Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU Giới thiệu Các loài Streptomyces là vi khuẩn Gram dương dạng sợi, hàm lượng G + C cao được tìm thấy trong môi trường đất, nước và cơ thể một số loài sinh vật. Streptomycetes có dạng sợi là nguồn cung cấp dồi dào các chất chuyển hóa có ý nghĩa trong công nghiệp và y dược. Nhiều hợp chất thứ cấp có hoạt tính sinh học cao, các hợp chất được tìm thấy trong Streptomycetes cho đến nay là kháng sinh, kháng u, hoặc hoạt động ức chế miễn dịch (Braña và cộng sự, 2015). Ngày nay, việc lạm dụng các loại thuốc kháng sinh đã dẫn đến số lượng ngày càng tăng các chủng vi khuẩn gây bệnh kháng thuốc.
Vấn đề tăng sức đề kháng, kháng kháng sinh và tác động tiêu cực của nó đối với sức khỏe con người, dẫn đến nhu cầu quan trọng là tìm kiếm những chất chuyển hóa có thể giải quyết vấn đề này (Tracanna và cộng sự, 2017, Durand và cộng sự, 2019). Khoa học gene đã được sử dụng để xác định các mục tiêu thuốc tiềm năng và phát hiện ra các cụm gene mới để sinh tổng hợp sản phẩm tự nhiên. Sự phát triển của công nghệ giải trình tự bộ gene đã được sử dụng để tìm kiếm chất chuyển hóa cũng như kháng sinh mới (Naughton và cộng sự, 2017). Tin sinh học kết hợp nhiều lĩnh vực khác nhau như toán học, công nghệ thông tin và sinh học và có thể được ứng dụng để xác định, phân tích các thông tin thiết yếu của toàn bộ bộ gen cũng như tiềm năng sản xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học quý như kháng sinh, phòng chống ung thư, hợp chất kháng sâu bệnh hại.
Các hợp chất hoạt tính sinh học được tìm ra bằng cách tìm các cụm gene sinh tổng hợp (BGC) bao gồm các gene được định vị gần nhau trong bộ gen vi khuẩn. Dựa trên các sản phẩm, BGCs đang được phân loại chung là enzym tổng hợp peptit không ribosome (NRPS), polyketide tổng hợp (PKS), peptit được sửa đổi sau phiên dịch (RiPP) và những peptit cho saccharide, terpenoit, lanthipeptit và những chất khác (Malik và cộng sự, 2020). Các chủng Streptomyces có thể tạo ra tới 100.000 chất chuyển hóa của chất kháng khuẩn, trong số đó chỉ một tỷ lệ nhỏ được báo cáo (Watve và cộng sự, 3 2001). Việc sử dụng các loại thuốc kháng sinh hiện nay trở nên kém hiệu quả khi chống lại nhiều mầm bệnh do sự gia tăng số lượng vi khuẩn kháng kháng sinh, do đó điều quan trọng là phải tìm kiếm các chủng Streptomyces mới để giúp đáp ứng nhu cầu quan trọng đối với kháng sinh mới (Stulberg và cộng sự, 2016).
Các phương pháp truyền thống được thực hiện dựa theo hướng xét nghiệm sinh học để tìm ra các chất chuyển hóa, liên quan đến việc nuôi cấy vi sinh vật, chiết xuất và thu chất chuyển hóa (Naughton et al. Cách tiếp cận này đã tạo điều kiện cho việc phát hiện ra nhiều chất chuyển hóa, nhưng ngày nay cách làm này dẫn đến việc thường xuyên tìm ra các chất chuyển hóa đã biết (Finking và Marahiel, 2004). Do đó, trong những năm qua, cả phân tích và các phương pháp tiếp cận dựa trên định dạng sinh học nhờ các công cụ tin sinh học đã được sử dụng để tối ưu hóa và để giảm thiểu khả năng tìm ra chất chuyển hóa đã được tìm thấy trước đó. Điều này giúp phát hiện các sản phẩm sinh tổng hợp mới nhanh chóng và dễ dàng.
