Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Giới thiệu về Streptomyces 1. Đặc điểm của Streptomyces Streptomyces là chi lớn nhất của vi khuẩn Actinobacteria và là chi thuộc nhánh Streptomycetaceae bao gồm các vi khuẩn gram dương có hàm lượng G + C cao trong DNA của chúng, được Waksman và Henrici đề xuất (1943) và hiện số lượng chủng mới đều tăng lên hàng năm. Phân loại khoa học của Streptomyces: Giới: Vi khuẩn Nghành: Actinobacteria Lớp: Xạ khuẩn Bộ: Actinomycetales Họ: Streptomycetaceae Chi: Streptomyces Chủng: Streptomyces sp.
M2 Hệ thống phân loại của chi Streptomyces có một lịch sử tiến hóa lâu dài với nhiều cách tiếp cận khác nhau dựa trên mô tả về các loài, các quy trình sinh học, hình thái học như màu sắc của sợi nấm trên không, chất nền, bào tử, hình thái chuỗi cùng với các đặc điểm sinh lý thô sơ. Vào những năm 1940, việc phát hiện ra thuốc kháng sinh do Streptomyces sản xuất đã dẫn đến nhiều nghiên cứu cho việc tìm kiếm các chủng mới và các hợp chất thứ cấp có hoạt tính sinh học mới sau đó. Rất nhiều chủng Streptomyces mới đã được phát hiện ra, được định danh và được cấp bằng sáng chế. Kết quả là vào năm 1970 có khoảng 3000 loài thuộc chi Streptomyces được định danh, dựa trên cơ sở của những khác biệt nhỏ về đặc tính hình thái.
Năm 1964, Dự án xạ khuẩn quốc tế (ISP) được đưa ra để giới thiệu các tiêu chí chung cho việc xác định các loài, các tiêu chí này giúp giảm số lượng 4 các loài mới có phân loại gần nhau dựa trên mô tả hình thái. Nhược điểm chính của những mô tả này liên quan đến hình thái học (tức là bào tử, hình thái chuỗi, hình thái bề mặt bào tử, màu sắc của bào tử, sợi cơ chất, sắc tố hòa tan và sản xuất sắc tố melanin), mở rộng đến một số các đặc tính sinh lý, về cơ bản chỉ giới hạn trong các thử nghiệm sử dụng của các nguồn carbon. Nghiên cứu ISP chủ yếu tập trung nhiều vào hình thái và sắc tố mà không cung cấp một sơ đồ nhận dạng có thể áp dụng. Ngoài các phương pháp truyền thống là sử dụng phương pháp phân loại số dựa trên các quan sát hình thái học, thì 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 cấu hình protein, lai DNA- DNA, xét nghiệm RAPD/PCR, ELISA và so sánh trình tự rRNA 16S và rRNA 23S.vv Phương pháp nhuộm hạt nhân Robinow HCl-Giemsa đã được nghiên cứu để đã mô tả vòng đời của Streptomyces sp. Giai đoạn phân chia hạt nhân ban đầu 2. Sợi nấm sơ cấp 3. Sợi nấm thứ cấp (bao gồm cả trên không) 4.
Sự hình thành bào tử. Các hợp chất thứ cấp của Streptomyces Các loài Streptomyces có vai trò quan trọng trong việc sản xuất các hoạt chất sinh học khác nhau Hợp chất thứ cấp. Chúng có khả năng tạo ra các hợp chất thứ cấp có hoạt tính sinh học như như thuốc chống nấm, kháng vi-rút, kháng khuẩn, kháng u, chống tăng huyết áp, và chủ yếu là thuốc kháng sinh và thuốc ức chế miễn dịch. Nó đã được tìm thấy rằng các chất chuyển hóa có thể được chia thành bốn lớp: 5 1.
Các hoạt động điều tiết trong các hợp chất: chúng bao gồm việc xem xét các yếu tố tăng trưởng, tác nhân hình thái và các tế bào phụ, và thực vật thúc đẩy vi khuẩn rhizobia. Các tác nhân đối kháng: chúng bao gồm antiprotozoans, kháng thể, kháng nấm, cũng như kháng vi-rút. Sinh vật học nông nghiệp: chúng bao gồm thuốc diệt côn trùng, thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ. Dược lý: các tác nhân này bao gồm tác nhân thần kinh, chất điều hòa miễn dịch, thuốc chống ung thư và chất ức chế enzym.
