MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Thế kỉ 21 được xem là kỉ nguyên của ngành công nghệ sinh học. Nhiều nước tiên tiến trên thế giới đang dồn rất nhiều tài nguyên nhằm phát triển công nghệ, tìm kiếm các hợp chất mới với mục đích chăm sóc sức khỏe con người, cũng như những tham vọng lớn trong lĩnh vực nghiên cứu gen, dược phẩm. Y tế, sức khỏe cộng đồng luôn là lĩnh vực được quan tâm hàng đầu, nhất là trong bối cảnh tỉ lệ mắc các bệnh ung thư, béo phì, tim mạch ngày càng cao do chế độ sinh hoạt không lành mạnh hoặc sử dụng nhiều thực phẩm chế biến công nghiệp với đầy rẫy chất phụ gia, bảo quản. Các dược phẩm, thực phẩm chức năng ngày một phổ biến và được nghiên cứu nhiều hơn nhờ sự phát triển của khoa học kĩ thuật.
Các hoạt chất có nguồn gốc tự nhiên đang được chú ý khai thác bởi những lợi ích nâng cao sức khỏe hay khả năng chữa bệnh với hoạt tính sinh học tuyệt vời của chúng. Đặc biệt việc sử dụng các hoạt chất tự nhiên được cho là biện pháp lâu dài và tối ưu hơn, giảm thiểu nguy cơ tác dụng phụ của các loại hóa dược. Đó cũng chính là lí do các nhà khoa học đã và đang quan tâm nhiều hơn đến các chất chiết xuất có nguồn gốc tự nhiên từ động thực vật và đặc biệt là từ các loài cá, nhuyễn thể sinh sống trong môi trường nước, bởi sự dồi dào của nguồn tài nguyên này. GAGs, có tên đầy đủ là Glycosaminoglycans, chính là một trong số đó, một hợp chất tự nhiên vô cùng quý giá được phân lập từ tảo nâu và động vật biển không xương sống.
Glycosaminoglycans là hợp chất glycan sulfate hóa với thành phần cấu tạo chính bởi nhóm các hexosamine, uronic acid hoặc galactose. GAGs được phân thành nhiều nhóm như chondroitin sulfate, heparin, heparan sulfate, dermatan sulfate và keratan sulfaten với mỗi nhóm mặc dù có cấu trúc tương đồng nhưng thành phần cấu tạo thì khác nhau. Những polysaccharide sulfate này được biết đến bởi hoạt tính sinh học đa dạng, có giá trị chữa bệnh cao như tác dụng làm tan máu đông, chống tạo mạch, kháng u, kháng viêm, chữa huyết áp cao, chống oxi hóa, kháng virus… [1][2]. Điều này làm cho việc nghiên cứu hoạt chất trên ngày càng phổ biến nhằm khám phá và tận dụng các lợi ích sinh học to lớn của chúng.
Trong đó phải kể đến những nghiên cứu về GAGs phân lập từ hải sâm, một sinh vật biển đa dạng về loài, phân bố rộng khắp các vùng biển trên thế giới. Các nghiên cứu chỉ ra có hai 2 nhóm chủ yếu, riêng biệt của GAGs phân lập từ hải sâm bao gồm: fucan sulfate (FS) và fucosylated chondroitin sulfate (FCS). Hai nhóm này ở hải sâm có các đặc điểm đặc biệt hơn những GAGs được phân lập từ động thực vật khác. FS ở hải sâm là polyme mạch thẳng bao gồm các gốc fucose và/hoặc fucose (sulfate).
Cấu trúc tuyến tính làm cho việc nghiên cứu sẽ dễ tiếp cận hơn so với FS có cấu trúc phức tạp khi phân lập từ tảo nâu. FS từ các loại hải sâm khác nhau sẽ chủ yếu khác nhau về vị trí thế và hàm lượng các nhóm sulfate trong gốc fucose [1]. FCS là polyme phân nhánh có cấu trúc bao gồm các đơn vị disaccharide lặp lại β-D-GalNAc và β-D-Gluc. Cấu trúc mạch FCS ở hải sâm cũng tương tự như chondroitin có nguồn gốc từ động vật có vú nhưng đặc biệt hơn bởi cấu trúc phân nhánh chủ yếu ở vị trí C-3 của gốc glucuronic acid [3].
