Một số nghiên cứu về các hoạt chất sinh học từ sinh vật biển Việt Nam

Bài viết Một số nghiên cứu về các hoạt chất sinh học từ sinh vật biển Việt Nam trình bày tóm tắt những kết quả nghiên cứu sàng lọc hóa học theo định hướng hoạt tính sinh học trên các đối tượng sinh vật biển như hải miên, san hô mềm và da gai tại Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên trong thời gian gần đây.

Tuyển Tập Nghiên Cứu Biển, 2009, XVI: 112-119 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ CÁC HOẠT CHẤT SINH HỌC TỪ SINH VẬT BIỂN VIỆT NAM Châu Văn Minh, Phạm Quốc Long Viện Hóa học Hợp chất thiên nhiên, VAST TĨM TẮT Cơng tìm kiếm nguồn dược liệu biển ngày thu hút quan tâm nghiên cứu nhà khoa học năm gần Theo thống kê, trung bình năm có 10% hợp chất tổng số hợp chất có nguồn gốc từ sinh vật biển công bố, bao gồm nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học q báu Đa số hợp chất phát từ loài bọt biển động vật ruột khoang, vi sinh vật biển Trong hoạt tính thử nghiệm, hoạt tính chống ung thư hoạt tính kháng sinh ln chiếm tỷ lệ lớn Thân mềm, da gai bọt biển ngành động vật có tiềm chúng chứa nhiều hợp chất chống ung thư, kháng sinh tiềm tàng, chưa phát Vì vậy, nghiên cứu tìm kiếm, phát loại thuốc chống ung thư tập trung chủ yếu đối tượng thân mềm, bọt biển vi sinh vật Bên cạnh đó, nỗ lực tìm kiếm thuốc giảm đau, kháng sinh, kháng viêm đạt nhiều thành Từ nghiên cứu này, số dược phẩm nguồn gốc từ biển lưu hành thị trường Ara-A, Ara-C, Pseudopterosin , số khác bước vào giai đoạn thử nghiệm lâm sàng, hứa hẹn có mặt thị trường thời gian gần (ET-743, Manzamine A, Kahalalide F ) Tuy nhiên, ngành hố học hợp chất thiên nhiên biển có khó khăn định Ví dụ nguồn cung cấp hợp chất biển có hạn (những hợp chất biển thường chiếm khoảng 10-6 % tổng trọng lượng mẫu có được), việc khai thác khối lượng lớn làm hủy hoại môi trường sinh thái Phương pháp tổng hợp hố học hay ni cấy vi sinh vật có liên quan đến q trình tạo nên chất có lẽ đường hướng tương lai nhằm giải vấn đề Rõ ràng giới đại dương đóng vai trị quan trọng việc tìm kiếm, phát phát triển sản phẩm hữu ích phục vụ cho sống người Báo cáo trình bày tóm tắt kết nghiên cứu sàng lọc hóa học theo định hướng hoạt tính sinh học đối tượng sinh vật biển (hải miên, san hô mềm da gai) Viện Hóa học hợp chất thiên nhiên thời gian gần STUDYING ON THE BIOACTIVE SUBSTANCES FROM MARINE ORGANISMS IN VIETNAM Chau Van Minh, Pham Quoc Long Institute of Natural Products Chemistry, VAST ABSTRACT The search for “drug from the sea” has been interested intensively for recent years The statistic data revealed that the rate of new discovered compounds has achieved 10 percent every year, in which, many bioactive compounds have been found Almost of all new bioactive compounds have been isolated from sponges, coelenterates, and microorganisms In the bioactivities screening of marine organisms, anticancer and anti-infectious are always dominant Tunicates, 