Đặt vấn đề Phân chia tế bào đã đƣợc biết đến nhƣ một quá trình quan trọng đối với toàn bộ sinh vật sống. Về cơ bản, sự phân chia tế bào ở các loài vi khuẩn đƣợc sắp xếp bởi một bộ phận phân chia. Trong bƣớc này, FtsZ, một guanosine-5′- triphosphatease (GTPase) hình thành polyme, th c đẩy quá trình phân chia tế bào vi khuẩn (Löwe & Amos, 1998). Đặc biệt, các protein FtsZ đóng vai trò nhƣ một công cụ điều hòa quá trình hình thành quá trình phân chia và tế bào học, khi nó tập hợp thành các sợi nguyên sinh để tạo nên một khuôn mẫu giống nhƣ chiếc nhẫn (Mcquillen & Xiao, 2020).
Các protein FtsZ ở các loài vi khuẩn đƣợc báo cáo là chia sẻ cách thức tƣơng tự với các tubulin trong các tế bào nhân chuẩn (Nogales j, 1998). Tuy nhiên, cho đến nay, thông tin về các protein FtsZ trong các tế bào nhân sơ khác nhau vẫn chƣa rõ ràng. Lactococcus là một chi vi khuẩn rất phổ biến thuộc họ vi khuẩn axit lactic (Batt, 2014). Chi này đã đƣợc báo cáo sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm, ví dụ, sản xuất các sản phẩm từ sữa.
Ở quy mô phân tử, quá trình phân chia tế bào, đặc biệt là các protein FtsZ của các nhóm chi này chƣa đƣợc mô tả đầy đủ. Xuất phát từ thực tiễn đó, t i đã thực hiện đề tài ―Phân tích codon đặc trƣng trong cấu trúc gen ftsZ mã hóa protein tham gia vào quá trình phân chia tế bào ở chi Lactococcus” Mục đ ch của nghiên cứu này là mô tả toàn diện các protein FtsZ đƣợc tìm thấy trong các nhóm chi Lactococcus bằng cách sử dụng các phƣơng pháp tin sinh học khác nhau. Đầu tiên, t i đã xác định các protein FtsZ trong tất cả các loài Lactococcus, hiện có sẵn trong cơ sở dữ liệu của Trung tâm Thông tin Công nghệ sinh học Quốc Gia (National Center for Biotechnology Information). Tiếp theo, các tính chất hóa lý của protein FtsZ đã đƣợc khám phá để hiểu rõ hơn về các đặc điểm điển hình của các phân tử này.
Tiếp theo tôi dự đoán cấu 1 trúc 3D của protein FtsZ. Cuối cùng, miền đƣợc bảo tồn cấu trúc các protein FtsZ trong các loài Lactococcus đã đƣợc nghiên cứu chuyên sâu. Mục đích và yêu cầu của đề tài 1. Mục đích của đề tài Đề tài đƣợc thực hiện nhằm xác định, phân tích cấu tr c và đánh giá biểu hiện gene mã hóa FtsZ ở chi Lactococcus nhằm bổ sung dữ liệu về nhân tố phân chia tế bào FtsZ liên quan đến vi sinh vật trong tiến hoá.
Yêu cầu của đề tài Đề tài nghiên cứu bao gồm các yêu cầu chính sau: - Xác định và chú giải họ gene mã hoá FtsZ ở chi Lactococcus. - Phân t ch đặc tính và phân nhóm của protein FtsZ ở chi Lactococcus. - Phân tích vị tr cƣ trú nội bào của protein FtsZ ở chi Lactococcus. - Xây dựng mô hình cấu trúc không gian của FtsZ ở chi Lactococcus.
- Phân tích cấu tr c đặc trƣng cho FtsZ ở chi Lactococcus. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 1. Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu này sẽ tạo cơ sở khoa học cho nghiên cứu tiếp theo về gene mã hóa FtsZ liên quan đến quá trình tiến hoá của chi Lactococcus và đồng thời cung cấp phƣơng pháp luận cho những nghiên cứu về vi sinh vật. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu này nhằm cung cấp những hiểu biết cơ bản về cấu trúc và biểu hiện gene mã hóa FtsZ.