Streptomyces griseus và Streptomyces coelicolor được sử dụng để sản xuất công nghiệp Streptomycin và các loại kháng sinh mới chẳng hạn như dihydrogranticin tương ứng. Doxorubicin và daunorubicin như chất chống ung thư là hợp chất thứ cấp được tạo ra bởi Streptomyces capoamus. Sản xuất các hợp chất thứ cấp thường trùng hợp hoặc hơi trước với sự phát triển của các sợi nấm trên không ở nuôi cấy bề mặt. Cho đến nay, khoảng 17% hợp chất thứ cấp có hoạt tính sinh học (gần 7600 trong số 43.000) được biết đến từ Streptomycetes.
Streptomycetes trong đất là nguồn chính của các hợp chất thứ cấp có hoạt tính sinh học, nhưng một lượng lớn nhiều loại hợp chất thứ cấp có hoạt tính sinh học và độc đáo về cấu trúc gần đây đã được phân lập từ xạ khuẩn biển, bao gồm cả những loài từ chi Streptomyces. Các hợp chất thứ cấp đã biết của Streptomyces được tổng hợp bằng sáu con đường sinh tổng hợp khác nhau: 1. Con đường peptide 2. Con đường polyketide synthase (PKS), 3.
Con đường tổng hợp polypeptit không phải riboxom (NRPS), 4. Con đường lai (không phải riboxom), 6 5. Con đường tổng hợp polyketide), con đường shikimate, con đường tổng hợp β-lactam, 6. Con đường carbohydrate.
Các con đường chuyển hóa đang trở nên thiết yếu trong y sinh học để tìm ra các hợp chất thứ cấp mới, và cách duy nhất là bắt đầu lại quá trình sàng lọc biến dạng tự nhiên. Streptomyces mới nhất khám phá ra sẽ rất quan trọng trong việc thiết kế các phương pháp thử nghiệm mới để tối ưu hóa quá trình lựa chọn và giảm tỷ lệ âm tính giả. Thuốc kháng sinh từ các chất chuyển hóa của Streptomyces. Các loài Streptomyces là nguồn cung cấp các chất chuyển hóa để sản xuất thuốc quan trọng, đặc biệt là thuốc kháng sinh.
Thuốc kháng sinh là sản phẩm từ hợp chất thứ cấp quan trọng nhất được tạo ra bởi vi sinh vật và đặc biệt ức chế sự phát triển của vi khuẩn hoặc nấm khác hoặc phá hủy chúng. Streptomyces là loại kháng sinh sản xuất nhiều nhất trong y tế và nghĩa công nghiệp trong các loài vi sinh vật. Từ cuối những năm 1940 đến những năm 1960, còn được gọi là thời kỳ hoàng kim của thuốc kháng sinh, nhiều loại kháng sinh đã được phân lập từ các loài Streptomyces đa dạng và được đưa vào sử dụng lâm sàng. Trong khoảng hai thập kỷ, số lượng các hợp chất kháng khuẩn của Streptomyces được ghi nhận đã tăng gần như theo cấp số nhân mỗi năm, tăng đều đặn đạt đến đỉnh cao vào những năm 1970 nhưng sau đó đã giảm đáng kể vào cuối những năm 1988 và những năm 1990.
Louis Pasteur là một trong những người sáng lập ra kiến thức về kháng sinh hiện đại, trong thế kỉ 19. Ông phát hiện ra rằng các vi sinh vật khác có khả năng tiêu diệt các vi sinh vật. Năm 1929, Alexander Fleming đã phát hiện ra loại kháng sinh đầu tiên có "Penicillin", một phân tử được tạo ra bởi một số loại nấm mốc có tác dụng tiêu diệt hoặc ngăn chặn sự phát triển của một số loại vi khuẩn. 7 Khoảng 75% của tất cả kháng sinh có nguồn gốc từ các sinh vật nhân sơ dạng sợi này, và 75% được sản xuất bởi chi đơn Streptomyces.