112 echinoderms and sponges are considered as potential source because they contain several undiscovered compounds Therefore, seeking for anticancer compounds has been focused on sponges, tunicates, mollusks and microorganism On the other hand, the search for analgesic, antibiotic, and anti-inflammatory compounds also showed notable results Based on the scientific studies, some pharmaceutical agents have been launched to the market (Ara-A, Ara-C, Pseudoterosin…), while some others have been in final states of clinical trials (ET-743, Kahalalide F, Ziconotide…) However, the study on marine natural products has been faced to the difficulties such as limited source or destroyed environment by the exhausted exploitation Synthesis and fermentation should be the promising ways to obtain large amount of natural products Absolutely, ocean would be a major contributor for the discovery of useful products This paper is presented recent results of bioassay-guided chemical study on selected marine organisms (sponges, soft corals and echinodermata) from Vietnamese sea carried out by the Institute of Natural Products Chemistry USD với góp vốn 25 triệu USD từ công ty lớn vào việc nghiên cứu sàng lọc phát triển sản phẩm từ sinh vật biển Tuy vậy, khoản tiền chiếm khoảng 1% so với quỹ đầu tư vào công nghệ sinh học phục vụ cho phát triển Mỹ hồi Cho đến năm 1996, khoản đầu tư tăng lên khoảng 55 triệu USD Mặc dù với nguồn vốn khiêm tốn, kết đạt đáng ghi nhận Quá trình nghiên cứu từ năm 1983 đến năm 1999 tạo nên 170 sáng chế với đời 100 hợp chất Kết thúc đẩy quan tâm nhà đầu tư, hàng tỷ đô la cung cấp cho nghiên cứu khoa học công nghệ biển thời gian gần với tổng giá trị đầu tư tăng từ 1520% năm [3] Cho đến nay, người phân lập khoảng 15.000 hợp chất từ sinh vật biển Chúng thường diện nhóm chất steroit, tecpenoit, axít amin, alcaloit, hợp chất phenol, hợp chất thơm, axít béo, saponin nhiều dạng khác Từ kết nghiên cứu này, người ta phát nhiều hợp chất có đặc tính dược học độc đáo [13], nghiên cứu để phục vụ cho ngành công nghiệp dược Một số loại thuốc lưu hành giai đoạn thử nghiệm cuối trước đưa thị trường, số I MỞ ĐẦU Đại dương nơi sinh sống 34 36 ngành sinh vật trái đất với 300.000 lồi thực động vật Đây nguồn cung cấp vơ số sản phẩm tự nhiên quý giá từ loài sinh vật biển rong biển, ruột khoang, rêu biển, thân mềm loài vi khuẩn biển Trải qua hàng tỷ năm tiến hóa, sinh vật biển tự hình thành nên hợp chất hóa học vô phức tạp hoạt động hệ thống phịng vệ hóa học Chúng chất độc lồi cá, gây hủy hoại mơ hay chí làm độc mơi trường xung quanh Rất nhiều hợp chất có đặc tính q báu, tiềm tàng cho việc chế tạo thuốc chữa bệnh cho người phát từ loài sinh vật biển đặc biệt, khác thường điều kiện sống khắc nghiệt [7] Người ta cho đa dạng mặt hóa học gương phản ánh đa dạng sinh học sinh vật biển [1] Trên sở đó, ngành hóa hợp chất thiên nhiên biển ngày thu hút quan tâm nhà khoa học Nhật Bản quốc gia dẫn đầu