Tên đề tài: Nghiên cứu vi khuẩn nội sinh ở cây Nhân trần tía (Adenosma bracteosum Bonati) có hoạt tính kháng khuẩn

Tác giả: Nguyễn Thành Dũng, Khóa: 2021

Ngành: Công nghệ sinh học; Mã số: 9420201. Nhóm ngành: Khoa học sự sống

Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hữu Thanh, Trường Đại học An Giang - ĐHQG TP HCM

Người đồng hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Thị Pha, Đại học Cần Thơ

1. Tóm tắt nội dung luận án

- Phân tích các quần xã vi khuẩn: Sử dụng kỹ thuật phân tích metagenomic dựa trên gen 16S rDNA để so sánh thành phần, độ phong phú và dự đoán chức năng của quần xã vi khuẩn trong rễ và đất vùng rễ của cây Nhân trần tía.

- Phân lập và tuyển chọn dòng vi khuẩn nội sinh tiềm năng: Phân lập, khảo sát các dòng VKNS có khả năng kháng khuẩn đối với các chủng vi khuẩn kiểm định. Nghiên cứu khả năng sản sinh siderophore và các enzyme thủy phân ngoại bào của các dòng vi khuẩn nội sinh có phổ kháng khuẩn rộng (kháng ít nhất từ 2 loài vi khuẩn gây bệnh trở lên). Định danh sơ bộ các dòng vi khuẩn nội sinh từ các mẫu rễ, thân, lá cây Nhân trần tía mọc hoang dã tại Vườn Quốc gia Lò Gò - Xa Mát, Tây Ninh.

- Đánh giá hoạt tính kháng khuẩn bằng phương pháp đồng nuôi cấy: Đánh giá chi tiết khả năng ức chế vi khuẩn gây bệnh của dòng vi khuẩn nội sinh tiềm năng nhất thông qua các thí nghiệm đồng nuôi cấy.

- Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy đến sự sinh trưởng và hoạt tính kháng khuẩn: Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần môi trường, pH, nhiệt độ và thời gian nuôi cấy đến sự tăng trưởng tối ưu, đồng thời đánh giá vai trò của các yếu tố phi sinh học này trong việc kích thích khả năng tăng cường hoạt tính kháng khuẩn của dòng vi khuẩn nội sinh tiềm năng nhất.

- Khảo sát khả năng kháng khuẩn của dịch nội bào, ngoại bào và tác nhân kích thích: Khảo sát khả năng sản sinh chất kháng khuẩn ngoại bào khi có và không có sự hiện diện của vi khuẩn gây bệnh (chất kích thích sinh học).

- Xác định các hợp chất có hoạt tính sinh học: Phân tích thành phần các hợp chất có hoạt tính sinh học trong cao chiết từ dịch nuôi cấy của dòng vi khuẩn nội sinh tiềm năng nhất bằng kỹ thuật GC-MS, đặc biệt chú trọng các hợp chất được sản sinh khi có mặt vi khuẩn gây bệnh.

2. Những kết quả mới của luận án

- Nghiên cứu tiên phong về metagenomic: Đây là công trình đầu tiên sử dụng phương pháp phân tích metagenomic dựa trên gen 16S rDNA để đánh giá toàn diện sự thay đổi về thành phần cấu trúc, độ phong phú và dự đoán chức năng của quần thể vi khuẩn trong đất vùng rễ và rễ cây Nhân trần tía mọc hoang dã tại Vườn Quốc gia Lò Gò - Xa Mát, tỉnh Tây Ninh.

- Phát hiện chủng VKNS tiềm năng: Luận án đã phân lập thành công 58 dòng VKNS từ cây Nhân trần tía, trong đó đã tuyển chọn được 22 dòng có hoạt tính kháng khuẩn đối với ít nhất 1 trong 5 loài vi khuẩn gây bệnh thử nghiệm. Nổi bật là dòng vi khuẩn SB1R13.2 (được định danh là Bacillus velezensis VTRNT 01) với phổ kháng khuẩn rộng, thể hiện khả năng đối kháng tốt nhất với cả 5 chủng vi khuẩn gây bệnh thử nghiệm và đồng thời sản sinh siderophore cùng 5 loại enzyme thủy phân.

