặc biệt ở biển chúng đa dạng và có số lượng rất lớn. Một mL nước biển chứa hàng triệu vi rút, vi khuẩn, hàng nghìn nấm, các vi tảo và hàng trăm cấu trúc nhỏ, bào tử [10].
Các yếu tố môi trường biển sẽ hỗ trợ việc tạo các màng sinh học (biofilm) trên bề mặt sinh vật sống như rong, động vật, thực vật trôi nổi là nơi sống của các vi sinh vật nhỏ khác. Rong biển và quần thể vi sinh tạo nên một hệ sinh thái phức tạp và luôn biến động, gồm các loại vi sinh vật đa dạng (Hình 1. Quần thề vi sinh vật sống trên bề mặt rong, trong đó vi khuẩn là thành phần chiếm ưu thế, tiếp theo là các vi tảo và nấm biển [12]. Trong khi một số rong biển có chứa nhiều vi sinh vật cố định trên chúng, thì có những rong khác hầu như không có vi khuẩn bám cho dù chúng sống 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com trong cùng môi trường.
Điều này chứng tỏ rằng cơ chế chống xâm nhập của rong chỉ xảy ra trên một số rong nhất định [39]. Bằng các phương pháp khác nhau như: phương pháp nuôi cấy truyền thống; phương pháp sử dụng kính hiển vi và phương pháp sinh học phân tử phân tích ADN ribosome. Ta có thể phát hiện được nhiều loài vi sinh vật sống trên rong. Một số hình thức sống của vi sinh vật trên rong: + Hình thức sống bám (epibiosis): vi sinh vật cố định và sống trên bề mặt của rong.
Dạng sống này thường tạo màng sinh học (biofilm) trên rong và đôi khi gây hại cho rong, hạn chế sự sống và tính đàn hồi của mô. Màng cũng có thể hạn chế sự trao đổi khí và giảm cường độ ánh sáng, giảm hoạt động quang hợp [6]. + Hình thức sống nội sinh (endobiosis): vi sinh vật sống bên trong mô của rong và chúng không gây triệu chứng nhiễm bệnh hay tác hại cho rong. Có tác giả cho rằng trong quá trình tiến hóa một số vi sinh vật có khả năng xâm nhập mô chủ và cùng tiến hóa, thích nghi với môi trường bên trong cơ thể.
Chúng có thể sống nội sinh bắt buộc hoặc tùy tiện [11]. Chúng có thể đóng vai trò hỗ sinh, hoại sinh, gây bệnh hoặc ôn hòa đối với rong. Các vi sinh vật bám hoặc nội sinh ở rong biển đa dạng hơn so với các động thực vật đa bào khác. Vi sinh vật sống nội sinh và trên rong 1.
Đa dạng vi sinh vật sống trên rong Phương pháp phân lập thường được áp dụng để tìm các loài mới, nuôi cấy và ứng dụng chúng vào các lĩnh vực công nghệ sinh học, y dược. Manmadhan (2008) phân lập 92 chủng vi sinh vật từ 9 loài tảo đỏ. Trong số đó, có 33 loài có hoạt tính kháng vi sinh vật, một số thuộc nhóm Bacillus, Vibrio, Microbacterium và Psychrobacter [15]. Trong nghiên cứu khác của tác giả Mahadevan và cs (2013) tìm thấy 10 loài vi khuẩn đã được phân lập từ rong Ulva reticulata.
Trong số đó, 2 loài Bacillus sp. và Pseudomonas sp. có hoạt tính kháng vi khuẩn. Ở rong Ascophyllum nodosum có 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 25 vi khuẩn được phân lập, chủ yếu thuộc 3 chi Vibrio, Fladobacterium và Pseudomonas với mật độ cao hơn nghìn lần so với ở môi trường nước [26].
Zifeng (2009) đã phân lập và phân tích sự đa dạng của vi khuẩn ở 4 loài rong thuộc chi Gracilaria, Ulva pertusa, Laminaria và Polysiphonia. Kết quả cho thấy, 4 loài vi khuẩn thuộc chi Vibrio gồm Halomonas venusta, Vibrio tasmaniensis, Vibrio lentus và Vibrio splendidus. Rong Polysiphonia có mật độ và sự đa dạng cao hơn cả, rong lục Ulva pertusa chỉ chứa 1vi khuẩn là V. lentus, rong câu đỏ Gracilaria chứa 1 loài Halomonas venusta [20].
Rong lục Ulva pertusa có 4 chi vi khuẩn được phát hiện là Vibrio, Micrococcus, Aeromonas và Enterobacterium. yezoensis có 5 chi vi khuẩn gồm Vibrio, Staphylococcus, Micrococcus, Enterrobacteriaceae và Corynebacterium. Trong số đó, Vibrio sp. được phân lập với tần suất và số lượng nhiều hơn cả [20].
Zheng và cs (2005) đã phân lập 175 chủng vi khuẩn từ 7 loại rong biển khác nhau, với số lượng là 18-40 chủng cho mỗi rong [37]. Boyd và cs (1999) phân lập vi khuẩn bám trên 7 loài rong bao gồm rong lục, rong nâu và rong đỏ. Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng 6 loại môi trường khác nhau cho phân lập [16]. Kết quả tác giả thu được 280 chủng với mỗi môi trường sử dụng, trung bình phân lập được 8-9 chủng.