việc phát triển công nghệ khai thác sinh vật biển với nguồn kinh phí đầu tư khoảng tỷ USD năm (trong 80% từ cơng ty lớn) Năm 1992, phủ Hoa Kỳ đầu tư 44 triệu 113 khác hợp chất hứa hẹn khả phát triển cao ứng dụng dược học có nguồn gốc từ sinh vật biển Ngoài ra, sản phẩm từ dịch chiết, cặn tinh chế sơ có mặt thị trường dạng mỹ phẩm, sản phẩm bổ dưỡng, thực phẩm thuốc số sản phẩm phục vụ y học Với phong phú đa dạng sinh vật, đại dương nơi hứa hẹn phát nhiều hợp chất có hoạt tính q báu, đáp ứng nhu cầu loại dược liệu mới, hiệu đặc trị cho bệnh hiểm nghèo Bảng 1: Một số loại thuốc giai đoạn thử nghiệm lâm sàng từ sinh vật biển Table 1: Some drugs in stage of clinical experiment from marine organisms Tên chất Tên lồi Hoạt tính Giai đoạn Ara-A, Ara-C Cryptotethia crypta Chống vi rút Điều trị APL (aplidine) Apidium albicans Chống ung thư Lâm sàng pha II Bryostatin Bugula neritina Chống ung thư Lâm sàng pha II ET-743 Ecteinascidia turbinata Chống ung thư Lâm sàng pha III GTS-21 Amphiporus lactifloreus Chống Alzheimer Lâm sàng pha II Kahalalide F Bryopsis sp Chống ung thư Lâm sàng pha II Manoalide Luffarriella variabilis Kháng viêm Lâm sàng pha II Manzamine A Pachypellina sp Ziconotide(MVIIA) Conus sp Kháng lao, chống Lâm sàng pha I sốt rét Giảm đau Lâm sàng pha III Với chiều dài bờ biển 3.000 km triệu km2 diện tích vùng biển, đất nước ta sở hữu nguồn lợi tài nguyên sinh vật biển vô quý giá Theo thống kê, Việt Nam có khoảng 12.000 loài sinh vật biển, bao gồm 2.038 loài cá, 6.000 loài động vật đáy, 635 loài rong biển hàng ngàn loài động thực vật phù du [4, 7] Tuy nhiên, quan tâm khai thác tiềm từ loài động vật biển bọt biển, da gai, san hô mềm chưa nhiều chúng tồn với số lượng lớn đa dạng mặt sinh học vùng biển nước ta Ví dụ, ngành động vật da gai chiếm tỷ lệ cao (29% tổng lượng sinh vật đáy vịnh Bắc Bộ, 38% vùng biển Thuận Hải-Minh Hải, 51% vịnh Vân Phong, Nha Trang) Tính riêng bãi Vạn Bội, Vạn Hà, biển có khả khai thác 7,5 tấn/năm [5, 8, 14] Ngồi biển cịn khai thác lồi bọt biển, hải sâm đen, vênh, san hơ mềm, cầu gai…Việc quan tâm, đánh giá khai thác mức nguồn dược liệu giúp bảo tồn nguồn gen quí, phát triển vùng nguyên liệu mới, công nghệ mới, tạo sản phẩm phục vụ đời sống người Hơn nữa, thành công, giá trị kinh tế thu to lớn Lĩnh vực nghiên cứu nguồn hợp chất tự nhiên biển nước ta năm 60 - 70 kỷ 20 Tuy nhiên, từ khơng có nhiều cơng trình khoa học liên quan công bố Các nghiên cứu hầu hết tập trung vào xác định số thành phần hố học hàm lượng nhóm hợp chất lipit, protein, nguyên tố đa/vi lượng, hay nghiên cứu tác động dược học nhóm chất, độc tố biển [9, 10] Các kết dù 114 tiềm khai thác sử dụng nguồn lợi sinh vật biển Những nghiên cứu sàng lọc hóa học theo định hướng hoạt tính sinh học thực năm cuối kỷ 20, thực Viện Hóa học hợp chất thiên nhiên đơn vị phối hợp Từ nghiên cứu này, phát nhiều sinh vật biển có hoạt tính độc tế bào, chống ơxy hóa, chống vi sinh vật kiểm định Mặt