2 PHẦN II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Tổng quan về chi Lactococcus Lactococcus là một chi của vi khuẩn lactic trƣớc đây đƣợc bao gồm trong chi Streptococcus. Một số loài thuộc chi Lactococcus đƣợc sử dụng để lên men nhằm sản xuất axit lactic L (+) từ glucose. Hiện nay, bảy loài của chi Lactococcus đã đƣợc công nhận bao gồm L.
Các loài thuộc loại L. Lactis là loài duy nhất đƣợc sử dụng trong công nghệ chăn nu i bò sữa và đƣợc chia thành bốn phân loài: L. Lactococcus đƣợc phân phối rộng rãi trong các sản phẩm sữa, thực vật, c n tr ng, cá và động vật. Hầu hết các loài Lactococcus đƣợc coi là an toàn, nhƣng L.
garvieae có thể gây bệnh cho ngƣời, cá và động vật. Chúng là các cầu khuẩn gram dƣơng, catalase âm, kh ng di động, đƣợc tìm thấy đơn lẻ, theo cặp hoặc thành chuỗi. Trong ngành công nghiệp sữa, các loài Lactococcus đƣợc sử dụng chủ yếu trong sản xuất axit lactic từ lactose, thủy phân casein, phân giải chất béo bằng hoạt động esterase yếu và lên men axit xitric. lactis đã đƣợc sử dụng trong nhiều ứng dụng y sinh.
Nguồn gốc, xuất xứ của chi Lactococcus Mặc dù có mối liên hệ phổ biến giữa L. lactis với các sản phẩm từ sữa, vi khuẩn này ban đầu đƣợc phân lập từ thực vật nơi nó đƣợc cho là không hoạt động, và chỉ trở nên hoạt động và nhân lên trong đƣờng tiêu hóa sau khi đƣợc tiêu thụ bởi động vật nhai lại. Có nguồn gốc từ chi Streptococcus và đƣợc phân loại lại thành chi Lactococcus vào năm 1985, L. lactis đƣợc chia thành ba phân loài là L.
Về mặt kiểu hình, nó đƣợc phân loại là vi khuẩn đƣờng ruột kỵ khí gram dƣơng, hình cầu, homolactate, không tạo bào tử, và không hình thành với 3 hàng trăm chủng và các chất sinh học đƣợc công bố cho đến nay. Lactococcus lactis đã đƣợc sử dụng trong nhiều thế kỷ trong quá trình lên men thực phẩm, đặc biệt là pho mát, sữa chua, dƣa cải bắp và các loại tƣơng tự, do đó khiến nó thƣờng đƣợc Cục Quản lý Thực phẩm và Dƣợc phẩm công nhận là an toàn. Ngoài việc truyền đạt hƣơng vị, L. lactis là một vi khuẩn lactic axit (LAB) cũng tạo ra axit để bảo quản thực phẩm.
Một số chủng tăng cƣờng hơn nữa đặc tính bảo quản này với việc sản xuất vi khuẩn, do đó củng cố vai trò của nó trong ngành công nghiệp thực phẩm. Ngoài chức năng quan trọng của nó trong thực phẩm, L. lactis đã trở thành m hình LAB khi nói đến công nghệ gen. Một số yếu tố bao gồm bộ gen đƣợc giải trình tự đầy đủ có k ch thƣớc nhỏ (2,3 Mbp) và sự phát triển của các công cụ kỹ thuật di truyền tƣơng th ch thành c ng nhƣ hệ thống nhân bản và biểu hiện với các tùy chọn có thể tùy chỉnh, đã khiến nó trở thành một m hình đáng mơ ƣớc.
Trong hai thập kỷ qua, L. lactis đã mở rộng ứng dụng của nó từ thực phẩm để trở thành một nhà máy sản xuất tế bào vi sinh vật thành công, và trong nhiều trƣờng hợp, hoạt động nhƣ một chất thay thế gram dƣơng cho Bacillus subtilis và Lactobacillus plantarum, hoặc đối tác gram âm của nó, Escherichia coli. Đặc điểm hình thái của chi Lactococcus Vi khuẩn thuộc chi Lactococcus có hình dạng nhƣ hình cầu hoặc tế bào hình trứng, có thể phát triển riêng lẻ, theo cặp hoặc theo chuỗi. Trong trƣờng hợp có hình dạng chuỗi, các ô sẽ kéo dài theo c ng hƣớng của chuỗi.