FCS của các loài hải sâm khác nhau cũng sẽ khác nhau về cấu trúc mạch nhánh (số lượng, cách phân nhánh) và mức độ sulfate trong mạch chính [4]. Có nhiều nghiên cứu về GAGs ở hải sâm trên thế giới và những nghiên cứu này đã chỉ ra sự khác biệt đáng kể về đặc tính sinh học của các hợp chất GAGs từ những loài hải sâm khác nhau. Sự khác biệt này dựa trên sự khác nhau về cấu trúc của các GAGs. Do đó giá trị khai thác và sử dụng cũng sẽ khác nhau đáng kể.
Vậy nên việc phân lập và làm rõ đặc điểm cấu trúc của GAGs từ các loài hải sâm là quan trọng, mang tính định hướng khoa học nhằm tìm kiếm, phát triển các loại dược phẩm, thực phẩm giúp nâng cao sức khỏe từ nguồn tài nguyên biển dồi dào này. Holothuria leucospilota là một trong những loài hải sâm có phân bố tự nhiên ở nhiều vùng biển phía Bắc Việt Nam. Nhưng đến nay vẫn chưa có nghiên cứu nào công bố về hợp chất glycosaminoglycan từ loài hải sâm này tại Việt Nam. Do đó, việc thực hiện đề tài “Phân tích đặc trưng cấu trúc của glycosaminoglycan được chiết tách từ hải sâm Holothuria leucospilota (Brandt, 1835)” là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn.
Kết quả nghiên cứu trong đề tài này sẽ góp phần cung cấp cơ sở khoa học cho các nghiên cứu tiếp theo, cũng như tạo tiền đề cho việc khai thác và phát triển bền vững nguồn tài nguyên sinh vật biển nói chung, nguồn hải sâm ở nước ta nói riêng. 3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Chiết tách và phân tích một số đặc trưng cấu trúc của glycosaminoglycan từ hải sâm Holothuria leucospilota. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Chiết tách, thu nhận glycosaminoglycan từ hải sâm Holothuria leucospilota. - Tinh chế phân đoạn glycosaminoglycan bằng phương pháp sắc ký.
- Xác định tỉ lệ thành phần hóa học của các phân đoạn glycosaminoglycan từ Holothuria leucospilota (carbohydrate tổng, tỉ lệ sulfate, tỉ lệ acid uronic, tỉ lệ protein). - Xác định một số đặc điểm cấu trúc các phân đoạn glycosaminoglycan từ loài hải sâm Holothuria leucospilota. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Cơ sở khoa học Kết quả nghiên cứu từ đề tài sẽ là số liệu khoa học mới về thành phần hóa học và đặc trưng cấu trúc của glycosaminoglycan được phân lập từ loài hải sâm Holothuria leucospilota ở vùng biển Nha Trang, Khánh Hòa. Góp phần làm phong phú công trình nghiên cứu chung về hải sâm.
Tính thực tiễn Kết quả nghiên cứu từ đề tài sẽ tạo tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo. Từ đó giúp mở rộng hướng đi trong việc tìm kiếm, khai thác và sử dụng các hoạt chất sinh học từ nguồn sinh vật biển nói chung và hải sâm nói riêng. Không những tăng cường sức khỏe xã hội, mà còn nâng cao giá trị sử dụng của hải sâm. Cho ta cái nhìn tổng thể về hướng khai thác, bảo tồn, phát triển nguồn tài nguyên biển.
NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN VĂN Luận văn chỉ ra hàm lượng glycosaminoglycan được chiết tách từ hải sâm H. leucospilota qua đó làm sáng tỏ một vài đặc trưng cấu trúc của hợp chất trên từ loài hải sâm này; góp phần bổ sung số liệu khoa học cho những nghiên cứu tiếp theo về hải sâm ở Việt Nam và trên thế giới. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. GIỚI THIỆU VỀ HẢI SÂM 1.