khác, hàng loạt hợp chất phức tạp, số hợp chất điển hình phân lập xác định cấu trúc Những cơng trình nghiên cứu đóng góp phần hiểu biết nguồn dược liệu biển Việt Nam, gợi hướng nghiên cứu nhằm khai thác hợp lý hiệu nguồn lợi tài nguyên sinh vật biển nước ta Activity) Thậm chí có lồi khơng chứa dược liệu mà cịn phát triển mạnh, tạo sinh khối lớn, có tiềm trở thành vùng dược liệu biển lớn nước ta [4, 5, 8] Từ kết này, số đối tượng chứa hoạt chất mạnh lựa chọn để nghiên cứu sâu thành phần hóa học hoạt tính sinh học Thơng qua chương trình khoa học cơng nghệ cấp nhà nước KC09.15 (2003-2005) KC09.09 (2006-2010), nhiều hợp chất điển hình phân lập xác định, số hợp chất ghi danh vào từ điển hợp chất thiên nhiên giới Các đối tượng có khả chứa hoạt chất sinh học lựa chọn dựa vào kết trình sàng lọc ban đầu Các mẫu sau thu thập tiến hành tách chiết phương pháp sắc ký phân lớp, sắc ký cột pha thường pha đảo, sắc ký lớp mỏng (TLC) sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC) Các hợp chất phân lập xác định cấu trúc phương pháp hóa học đại phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), phổ khối (MS), phổ tử ngoại (UV), phổ hồng ngoại (IR)…Sau đó, tiến hành thử nghiệm hoạt tính thứ cấp nhằm phát dược tố phát triển giai đoạn thử nghiệm tiếp sau Bằng quy trình nghiên cứu kỹ lưỡng vậy, phân lập xác định cấu trúc khoảng 100 hợp chất từ loài sinh vật biển khác Trong số đó, nhiều hợp chất giá trị phát Những kết thu góp phần khẳng định giá trị dược học sẵn có sinh vật biển Việt Nam, đồng thời mở định hướng nghiên cứu khai thác tiềm sinh vật biển Do khuôn khổ báo cáo có hạn, chúng tơi xin giới thiệu số kết nghiên cứu điển hình nhóm sinh vật có khả sinh dược tố da gai (hải sâm biển), bọt biển san hô mềm II MỘT SỐ KẾT QUẢ TRONG LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU CÁC CHẤT CĨ HOẠT TÍNH SINH HỌC TỪ SINH VẬT BIỂN VIỆT NAM Sàng lọc hóa học theo định hướng hoạt tính sinh học phương pháp phổ biến giới nhằm phát hoạt chất sinh học từ tự nhiên Phương pháp địi hỏi phải có trang thiết bị đại, đồng đội ngũ cán liên ngành Tuy nhiên, với thời gian nhanh, hiệu quả, độ tin cậy cao, phương pháp nhiều trung tâm giới sử dụng công cụ hàng đầu để phát dược tố Từ q trình sàng lọc quy mơ lớn khn khổ chương trình nghiên cứu cấp nhà nước KC 09.15 (2003-2005) 400 lồi sinh vật biển, chúng tơi phát nhiều mẫu sinh vật có hoạt tính mạnh, có tiềm khai thác hoạt chất sinh học quý Đặc biệt, nhóm sinh vật bọt biển, da gai san hô mềm biểu khả đa dạng hoạt tính chống ơxy hóa, độc tế bào, kháng sinh kháng MAO (Monoamine Oxidase Inhibitory 115 Thông qua phương pháp sàng lọc, nhận thấy lồi hải sâm thuộc chi Holothuria có hoạt tính kháng sinh, độc tế bào kháng MAO đáng quan tâm Do đó, đối tượng lựa chọn nghiên cứu sâu hóa học Bằng phương pháp sắc ký, phân lập số hợp chất, đáng ý nhóm chất Holothurin với nhiều hoạt tính quý chống viêm khớp dạng thấp viêm xương khớp, kháng nấm chống ung thư [6] Điển