- Khám phá cơ chế sản sinh kháng khuẩn có tính cảm ứng: Nghiên cứu đã chứng minh rằng B. velezensis VTRNT 01 có khả năng ức chế hiệu quả các vi khuẩn gây bệnh trong điều kiện đồng nuôi cấy (Ví dụ: Ức chế hoàn toàn A. hydrophila sau 48 giờ; giảm mật số S. aureus từ 7,83 lg CFU/mL xuống 5,99 lg CFU/mL sau 48 giờ; giảm E. coli từ 7,6 lg CFU/mL xuống 6,8 lg CFU/mL trong 72 giờ). Đặc biệt, luận án đã làm rõ cơ chế sản sinh chất kháng khuẩn ngoại bào của chủng vi khuẩn này được kích thích bởi sự hiện diện của vi khuẩn gây bệnh (chất kích thích sinh học), trong khi các yếu tố phi sinh học (thành phần môi trường, pH, nhiệt độ) không gây ra hiện tượng này.

- Xác định các hợp chất kháng khuẩn đa dạng: Phân tích GC-MS đã xác định được 42 hợp chất chuyển hóa đa dạng khi nuôi cấy Bacillus velezensis VTRNT 01 với các chất kích thích sinh học. Trong số đó, có 15 hợp chất cụ thể với đặc tính kháng khuẩn đã được biết, cung cấp cái nhìn sâu sắc về khả năng sinh tổng hợp các hoạt chất của chủng vi khuẩn này.

- Đặt nền tảng cho ứng dụng: Kết quả nghiên cứu về các hợp chất có hoạt tính sinh học, đặc biệt là khả năng kháng khuẩn, không chỉ là cơ sở khoa học cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm tìm ra dược phẩm mới từ vi khuẩn nội sinh trong cây Nhân trần tía mà còn mở ra hướng đi mới trong việc sử dụng tác nhân gây bệnh để kích thích và điều hướng vi khuẩn nội sinh sản sinh các hợp chất có hoạt tính sinh học trong tương lai. Đây cũng là công trình nghiên cứu đầu tiên và khá đầy đủ về vi khuẩn nội sinh trong cây Nhân trần tía mọc hoang dã tại Vườn Quốc gia Lò Gò - Xa Mát, tỉnh Tây Ninh.

3. Các ứng dụng/khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

- Các dòng vi khuẩn nội sinh có hoạt tính kháng khuẩn cao được phân lập từ cây Nhân trần tía đại diện cho 1 nguồn nguyên liệu quý giá, có thể được khai thác cho các nghiên cứu tinh sạch, sản xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học cao.

- Những hợp chất này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong y học để phát triển thuốc mới, trong nông nghiệp để kiểm soát dịch bệnh cây trồng và trong các ngành công nghiệp khác nhằm bảo vệ sức khỏe con người và vật nuôi.

- Nghiên cứu này mở ra triển vọng sử dụng vi khuẩn nội sinh từ cây Nhân trần tía như giải pháp thay thế bền vững cho hóa chất nông nghiệp, góp phần kiểm soát mầm bệnh, giảm tình trạng kháng kháng sinh, và phát triển chế phẩm sinh học cho nông nghiệp, dược phẩm, và thú y. Tuy nhiên, hiệu quả và tính ổn định của các hợp chất này cần được xác nhận trong điều kiện thực địa.