Chúng có nhiều plasmid có thể thay đổi k ch thƣớc từ 2 kb (Kilobase) đến hơn 100 kb. Thành tế bào bao gồm peptidoglycan và một ma trận các polysacarit, axit teichoic và protein. Lactococci về hình thái là vi khuẩn Gram dƣơng đồng tính, vi sinh, đặc trƣng bởi các tế bào hình trứng có k ch thƣớc 0,5-1,2 × 0,5-1,5 µm, xuất hiện riêng lẻ, từng cặp hoặc thành chuỗi, kh ng di động, không hình thành bào tử hoặc viên nang. lactis là một thành viên của nhóm vi khuẩn ƣa nhiệt tạo thành một 4 trong những thành phần chính trong cả nuôi cấy công nghiệp và thủ công.
Vai trò chính của lactococci trong quá trình lên men sữa liên quan đến quá trình chuyển hóa đƣờng lactose thành lactic axit và chuyển đổi protein sữa thành các hợp chất tạo hƣơng vị. Về hình thái tế bào, lactococci có các tế bào hình cầu hoặc hình trứng và phân bố đơn lẻ hoặc thành chuỗi. Chúng là các vi khuẩn Gram dƣơng, catalase âm, kỵ kh đa dạng, không chuyển động và không hình thành bào tử. Chúng có thể phát triển ở 10 ° C nhƣng kh ng phải ở 45° C, và lên men glucose bằng con đƣờng hexose diphosphate tạo ral (+) - axit lactic.
Ba bộ gen của lactococcal đã đƣợc giải trình tự hoàn toàn cho đến nay và có kích thƣớc từ 2,37 đến 2,53 Mbp, với hàm lƣợng G + C là ∼35 mol%. Hình thái của vi khuẩn Lactococcus (Nguồn: Poudel et al. Đặc điểm di truyền của chi Lactococcus Do tầm quan trọng trong công nghiệp của chúng, cả hai phân loài L. lactis đều đƣợc sử dụng rộng rãi làm mô hình trong nghiên cứu vi khuẩn axit lactic.
cremoris đƣợc đại diện bởi các chủng phòng thí nghiệm LM0230 và MG1363. lactis đƣợc đại diện trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu bởi "chủng ngựa lao", IL1403. Bắt đầu từ năm 2001, bộ gen của ba chủng vi 5 khuẩn này đã đƣợc xác định trình tự, dẫn đến sự hiểu biết ngày càng cao về những vi khuẩn này, đặc biệt là liên quan đến các ứng dụng của chúng. Bộ gen so sánh sẽ cung cấp thông tin về cách các chủng Lactococcus khác nhau đã th ch nghi với m i trƣờng của chúng, và cách chúng sử dụng các chất dinh dƣỡng sẵn có.
Phân tích bộ gen cũng cho thấy một số đặc điểm đáng ngạc nhiên, bao gồm các gen cho thấy vi khuẩn có thể thực hiện hô hấp hiếu khí và có thể trải qua quá trình truyền gen ngang bằng quá trình biến nạp. Nghiên cứu này đánh dấu một bƣớc quan trọng đối với việc hiểu và vận dụng L. lactis, đặc biệt là để cải thiện hƣơng vị, kết cấu và bảo quản 10 triệu tấn pho mát đƣợc sản xuất hàng năm. Kiến thức về trình tự bộ gen cũng sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho công việc hiện tại và tƣơng lai nhằm khai thác L.
lactis cho nhiều ứng dụng y tế và duy trì sức khỏe. Vai trò của chi Lactococcus 2. Vai trò trong ngành công nghiệp thực phẩm Lactococcus lactis có liên quan đến các vi khuẩn axit lactic khác nhƣ L. acidophilus trong đƣờng ruột của chúng ta và Streptococcus salivarius trong miệng.
Tuy nhiên, Lactococcus thƣờng kh ng cƣ tr trong m ngƣời và khác với nhiều vi khuẩn axit lactic khác ở khả năng chịu đựng pH, muối và nhiệt độ để phát triển, đây là những đặc điểm quan trọng liên quan đến việc sử dụng nó làm chất nuôi cấy khởi đầu trong công nghiệp sản xuất pho mát nhƣ Cheddar, Colby, pho mát tƣơi, pho mát kem, Camembert, Roquefort và Brie, cũng nhƣ các sản phẩm từ sữa khác nhƣ bơ nu i cấy, bơ sữa, kem chua và kefir.