hình, phát hàm lượng cao Holothurin A B ba loài hải sâm H vagabunda, H scabra, H mastensii Ngoài ra, loạt dẫn xuất Holothurin có hoạt tính gây độc tế bào phát [9, 14] Với kết trên, tiến hành nghiên cứu hồn thiện quy trình tách chiết đăng ký hai độc quyền sáng chế với quy trình phân lập hai hoạt chất Holothurin A (1) Holothurin W3A (2) - chất lần biết đến tự nhiên (Bằng độc quyền sáng chế số 5846 cấp ngày 23.8.2006 Cục sở hữu trí tuệ Việt Nam) 21 O O HO R 18 17 12 OH 19 15 30 O O Xyl 4' OH NaO3SO 6'' CH Qui 4'' 6'''' 4'''' CH2OH O O CH2OH O 28 1'' R1 = O H O OH 4''' 29 O O OH O 1'''' OCH3 OH 1' 27 1''' R2= HO 25 22 OH OH MeGlc OH Glc 1- Sao biển Archaster typicus đối tượng q trình sàng lọc hoạt tính phân lập 10 hợp chất có hoạt tính sinh học từ loài này, bao gồm ba hợp chất steroit hiếm, ví dụ hợp chất (3) có cấu trúc đặc biệt với có mặt nhiều nhóm hydroxy Cho tới có hợp chất steroit thuộc khung công bố giới điển hình cho lồi biển thuộc chi Archaster Ngoài ra, hợp chất khung cerebosit Archastercereboside (4) với hoạt tính sinh học đáng quan tâm phân lập từ loài A typicus [10] 28 21 22 12 11 19 HO CH 2OH OH OH 6" 4" OH 16 14 H HO 15 10 25 23 27 17 13 OH OH 26 24 20 18 OH OH H O 2" 5" 3" H O H Gal 1" OH O H 2' 1' (CH2)21CH3 NH OH OH OH OH OH 116 (CH2)9CH(CH3)2 Nghiên cứu hóa học hoạt tính sinh học loài bọt biển đạt số kết đáng quan tâm Hai hợp chất quan trọng Variabilin (5) 7E, 12E, 20E-variabilin (6) phân tách từ dịch chiết methanol loài bọt biển Icrinia echinata Các hợp chất có hoạt tính gây độc tế bào ấn tượng dòng tế bào thử nghiệm Variabilin có IC50 dịng KB (tế bào ung thư biểu mơ), Hep-2 (TB ung thư gan) FI (TB ung thư màng tử cung) 5,0 µg/ml, 2,3 µg/ml 1,6 µg/ml; 7E,12E,20E-variabilin có IC50 dịng KB, Hep-2 FI 1,23 µg/ml, 3,32 µg/ml 6,12 µg/ml Kết có tính định hướng cho nghiên cứu phát triển dược chất chống khối u từ nhóm chất [11] OH 11 15 17 22 21 23 16 14 20 18 13 12 10 19 25 R 24 O O O 5: R= CH3 6: R= OCH3 Hai hợp chất axít axetylenic chứa brom (7, 8) điển hình phân lập từ lồi bọt biển Xetospongia testudinaria Đây hợp chất mới, lần phân lập từ tự nhiên Đã có nhiều công bố khả ức chế tốt enzyme HIV protease (một enzyme liên quan đến trình mã vi rút HIV) nhóm chất [12] Đặc biệt, trình phân lập hoạt chất từ lồi X testudinaria, chúng tơi tách chiết thành cơng hàm lượng cao saringosterol (9) có hoạt tính kháng lao mạnh hoạt chất kháng lao biết đến từ loài thực vật tự nhiên (nồng độ ức chế tối thiểu MIC với dòng vi khuẩn lao M tuberculosis đạt giá trị 0,25 µg/ml) [2] Hợp chất quan trọng hồn tồn trở thành đối tượng nghiên cứu phát triển dược chất chống lao hiệu 29 28 COOH 21 17 18 15 Br 17 11 27 13 19 1 COOH 26 25 OH 11 19 24 20 14 11 10 19 17 22 Br 21 13 HO Những nghiên cứu hóa học lồi san hơ mềm Cladiella sp đem lại nhiều kết thú vị Trong số hợp chất phân lập, đáng lưu ý hợp chất cladiasterol (10) - secosterol có gắn phân tử đường lần biết đến có nhiều hoạt