Luận văn thạc sĩ Công nghệ sinh học: Tối ưu hóa các điều kiện sấy phun tạo chế phẩm Bacteriocin dạng bột có nguồn gốc từ vi khuẩn Lactobacillus Acidophilus

NHIEM VU VA NOI DUNG: Khao sát một sô đặc tinh của dich bacteriocin Khảo sát các yếu tô ảnh hưởng đến hoạt tính bacteriocin trong quá trình sấy phunTối ưu hóa các điều kiện say phun bang

HPK }

ATP ADP ATP ADP _ * ADP

Hình 1.1 Sơ đỗ uá trình sinh tong hợp lantibiotic [36].

Bacteriocin lớp II được tổng hop ở dạng phân tử tiền peptide chứa một trình tự leader bảo tồn ở đầu N và một vị tri glycerin kép phục vụ cho việc phân giải protein (ngoại trừ bacteriocin lớp Hc, được tong hop với một trình tự tín hiệu ở đầu N, được biến đổi và tiết ra khỏi tế bào) hac với lantibiotic, bacteriocin lớp Ila không trải ua uá trình biến đổi sau dịch mã Sau khi hình thành, phân tử tiền peptide sẽ được biến đối để loại bỏ leader peptide cùng lúc với việc xuất khỏi tế bào ua hệ thống vận chuyển ABC và các protein phụ trợ của nó.

Trình tự leader peptide có thể thực hiện một số chức năng chuyên biệt: v v

Là vị trí nhận biết cho các protein biến đối và van chuyền tiền peptide.

Bảo vệ tế bào sản xuất tránh khỏi tác động của bacteriocin khi còn ở bên trong tế bảo băng cách giữ chúng ở trạng thái bất hoạt.

Tương tác với ving propeptide dé đảm bảo cau trạng thích hợp cần thiết cho sự tương tác giữa enzyme và cơ chất.

Con đường sinh tổng hợp bacteriocin lớp II:

Bước 1: Sinh tong hop phân tử tiền bacteriocin va các tiền peptide của các nhân tố cảm ứng (IF)

Bước 2: Phân tử tiền bacteriocin và các tiền nhân tổ IF được biến đổi và vận chuyển nhờ hệ thống vận chuyển ABC, phóng thích bacteriocin trưởng thành và nhân tổ IF.

Bước 3: Histidine protein kinase (HP ) cảm ứng sự hiện diện cua IF và tự phosphoryl hóa.

Bước : Nhóm phosphoryl hóa (P) được chuyển ua nhân tô đáp ứng điều hòa

Bước 5: Nhân t6 RR hoạt hóa sự phiên mã của các gen được điều hòa.

Bước 6: Sự hiện diện cua bacteriocin cảm ứng hoạt động của các protein có chức năng tự miên của tê bao sản xuât [36].

% Điều hòasinh n hop a e io in

Quá trình sinh tong hop bacteriocin được điều hòa nhờ hệ thống điều hòa hai thành phan Hệ thống điều hòa này chứa hai protein phát tín hiệu: histidine protein kinase (HPK) liên kết mang và nhân tố điều hòa đáp ứng trong tế bảo chat (reponse regulator — RR) Trong ua trình truyền tải tín hiệu HP tự phosphoryl phân tử histidine khi nó cam ứng được sự hiện diện của bacteriocin ở nông độ tới hạn trong môi trường Sau đó nhóm phosphoryl được huyền đến phân tử aspartic acid ở vùng RR tạo ra sự thay đôi nội phân tử, tác động đến nhân tô điều hòa đáp ứng làm hoạt hóa ua trình phiên mã của các gen được điều hòa Các gen điều hòa gồm: gen cấu trúc, gen xuât bao, gen miên dịch.

Trong trường hop nisin và subtilin, phân tử bactreiocin đóng vai trò như một tin hiệu ngoại bao dé tự điều hòa uá trình sinh tổng hợp của chúng theo con đường truyền tải tín hiệu Ngược lại hầu hết bacteriocin lớp II sản xuất một peptide giống bacteriocin nhưng không có hoạt tính kháng khuẩn và sử dụng nó như một nhân t6 cảm ứng (IF) dé hoạt hóa ua trình phiên mã của các gen được điều hòa IF là một peptide nhỏ, bên nhiệt, tích điện dương và ki nước, được tong hợp dưới dạng một tiền peptide với một trình tự leader glycine kép Hệ thống vận chuyển sẽ cắt bỏ peptide leader của IF cùng lúc với uá trình xuất bào của peptide trưởng thành IF được tiết ra đóng vai trò như một tín hiệu ngoại bào và tác động đến uá trình phiên mã của các gen liên uan đến việc sản xuat bacteriocin [36].

2.1.5 Cơ héhoa độn ta a e io in Do có sự khác nhau về cau trúc hóa học ma bacteriocin sẽ có cách thức tac động khác nhau với các tế bào sống Cac bacteriocin có thé tác động lên sự sao chép, phiên mã, dịch mã, tong hop thanh té bao Tuy nhién, hau hết các bacteriocin hoạt động bang cách tạo kênh hay lỗ trên mang làm phá hủy năng lượng hữu ich của tế bao sống.