Giới thiệu chung về hải sâm Hải sâm, tên khoa học là "Cucumis marimus", một loại động vật không xương sống thuộc ngành Da gai (Echidermata), cùng ngành với sao biển, nhím biển, là nguồn thực phẩm quan trọng cho con người, đặc biệt là ở một số vùng của Châu Á [5]. Chúng đã xuất hiện ở các đại dương cách đây 540 triệu năm trong suốt quá trình tiến hóa [6]. Lớp hải sâm rất phong phú, đa dạng về loài, nhiều trong số đó mang lại giá trị dinh dưỡng cao nên cũng được quan tâm khai thác, nuôi trồng và thương mại hóa. Một vài đại diện tiêu biểu có giá trị kinh tế cao phải kể đến như hải sâm vú (Holothuria nobilis), hải sâm vú trắng (Holothuria fuscogilva), hải sâm cát (Holothuria scabra), hải sâm đen (Holothuria vagabunda),.
Số khác thì đứng trước nguy cơ tuyệt chủng nên đang được bảo tồn, bảo vệ như hải sâm lựu (Thelenota ananas), hải sâm dừa (Actinopyga mauritiana). Cấu tạo chung của hải sâm Về cấu tạo, hải sâm là loài xương trong, có cơ thể thon dài giống với cái tên "dưa chuột biển" của nó. Miệng nằm ở mặt bụng- một đặc trưng của loài thủy sinh tầng đáy, quanh miệng có vành tua rõ rệt. Hậu môn nằm cuối thân.
Cơ thể có 2-3 hàng gai thịt lớn dạng hình nón khá dài chạy dọc theo hai đường biên ở lưng. Mặt bụng phẳng có 3 dải chân ống hình trụ, nhỏ và dài, cuối chân có đĩa bám [7]. 5 Nguồn thức ăn của hải sâm đến từ các xác chết của động vật, phù du và các vụn hữu cơ dưới biển. Trong quá trình tìm kiếm thức ăn, hải sâm còn làm sạch cát và đá vôi nhỏ bằng cách "lọc" chúng qua đường ruột của mình, theo Crozier (1918) đã ước tính rằng trong 1,7 dặm vuông đáy biển ở Harrington Sound, Bermuda, có khoảng 500-1000 tấn cát được làm sạch bằng cách này hàng năm (coi chiều dài trung bình của hải sâm là 27 cm và trọng lượng khô của cát chứa trong ruột nó là 46 gam) [8].
Hải sâm góp phần ngăn ngừa sự tích tụ chất hữu cơ trong trầm tích biển và có thể giúp kiểm soát tác động của các tác nhân gây bệnh, làm thay đổi thành phần hóa học nước biển một cách tích cực [9]. Lớp Holothuroidea đại diện cho 90% sinh khối đáy biển sâu, do đó các loài của nó được coi là một trong những sinh vật chiếm ưu thế nhất trên thế giới [10] [11]. Hải sâm có đặc tính bắt mồi khá thụ động, do cấu tạo cơ thể không cho phép chúng di chuyển linh hoạt. Chính vì vậy, con mồi của hải sâm là những loài trôi nổi trong sóng biển mắc phải xúc tu của nó, hoặc để kiếm thức ăn, chúng phải di chuyển đến khu vực có nhiều rác hữu cơ như xác chết, thức ăn thừa của quá trình nuôi nhốt thủy sản.
Do vậy cũng dễ hiểu khi các quần thể loài này có thể được phát hiện cạnh các trang trại thủy sản của con người [12]. Cơ chế phòng vệ của hải sâm cũng rất đặc biệt tương tự như các loài động vật trong ngành da gai khác. Đó là cơ chế loại bỏ một phần phụ, hoặc một bộ phận cơ thể khi gặp nguy hiểm [13]. Số ít sẽ tiết chất độc qua da khi bị đe dọa.
Hải sâm có thể sinh sản vô tính lẫn hữu tính. Tuy nhiên hải sâm chủ yếu là loài phân tính và chúng sẽ sinh sản bằng cách phóng tinh trùng và trứng vào nước biển, trứng thụ tinh và phát triển ngoài cơ thể mẹ. Cũng có một số trường hợp trứng phát triển thành cá thể con ngay trong cơ thể mẹ. Quá trình này phụ thuộc vào thời tiết, các cá thể có thể tạo ra hàng ngàn giao tử trong thời kì sinh sản nếu như điều kiện thuận lợi [14].