Các loài thuộc chi Pseudoaltermonas, Alteromonas, Brevibacterium, Bacillus, Vibrio, Staphylococcus, Micococcus, Leucobacter, Salinispora, Eutintinnus được phân lập trong 6 loài rong [34]. Năm 2008, Wiese và cs đã nghiên cứu rất tỉ mỉ về vi sinh vật trên rong nâu Laminaria saccharina bằng phương pháp phân lập trên nhiều loại môi trường và mẫu thu trong thời gian 2 năm. Tác giả đã phân lập được 103 chủng vi khuẩn thuộc 21 chi khác nhau trong nhóm Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria. 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. Loque (2010) phân lập nấm ở ba loài rong là Adenocystis utricalaris, Desmarestia anceps và Palmaria decipiens ở Nam cực thì thu được tổng số 75 loài nấm, trong đó có 27 loài nấm sợi và 48 loài 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com nấm men. Các nấm thuộc các chi Geomyces, Antarctomyces, Oidiodendron, Penicillium, Phaeosphaeria, Aureobasidium, Cryptococcus, Leucosporidium, Metschnikowia và Rhodotorula [24].utricularis chứa tới 25 loài nấm sợi, trái lại D.anceps chỉ có 2 loài nấm sợi. Loài nấm Geomycespannorum tập trung nhiều nhất ở loài rong A.
Zuccaro và cs (2008) phân lập nấm từ rong nâu Fucus serratus với các mẫu rong thu thập ở các vị trí địa lý và tại mùa khác nhau trong năm. Kết quả tác giả phân lập được 42 loài nấm (336 isolate), nằm trong 35 chi khác nhau. Theo tác giả, các nấm thường gặp nhất là Sterilia mycelia (56 isolate), Sigmoidea marina (56 isolate), Cladosporium sp. Điều đặc biệt, các rong khỏe mạnh thì có độ đa dạng nấm và tần suất xuất hiện cao hơn so với rong bị bệnh [38].
*Các phương pháp sinh học phân tử hiện đại (metagenomes, thư viện gene rDNA, PCR-DGGE và T-RFLP) xác định sự đa dạng của vi sinh vật trên rong Như đã biết, các vi sinh vật trong môi trường biển rất đa dạng. Tuy nhiên, chỉ 0,1-2% trong số chúng có thể được phân lập, nuôi cấy mục đích nghiên cứu các đặc tính lý hóa học và đặc tính sinh học. Các vi sinh vật phân lập chưa phản ánh được sự đa dạng của quần thể vi sinh vật trong môi trường nhất định. Vì vậy, việc nghiên cứu quần thể vi sinh vật ở rong biển không qua nuôi cấy, sử dụng kỹ thuật sinh học phân tử là rất quan trọng và hữu hiệu [8].
Việc ứng dụng đặc điểm của các phương pháp như PCR-DGGE, T-RFLP, cloning/sequencing hoặc pyrosequencing đã được đề cập chi tiết [36]. Ở rong lục Ulva australis, các nhóm vi khuẩn Alphaproteobacteria và Bacteroidetes là chiếm ưu thế. Đặc biệt là các họ sau Rhodobacteriaceae, Sphingomonadaceae, Flavobacteriaceaeand, Sapropiraceae. Rong đỏ Delisea pulchra mọc ở bờ biển Sydney cũng có các vi khuẩn thuộc Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Planctomycetia và Bacteroidetes, đặc biệt thuộc các họ Rhodobacteriaceae, Sphingomonadaceae, Flavobacteriaceae và Planctomycetaceae [3], [23].
Các nghiên cứu về quần thể vi sinh vật trên rong cho thấy mỗi loài rong đều có những loại vi sinh vật đặc hiệu cho loài rong đó và có thể không thấy trong môi 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com trường biển xung quanh. Ví dụ ở loài tảo bẹ Laminaria hyperborea, một đơn vị loài (OTU) được phát hiện ở 78% các mẫu tảo trong tất cả các mùa. Các vi sinh vật đặc hiệu này có thể thay đổi theo thời gian hoặc vị trí địa lý rong biển. Cùng một loài rong sẽ chứa thành phần vi sinh vật tương đối giống nhau, cho dù rong sống ở các vùng địa lý khác nhau.
Mặc dù vậy, cũng có các nghiên cứu cho thấy những nhận định sau về sự khác nhau của quần thể vi sinh vật trên một loài rong: vi sinh vật không đặc thù, và chúng có thể khác nhau ở các cá thể chủ cùng loài. Loài rong Ulva australia sống ở các vùng sâu khác nhau sẽ có sự sai khác về quần thể vi sinh vật (tới 40% sai khác, dựa vào phân tích DGGE). Khi phân tích trình tự rộng hơn, Burke và cs. (2011b) cho thấy dưới 20% trình tự gen 16S rRNA (tương đồng >97%) là có ở 6 mẫu rong Ulva australia.
Rong Laminaria hyperborea sống ở các vùng khác nhau, cũng có những quần thể vi sinh vật khác nhau trên chúng [33]. Quần thể vi sinh vật trên rong cũng khác nhau theo mùa, được thấy ở các loài như Fucus vesiculosus, Gracilaria vermiculophylla, và Ulva intestinali. Một số loài rong có sự khác nhau lớn đến mức không có các quần thể vi sinh vật đặc hữu. Bề mặt rong là nơi có tính cạnh tranh cao (không gian, thức ăn), khắc nghiệt do vi sinh vật tiết chất kháng lại vi sinh hoặc do cây chủ tự sản xuất chất tiêu diệt vi sinh vật 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 vi sinh vật trên một loài rong nhất định phụ thuộc vào nhiều yếu tố (mùa trong năm, nhiệt độ, môi trường biển). Rong là nguồn phân lập nhiều vi sinh vật mới. Mối quan hệ giữa vi sinh vật và cây rong chủ đã được xác định.