Lịch sử của thuốc kháng sinh của có nguồn gốc từ Streptomyces bắt đầu với việc phát hiện ra Streptothricin vào năm 1942, và việc phát hiện ra Streptomycin vào năm 1943, sau đó các nhà khoa học tăng cường việc tìm kiếm các kháng sinh khác trong chi Streptomyces. Ngày nay 80% kháng sinh đến từ chi Streptomyces, xuất phát từ xạ khuẩn. Góp phần sản xuất hơn hai phần ba số kháng sinh hữu ích có nguồn gốc tự nhiên (ví dụ: neomycin và chloramphenicol). Theo Nikaido, thuốc kháng sinh được sản xuất trên toàn thế giới trên một quy mô ước tính khoảng 100.000 tấn mỗi năm được sử dụng trong nông nghiệp, thực phẩm và sức khỏe.
Một số loại kháng sinh được trình bày trên Bảng 2. Danh sách một số kháng sinh do Streptomyces sp. tạo ra Streptomyces sp. Antibiotic Streptomyces sp.ambofaciens Spiramycin 8 Mặc dù thành công của việc khám phá và phát triển thuốc kháng sinh, nhưng nhiễm trùng vẫn là nguyên nhân thứ hai gây tử vong trên thế giới.
Khoảng 17 triệu ca tử vong do nhiễm vi khuẩn hàng năm, hầu hết là ở trẻ em và người cao tuổi. Việc lạm dụng thuốc kháng sinh đã sinh ra các loài vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh, ví dụ kháng methicillin Staphylococcus aureus (MRSA) và các mầm bệnh Gram âm, chẳng hạn như Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, và Acinetobacter baumannii. Kháng thuốc có thể do thay đổi gene, chẳng hạn như đột biến hoặc chuyển ngang các gene kháng thuốc, thường xảy ra nhất ở các sinh vật có các đơn vị phân loại khác nhau. Mặt khác, vi sinh vật phát triển trong màng sinh học có liên quan đến bệnh mãn tính và tái phát ở người nhiễm trùng và có khả năng chống lại các chất kháng khuẩn cao hơn.
Do đó, nhiều nhà nghiên cứu đã bắt đầu quan tâm đến việc khám phá ra các loại kháng sinh mới hoặc khám phá các tác nhân mới để làm bất hoạt các enzyme gây kháng thuốc. Khai thác bộ gene của Streptomyces 1. Vai trò của tin sinh học trong việc khám phá sản phẩm tự nhiên bằng cách khai thác bộ gene. Khai thác bộ gene dựa vào công nghệ máy tính và phần mềm tin sinh học.
Cho đến nay, một lượng dữ liệu đáng kể, được thể hiện bằng trình tự DNA và các chú thích của chúng đã được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu và có thể truy cập công khai. Bộ gene hoàn chỉnh của một prokaryote đơn lẻ được biểu diễn trong một trình tự duy nhất gồm bốn nucleotide (A, T, C và G) với tối thiểu xấp xỉ 500000 bp (đối với sinh vật cộng sinh) và tối đa là 10 000 000 bp (đối với sinh vật cộng sinh) (đối với vi khuẩn hoại sinh). Các công cụ này cho phép thực hiện các phân tích so sánh, chúng không chỉ mang lại suy luận về các mối quan hệ chức năng giữa gene và protein, mà còn giúp dự đoán về tính đặc hiệu của chất nền và các tính chất xúc tác của các enzym sinh tổng hợp. 9 Dựa trên các dự án giải trình tự và khai thác bộ gene, một trong những các phương pháp tiếp cận là dựa trên tin sinh học để khám phá sản phẩm tự nhiên, đã được phát triển và áp dụng để khám phá cấu trúc hóa học của các phân tử mới chưa xác định.
Giải trình tự toàn bộ bộ gene cung cấp dữ liệu giàu kiến thức có thể đóng góp đáng kể trong việc khám phá các sản phẩm tự nhiên trong vi sinh vật. Khai thác bộ gene đã được coi là một phương pháp tin sinh học trong lĩnh vực sản phẩm tự nhiên.