Mặc dù toàn bộ bộ gen của Streptomyces sp. SAT1 đã được phát hành, tuy nhiên, phân tích điều tra chi tiết về chủng này chưa được thực hiện, điều này thúc đẩy em theo đuổi luận án (PHÂN TÍCH HỆ GENOME CHỦNG GIỐNG Streptomyces sp. Giới thiệu về Streptomyces Streptomyces là chi lớn nhất của vi khuẩn Actinobacteria và là chi loại của họ Streptomycetaceae, bao gồm các vi khuẩn gram dương có hàm lượng G+C cao trong DNA của chúng. Actinobacteria xuất hiện cách đây khoảng 2,3 tỷ năm vào thời điểm quá trình oxy hóa đầu tiên của bầu khí quyển Trái đất xảy ra.
Bao gồm các sinh vật phức tạp, dạng sợi, dạng bào tử, chẳng hạn như Streptomyces bổ sung các cầu khuẩn đơn giản (ví dụ, vi khuẩn chi luteus), hình que (ví dụ, vi khuẩn Brevibacterium), và các sinh vật có độ phức tạp trung gian (ví dụ: Nocardia) (Wink và cộng sự, 2017). Nhiều hơn 500 loài Streptomyces đã dược biết đến. Chủ yếu được tìm thấy trong đất và thực vật mục nát, hầu hết Streptomycetes sinh bào tử. Nó phát 4 triển đầy đủ như các sinh vật dạng sợi và sinh sản bằng cách hình thành các bào tử bất động ở các đầu của sợi nấm trên không.
Streptomyces nổi tiếng với tiềm năng khổng lồ liên quan đến việc sản xuất các hợp chất thứ cấp như thuốc chống nấm, thuốc kháng vi-rút, thuốc chống tăng huyết áp, kháng u, thuốc ức chế miễn dịch, và đặc biệt là thuốc kháng sinh (Procópio và cộng sự, 2012). Phân loại học Streptomyces là một loại chi của họ Streptomycetaceae được Waksman và Henrici tìm ra năm 1943, và hiện có hơn 5000 loài với số lượng tăng lên hàng năm. Họ Streptomycetaceae nằm trong bộ vi khuẩn Actinobacteria phylum và Actinomycetales xếp thứ tự trong lớp Actinobacteria và chi Streptomyces là thành viên duy nhất của họ này (Anderson và Wellington, 2001). Phân loại khoa học của Streptomyces: Giới: Vi khuẩn Nghành: Actinobacteria Lớp: Xạ khuẩn Bộ: Actinomycetales Họ: Streptomycetaceae Chi: Streptomyces (Waksman và Henrici, 1943) Chủng: Streptomyces sp.
SAT1 Hệ thống phân loại của chi Streptomyces được xây dựng cụ thể và bài bản dựa trên mô tả về đặc điểm hình thái học cũng như màu sắc của sợi nấm trên không, chất nền và bào tử cùng với hình thái chuỗi cùng với các đặc điểm sinh lý thô sơ (Labeda và cộng sự, 2012). Vào những năm 1940, việc phân loại quá mức của chi Streptomyces và tìm ra các sản phẩm tự nhiên mới được mô tả là loài mới nhằm mục đích được cấp bằng sáng chế, phương pháp tiếp cận rộng rãi cho các hợp chất hoạt tính sinh học mới đã mang đến diều này (Anderson và Wellington, 2001). Kết quả là đặt tên cho khoảng 3000 loài thuộc chi 5 Streptomyces vào năm 1970, những cái tên mới này chỉ được tìm thấy trong các tài liệu về bằng sáng chế, vì kết quả phân loại chỉ dựa trên cơ sở của những khác biệt nhỏ về đặc tính hình thái (Trejo, 1970). Năm 1964, Dự án xạ khuẩn quốc tế (ISP) được khởi xướng để giới thiệu các tiêu chí chung để xác định các loài được mô tả, để giảm số lượng các loài mới có phân loại gần nhau được mô tả (Shirling và Gottlieb, 1968a, Shirling và Gottlieb, 1968b, Shirling và Gottlieb, 1969, Shirling và Gottlieb, 1972).
Ngoài các phương pháp truyền thống, các phương pháp phân tử và hóa học hiện đang được sử dụng cùng nhau để nâng cao hiểu biết về mối quan hệ giữa các loài trong chi Streptomyces. Chúng bao gồm xác định thành phần vách, phage, cấu hình protein, lai DNA-DNA, xét nghiệm RAPDPCR, ELISA và so sánh trình tự rRNA 16S và rRNA 23S. Đặc điểm của Streptomyces. Streptomycetes được đặc trưng như vi khuẩn hiếu khí gram dương của dạng phức tạp tồn tại trong các môi trường khác nhau bao gồm đất cùng với các thành phần hữu cơ đang phân hủy trong dất, nước và thực vật (Hasani và cộng sự, 2014).