tính đáng quan tâm 117 28 21 HO 11 26 20 22 23 24 25 18 12 19 H3C 6' O 1' 4' 3' HO 2' O 13 17 16 14 5' HO O H 27 10 15 OH H 10 OH Những kết nghiên cứu chiết tách, phân lập, sàng lọc hoạt tính sinh học xác định cấu trúc hoạt chất, tìm kiếm nguồn hoạt chất từ sinh vật biển tạo sở cho nghiên cứu ứng dụng triển khai nhằm tạo sản phẩm có giá trị cao phục vụ cho y, dược, công nghiệp thực phẩm đời sống cộng đồng Brent R C., 2003 Nat Prod Rep., 20, 535-557 Brucker A.W., 2002 Issues in Science and Technology, 39-44 Hương L.M., C.V Minh, H.T Hương, T.T.H Ha, Đ.C Thung, 2005 Tạp chí Dược học, 345, 12-14 Hương L.M., C.V Minh, H.T Hương, T.N Hằng, P.Q Long, Đ.C Thung, 2005 Tạp chí Dược học, 350, 11-12 Idid S Z., D M Jalaludin, B H Ridzwan, A Bukhori, S Nor Hazlinah, C C Hoo, L K Marthivarman, 2001 Pakis J Bio Sci., 4(10): 1291-1293 Minh C.V., P.V Kiem, N.H Dang, 2006 ASEAN Journal on S&T for Development, 22(4): 297-311 Minh C.V., P.V Kiem, L.M Huong, 2004 Arch Pharm Res., 27(7): 734737 Minh C.V., P.V Kiem, L.M Huong, P.Q Long, Y.H Kim, 2005 Tạp chí Hóa học, 43(6): 768-772 10 Minh C.V., N.V Thanh, N.X Cuong, P.V Kiem A new galactocerebroside from the starfish Archaster typicus Nat Prod Comm (submitted) 11 Minh C.V., P.V Kiem, H.T Huong, N.X Cuong, P.Q Long, N.H Nam, 2005 Tạp chí Hóa học, 43(6): 499502 12 Patil A.D., W.C Kokke, S Cochran, T.A Francis, T Tomszek, J.W III KẾT LUẬN Những kết nghiên cứu hóa học theo định hướng hoạt tính sinh học từ sinh vật biển Việt Nam thời gian gần chứng minh khả ứng dụng to lớn hợp chất thiên nhiên biển lĩnh vực y-dược học đời sống Những kết cho thấy tiềm hứa hẹn nguồn dược liệu biển nước ta cần thiết có quan tâm, đầu tư lĩnh vực nghiên cứu hoạt chất sinh học từ sinh vật biển Nghiên cứu, khai thác phát triển hợp chất có hoạt tính sinh học từ sinh vật biển Việt Nam hướng đắn, phát triển sản phẩm tự nhiên phục vụ sống kỷ 21 - “Thế kỷ chinh phục đại dương” loài người TÀI LIỆU THAM KHẢO Battershill C., M Jaspars, P Q Long, 2005 Biologist, 52(2): 107-114 118 Westley, 1992 J Nat Prod., 55, 1170-1177 13 Proksch P., R Edrada-ebel, R Ebel, 2003 Mar Drugs, 1, 5-17 14 Thanh N.V., N.H Dang, P.V Kiem, N.X Cuong, H.T Huong, C.V Minh, 2006 ASEAN Journal on S&T for Development, 23(4): 253-259 Người nhận xét: - TS Bùi Minh Lý - TS Đào Việt Hà 119 ... vực nghiên cứu hoạt chất sinh học từ sinh vật biển Nghiên cứu, khai thác phát triển hợp chất có hoạt tính sinh học từ sinh vật biển Việt Nam hướng đắn, phát triển sản phẩm tự nhiên phục vụ sống... (hải sâm biển) , bọt biển san hô mềm II MỘT SỐ KẾT QUẢ TRONG LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU CÁC CHẤT CĨ HOẠT TÍNH SINH HỌC TỪ SINH VẬT BIỂN VIỆT NAM Sàng lọc hóa học theo định hướng hoạt tính sinh học phương... có sinh vật biển Việt Nam, đồng thời mở định hướng nghiên cứu khai thác tiềm sinh vật biển Do khn khổ báo cáo có hạn, chúng tơi xin giới thiệu số kết nghiên cứu điển hình nhóm sinh vật có khả sinh