Thesis title: Study of endophytic bacteria in Adenosma bracteosum Bonati with antibacterial activity
- Major: Biotechnology Code: 9420201
- Full name of PhD student: Nguyen Thanh Dung Year: 2021
- Scientific supervisor: Dr. Nguyen Huu Thanh and Assoc. Prof. Dr. Nguyen Thi Pha
- Educational institution: Can Tho University
1. Content of thesis summary
- Analysis of bacterial communities: Using metagenomic analysis techniques based on 16S rDNA genes to compare the composition, abundance, and predict the function of bacterial communities in the roots and rhizosphere soil of Adenosma bracteosum Bonati.
- Isolation and selection of potential endophytic bacterial strains: Isolating and investigating endophytic bacterial strains with antimicrobial activity against the tested bacterial strains. Studying the ability of endophytic bacterial strains with a broad antimicrobial spectrum (resistance to at least two pathogenic bacterial species) to produce siderophores and extracellular hydrolytic enzymes. Preliminary identification of endophytic bacterial strains from root, stem, and leaf samples of wild-growing Adenosma bracteosum Bonati in Lo Go - Xa Mat National Park, Tay Ninh.
- Evaluation of antimicrobial activity using co-culture methods: Detailed assessment of the ability of the most promising endophytic bacterial strains to inhibit pathogenic bacteria through co-culture experiments.
- Investigation of the influence of culture conditions on growth and antimicrobial activity: Studying the influence of medium composition, pH, temperature, and culture time on optimal growth, and evaluating the role of these abiotic factors in stimulating the enhanced antimicrobial activity of the most promising endophytic bacterial strains.
- Investigation of the antimicrobial activity of intracellular and extracellular fluids and stimulants: Investigating the ability to produce extracellular antimicrobial substances in the presence and absence of pathogenic bacteria (biostimulants).
- Identification of bioactive compounds: Analyzing the composition of bioactive compounds in extracts from the culture media of the most promising endophytic bacterial strains using GC-MS techniques, with particular emphasis on compounds produced in the presence of pathogenic bacteria.
2. The novel aspects from the thesis
- Pioneering metagenomic research: This is the first work using 16S rDNA-based metagenomic analysis to comprehensively assess changes in structural composition, abundance, and predict the function of bacterial populations in the rhizosphere soil and roots of wild-growing Adenosma bracteosum Bonati in Lo Go - Xa Mat National Park, Tay Ninh province.
- Discovery of potential endophytic bacterial strains: The thesis successfully isolated 58 endophytic bacterial strains from Adenosma bracteosum Bonati, of which 22 strains were selected for antibacterial activity against at least one of five tested pathogenic bacterial species. Notably, the bacterial strain SB1R13.2 (identified as Bacillus velezensis VTRNT 01) exhibited a broad spectrum of antimicrobial activity, demonstrating the best antagonistic ability against all five tested pathogenic bacterial strains and simultaneously producing siderophore and five types of hydrolytic enzymes.
- Discovery of the mechanism of induced antimicrobial activity: The study demonstrated that B. velezensis VTRNT 01 effectively inhibited pathogenic bacteria under co-culture conditions (e.g., complete inhibition of A. hydrophila after 48 hours; reduction of S. aureus from 7.83 lg CFU/mL to 5.99 lg CFU/mL after 48 hours; reduction of E. coli from 7.6 lg CFU/mL to 6.8 lg CFU/mL in 72 hours). Specifically, the thesis clarified that the mechanism of extracellular antimicrobial production in this bacterial strain is stimulated by the presence of pathogenic bacteria (biostimulants), while abiotic factors (environmental composition, pH, temperature) do not cause this phenomenon.
- Identification of diverse antimicrobial compounds: GC-MS analysis identified 42 diverse metabolites when culturing Bacillus velezensis VTRNT 01 with biostimulants. Among these, 15 specific compounds with known antimicrobial properties were identified, providing insight into the biosynthesis of active substances by this bacterial strain.
- Laying the foundation for application: The research findings on bioactive compounds, especially their antibacterial properties, not only provide a scientific basis for further studies to discover new drugs from endophytic bacteria in Adenosma bracteosum Bonati but also open new avenues for using pathogens to stimulate and guide endophytic bacteria in producing bioactive compounds in the future. This is also the first and most comprehensive study on endophytic bacteria in wild-growing Adenosma bracteosum Bonati in Lo Go - Xa Mat National Park, Tay Ninh province.
3. Application prospect and suggestions for further study
- Endophytic bacterial strains with high antibacterial activity isolated from Adenosma bracteosum Bonati represent a valuable source of raw materials that can be exploited for purification research and the production of highly bioactive compounds.
- These compounds have broad potential applications in medicine for developing new drugs, in agriculture for controlling plant diseases, and in other industries to protect human and animal health.
- This study opens up prospects for using endophytic bacteria from Adenosma bracteosum Bonati as a sustainable alternative to agricultural chemicals, contributing to pathogen control, reducing antibiotic resistance, and developing bioproducts for agriculture, pharmaceuticals, and veterinary medicine. However, the efficacy and stability of these compounds need to be confirmed under field conditions.

• Xem chi tiết nội dung luận án
• Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo. (Nhập tên NCS vào ô tìm kiếm)