Các loài Streptomyces là loài không di động, hóa trị, và hình dạng của nó giống nấm sợi. Chúng có bộ gen với hàm lượng GC cao 69-78% (Sharma, 1999). Streptomycetes có 2 loại sợi nấm được phát triển bởi chất nền actinomyces sợi nấm (sợi nấm sinh dưỡng) và sợi nấm trên không. Nhiều loại chỉ chứa sợi nấm cơ chất hoặc sợi nấm trên không (Kämpfer, 2006).
Nó sinh sản bằng bào tử, bào tử hình thành thẳng hoặc chuỗi cuộn xoắn ốc, hoặc bằng các mảnh của sợi nấm (Frederick, năm 1962). Steptomyces phát triển tốt ở pH từ 6,5-8,0 (Kontro và cộng sự, 2005). Nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của hầu hết các streptomycetes là trong khoảng 25-35 ° C. Streptomyces sử dụng một loạt các hợp chất hữu cơ làm nguồn cacbon duy nhất cho năng lượng (Rafieenia, 2013), chúng khử nitrat thành nitrit và phân hủy adenin, esculin, casein, gelatin, hypoxanthine, tinh bột và L-tyrosine (Slim et al.
6 Vòng đời của Streptomycetes Không chỉ tương đồng với nấm trong cấu trúc tế bào, mà còn tương đồng với nấm ở vòng đời phức tạp của chúng, bao gồm các quá trình sinh bào tử và chết tế bào (Yagüe và cộng sự, 2013). Streptomycetes phát triển như những sợi nấm phân nhánh để hình thành thảm của sợi nấm giống như sợi nấm, từ đó xuất hiện các nhánh trên không chứa các chuỗi bào tử. Trong quá trình phát triển sinh dưỡng streptomycete quá trình sao chép DNA xảy ra mà không cần tế bào sự phân chia, tạo ra cấu trúc dạng sợi đã được chỉ định. Các sợi nấm trên không trải qua quá trình phân chia chính.
Cuối cùng, các ngăn phân hóa để tạo thành chuỗi bào tử (Chater, 1993). Sản phẩm phụ cuả quá trình trao đổi chất cũng diễn ra ở giai đoạn này tạo ra các hợp chất thứ cấp bao gồm cả thuốc kháng sinh. Môi trường sống của Streptomycetes Streptomycetes là loài sống tự do, được tìm thấy phân bố rộng rãi trong đất, nước và các môi trường tự nhiên khác (L.ShantikumarSingh và cộng sự, 2006). Chúng thích nghi tốt môi trường trong đất, nơi giá thể sợi nấm được tạo ra từ nhiều sợi nấm phát triển bằng cách kéo dài ngọn và nhánh xuyên qua đất để tìm chất dinh dưỡng (Seipke và cộng sự, 2012).
Phân bố Streptomycetes trong nước và đất bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nhiệt độ, pH, nồng độ chất dinh dưỡng, độ mặn, kết cấu đất và khí hậu. Đối với thực vật, Streptomyces thường là hoại sinh lành tính đến có lợi với thực vật nội tương, đối với mầm bệnh thực vật trong chi Streptomyces là tương đối hiếm gặp (Seipke và cộng sự, 2012). Ở động vật và con người Streptomycetes là những mầm bệnh không phổ biến, nhưng Streptomyces somaliensis và Streptomyces sudanensis có thể gây nhiễm trùng ở con người, chẳng hạn như mycetoma (Quintana và cộng sự, 2008). Các chất chuyển hóa thứ cấp của Streptomyces Các loài Streptomyces có vai trò quan trọng trong việc sản xuất các hoạt chất sinh học khác nhau.
Chúng có khả năng tạo ra các các hợp chất thứ cấp có hoạt tính sinh học như như thuốc chống nấm, kháng vi-rút, kháng khuẩn, kháng 7 u, chống tăng huyết áp, đặc biệt là thuốc kháng sinh và thuốc ức chế miễn dịch (Procópio và cộng sự, 2012). Các chất chuyển hóa chính là các thành phần hóa học của cơ thể sống quan trọng đối với hoạt động bình thường của chúng, trong khi thứ yếu Chất chuyển hóa là những hợp chất không thể thiếu.