Tối ưu hóa môi trường tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học của chủng Rhodococcus ruber TD2 bằng phương pháp bề mặt đáp ứng

Trong bài viết này, chúng tôi sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng để tối ưu hóa thành phần môi trường tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học của chủng Rhodococcus ruber TD2 dựa vào 3 yếu tố có ảnh hưởng mạnh nhất đến quá trình sinh tổng hợp CHHBMSH: hàm lượng dầu DO, NaNO3 và pH.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tối ưu hóa môi trường tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học của chủng Rhodococcus ruber TD2 bằng phương pháp bề mặt đáp ứng TAP CHI SINH HOC 2014, 36(3): 360-366 Tối ưu hóa môi trường tạo chất10.15625/0866-7160/v36n3.5976 hoạt hóa bề mặt sinh học DOI: TỐI ƯU HÓA MÔI TRƯỜNG TẠO CHẤT HOẠT HÓA BỀ MẶT SINH HỌC CỦA CHỦNG Rhodococcus ruber TD2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP BỀ MẶT ĐÁP ỨNG Vương Thị Nga*, Kiều Quỳnh Hoa, Trần Đình Mấn, Lại Thúy Hiền Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm KH & CN Việt Nam, *ngavuong1978@gmail.com TÓM TẮT: Với hoạt tính sinh học vượt trội như khả năng nhũ hóa cao, giảm sức căng bề mặt, đặc tính kháng u và điều chỉnh miễn dịch, chất hoạt hóa bề mặt sinh học (CHHBMSH) từ vi khuẩn thuộc chi Rhodococcus ngày càng thu hút sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới. Việc tìm ra quy trình tối ưu cho sinh tổng hợp chúng sẽ làm tăng tiềm năng ứng dụng CHHBMSH từ Rhodococcus trong các ngành công nghệ mới như tái tạo môi trường bằng phương pháp sinh học, y sinh học... Trong bài báo này, chúng tôi sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng để tối ưu hóa thành phần môi trường tạo CHHBMSH của chủng Rhodococcus ruber TD2 dựa vào 3 yếu tố có ảnh hưởng mạnh nhất đến quá trình sinh tổng hợp CHHBMSH: hàm lượng dầu DO, NaNO3 và pH. Kết quả phân tích bề mặt đáp ứng cho thấy, chủng TD2 có khả năng tạo CHHBMSH cao nhất trong môi trường tối ưu chứa 5,7% (v/v) dầu DO; 3,3 g/l NaNO3 và pH 8,3. Trong điều kiện môi trường này, chủng TD2 tạo 30,1 g/l CHHBMSH thô; gấp 2,23 lần so với môi trường chưa tối ưu (13,5 g/l) sau 5 ngày. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp bề mặt đáp ứng có hiệu quả cao trong việc tối ưu hóa môi trường nuôi cấy tạo CHHBMSH của chủng Rhodococcus ruber TD2 phân lập tại ven biển Việt Nam. Từ khóa: Rhodococcus, chất hoạt hóa bề mặt sinh học, phương pháp bề mặt đáp ứng, tối ưu môi trường. MỞ ĐẦU Chất hoạt hóa bề mặt sinh học là các chất có hoạt tính bề mặt được tạo ra dưới dạng ngoại bào hoặc một phần gắn với màng tế bào bởi nhiều loài vi sinh vật như vi khuẩn, nấm men và nấm mốc. Do cấu trúc đa dạng, không độc và có khả năng tự phân hủy sinh học, CHHBMSH ngày càng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: công nghiệp dầu khí, xử lý môi trường, y dược, mỹ phẩm và công nghiệp chế biến thức ăn [5, 9, 13]. Về mặt cấu trúc hóa học, CHHBMSH được tạo ra bởi vi khuẩn thuộc chi Rhodococcus thường là trehalose lipid hoặc acid béo thuộc nhóm glycolipid [6, 10, 11]. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, chúng có hiệu quả cao hơn so với CHHBM hóa học trong việc làm giảm sức căng bề mặt (giữa chất lỏng và không khí) và giảm sức căng bề mặt giữa 2 chất (chất lỏng-chất lỏng; chất lỏng-chất rắn) [11, 12]. Ngày càng nhiều sản phẩm CHHBMSH từ các loài thuộc chi Rhodococcus được công bố có tiềm năng ứng dụng trong các ngành công nghiệp đặc biệt trong công nghiệp dầu khí và xử lý môi trường 360 [4, 12]. Điều này đã giúp CHHBMSH được tạo ra từ Rhodococcus dễ dàng xâm nhập vào thị trường. Tuy nhiên, trở ngại lớn nhất của việc thương mại hóa chúng là hiệu suất lên men sản phẩm còn thấp, dẫn đến giá thành sản phẩm cao. Do đó, để sản xuất ở quy mô lớn, việc nâng cao hiệu suất tạo CHHBMSH từ Rhodococcus là cần thiết. Một trong các phương pháp hiệu quả có thể đạt hiệu suất tạo CHHBMSH cao là lựa chọn môi trường nuôi cấy thích hợp và tối ưu hóa thành phần môi trường cho lên men. Trong khi phương pháp nghiên cứu 1 yếu tố tại 1 thời điểm không xác định được sự tác động qua lại giữa các yếu tố biến thiên của thành phần môi trường nuôi cấy để dự đoán điều kiện thuận lợi nhất cho sinh trưởng và tạo sản phẩm của vi sinh vật thì phương pháp bề mặt đáp ứng đã khắc phục được nhược điểm đó [15]. Với ưu điểm là có thể tìm được điều kiện tối ưu nhất cho sinh tổng hợp sản phẩm từ một số thực nghiệm tương đối nhỏ, phương pháp này ngày càng được ứng dụng rộng rãi để tối ưu hóa thành phần môi trường tạo CHHBMSH từ vi sinh vật [1, 3, 8, 14, 15]. Trong bài báo này, Vuong Thi Nga et al. chúng tôi xác định điều kiện môi trường tối ưu để nâng cao hiệu quả sinh tổng hợp CHHBMSH của chủng Rhodococcus ruber TD2 phân lập từ ven biển Việt Nam bằng phương pháp bề mặt đáp ứng. Đây là phương pháp đã được các tác giả sử dụng phổ biến trên thế giới nhằm nâng cao khả năng sinh tổng hợp CHHBMSH từ một số chủng vi khuẩn như: Rhodococcus spp. MTCC 2574 và Rhodococcus erythropolis MTCC 2794 [14, 15]. nằm trong bộ sưu tập vi sinh vật biển của phòng Vi sinh vật dầu mỏ, Viện Công nghệ sinh học. Môi trường và điều kiện nuôi cấy: chủng vi khuẩn TD2 được nuôi trong bình tam giác thể tích 500 ml với 100 ml môi trường khoáng Gost 9023-74 bổ sung 5% dầu DO, tốc độ lắc 200 vòng/phút ở nhiệt độ 30oC để đánh giá khả năng tạo CHHBMSH. Thành phần môi trường gồm có (g/l): Na2HPO4 0,7; KH2PO4 0,3; NaNO3 2; MgSO4 0,4; NaCl 10; pH 8. Sau khi nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như: nguồn carbon, nguồn nitơ, nhiệt độ, pH và nồng độ NaCl đến khả năng tạo CHHBMSH của chủng TD2 [10], chúng tôi lựa chọn 3 yếu tố ảnh hưởng mạnh nh ...