Các hoạt chất tự nhiên ngày càng có vai trò quan trọng trong các lĩnh vực của đời sống như y dược học, mỹ phẩm, thực phẩm, v.v. Do đó, nhu cầu khai thác, chế tạo và sản xuất các hoạt chất này đã thu hút sự quan tâm của các tổ chức nhà nước, tư nhân và nhà khoa học trên toàn thế giới. Từ lâu, nhóm hoạt chất flavonoid có nhiều hoạt tính sinh học quan trọng như chống oxy hóa, kháng khuẩn, kháng ung thư, kháng viêm, v.v. nên đã được khai thác trực tiếp từ nguồn tài nguyên sinh học (thực vật, tảo, nấm) và cũng được tổng hợp từ các phương pháp hóa học. Bên cạnh đó, cùng với sự phát triển của các kỹ thuật sinh học phân tử, protein tái tổ hợp, tin sinh học đã ra đời phương pháp tổng hợp sinh học hoạt chất flavonoid. Cho đến nay, dựa trên các thành tựu của công nghệ sinh học, người ta có thể tổng hợp được flavonoid bằng bán tổng hợp, tổng hợp toàn bộ theo chuỗi trao đổi chất bằng chuyển hóa sinh học sử dụng enzyme hoặc dịch chiết vô bào hoặc hệ thống nuôi cấy vi sinh vật, thực vật.

Tổng hợp sinh học dựa trên hệ thống đồng nuôi cấy (co-culture) đã được phát triển thành công để tổng hợp nhiều loại hoạt chất tự nhiên khác nhau như flavonoid, alkaloid, terpenoid, v.v. Các chủng vi sinh sử dụng trong hệ thống có thể thuộc cùng một loài hoặc các loài khác nhau. Các chủng vi sinh vật điển hình được sử dụng bao gồm Escherichia coli, Bacillus, Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, v.v.

Xuất phát từ thực tiễn trên, PGS. TS. Nguyễn Huy Thuần cùng nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Duy Tân thực hiện nghiên cứu “Kỹ thuật đồng nuôi cấy dạng module các chủng vi khuẩn Escherichia coli tái tổ hợp nhằm tổng hợp de-novo một số hoạt chất flavonoid (genistein sterubin và phloretin)” với mục tiêu: Xây dựng phương pháp và quy trình đồng nuôi cấy E. coli – E. coli cải biến di truyền dạng module tổng hợp de novo một số hợp chất tự nhiên thuộc các nhóm isoflavone, flavone và chalcone từ nguồn carbon rẻ, dễ cung cấp là D-glucose mà không yêu cầu bổ 2 sung của các tiền chất phenolic acid hoặc L-tyrosine vốn kém tan và có giá thành cao. Nghiên cứu này nhằm thiết lập các điều kiện cơ bản như thiết kế các gen, vector, chủng giống tái tổ hợp, quá trình lên men và tối ưu hóa nhằm thu sản lượng tối đa của hoạt chất mong muốn.

Dựa trên các kiến thức về chuỗi trao đổi chất của hợp chất flavonoid (sterubin, genistein và phloretin), chúng tôi tiến hành xây dựng hệ biểu hiện các gen liên quan ở E. coli. Cụ thể, các gen được tối ưu hóa mã di truyền và tách dòng vào trong vector biểu hiện để tạo ra các vector tái tổ hợp. Sau đó các vector này được biến nạp vào trong vi khuẩn E. coli chủng biểu hiện (E. coli BL21(DE3)), từ đó thu được chủng đầu dòng (upstream module) và chủng tái tổ hợp cuối dòng (downstream module).

Các chủng E. coli sau đó được tiến hành nuôi cấy riêng rẽ và phối kết hợp. Tiến hành đo đạc và đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố môi trường nuôi cấy: nhiệt độ, mật độ tế bào, động học sinh trưởng. Định tính, định lượng sản phẩm bằng các phương pháp sắc ký, hóa lý v.v.

Đánh giá hiệu quả tổng hợp các flavonoid của kỹ thuật đồng nuôi cấy so với nuôi cấy đơn.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 23273/2023) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Đ.T.V (NASATI)