Cơ chế tác động của nisin được nghiên cứu ki'nhất Nisin thuộc nhóm Ia, tích điện dương, tích điện tĩnh điện với mang phospholipid tích điện âm ét ua tạo phan tương tac ki nước giữa bacteriocin với mang tế bao chất của tế bao dich Lysine là amino acid tích điện âm có liên uan tới sự tương tác tĩnh điện này Sự tương tác giữa phan ki nước cua nisin và mang tế bào dich tạo những kênh ion không đặc hiệu Việc tạo các lỗ làm giảm sự hiện diện của các ion dương hóa trị II như MgTM*, Ca'” Bởi vì chúng trung hòa điện tích âm của phospholipid, làm giảm sự linh động của màng Các lỗ trên màng tạo bởi nisin làm cho các ion ”, Mg”, acid amin, acid glutamic và lysine và ATP thoát ra ngoài nhưng các protein lớn trong tế bào chất không ua được, vi vậy tạo thế màng, làm mất động lực proton nên sẽ gây chết tế bảo.

Lipid II cũng tham gia trong việc tạo thành các 16, lipid II đóng vai trò như những phân tử cat cut cho các liên kêt đặc hiệu với màng tê bao vi khuân. Ở bacteriocin như mersacidin và actagardin thì cơ chế hoạt động của chúng là tác động lên sự tong hợp của thành tế bao, các bacteriocin này ngăn cản việc gắn các phân tử glucose và D-alanine và thành tế bào, sự tong hop DNA, RNA và protein xảy ra một cách tự do Cả hai bacteriocin này đều ức chế sự sinh tổng hợp petidoglycan bang cách tạo phức hợp với tiên chat lipid II của peptidoglycan gắn trên mang.

Nhìn chung, cơ chế hoạt động của bacteriocin lớp Ia cũng giống như nisin Đặc tính bacteriocin nhóm này là khang Listeria do sự hiện diện của trình tự YGNGV ở vùng đầu N Giả thiết hiện nay để l giải cơ chế hoạt động của nhóm này là liên kết tĩnh điện của bacteriocin với mang tế bào đích ua trung gian phân tử receptor liên kết trên màng Giả thiết về receptor đáp ứng cho sự nhận diện kiểu kháng Listeria YGNGV ở những peptide này Người ta cho rằng bacteriocin nhóm Ila có thể tự tạo lỗ xuyên ua màng tế bào vì chúng là những bacteriocin cực nhỏ và lưỡng cực Các bacteriocin lớp phụ IIc theo khóa phân loại laenhammer (1991) được chia thành hai nhóm khác nhau dựa vào việc có hay không có sự hiện diện liên kết disulfit bên trong phân tử Do đó, hoạt động của hai nhóm này hoàn toàn khác nhau.

Các nghiên cứu trên màng được tiễn hành với lactococcin — bacteriocin thiếu phân L-cysteine và thấy rằng đây là protein hoạt động trên màng Cơ chế hoạt động chính là sự tạo thành các lỗ trên màng tế bảo Phố kháng khuẩn rộng của những hop chất này chứng tỏ có sự hiện diện của receptor bacteriocin liên kết đặc hiệu trên màng.

Các acid amin tích điện âm va tryptophan trong vùng ưa nước có thé thuận lợi cho các tương tác không đặc hiệu với lớp phospholipid tích điện âm của màng tế bào đích làm cho các lỗ xuyên màng ồn định hơn [27, 36].

2.1.6 Khánăn wmién a eio in ta é ào hi Hiện nay, có hai hệ thống tự miễn lantibiotic của tế bao sản xuất đã được nhận định Sự bảo vệ này được kiêm soát bởi các protein miễn dịch Lan I, protein van chuyển ABC và Lan FEG Hai hệ thống này hoạt động hỗ trợ lẫn nhau bảo vệ tế bào sản xuât khỏi tác động cua bacteriocin do chính chúng sinh ra.

Lan I bám trên mặt ngoài cua màng tê bao chat và bảo vệ tê bào băng cách ngăn chặn sự tạo 16 cua bacteriocin Lan FEG hoạt động băng việc vận chuyên các phan tử bacteriocin đã chèn vào mang dé đem chúng trở vê môi trường ngoại bào, nhờ vậy Lan

FEG giúp đỡ nông độ bacteriocin bên trong tế bào luôn ở mức thấp hơn mức tới hạn.

Gen tự miễn của bacteriocin lớp II thường mã hóa cho một loại protein liên kết với màng tế bao chất Quadri va cs (1995) đã xác định đa phần protein miễn dich CbiB2 của carnobacteriocin B2 được tìm thấy bên trong tế bào chất và một lượng ít hơn kết hợp với màng Tương tự theo Abdel-Dayem va cs (1996) phan lớn protein miễn dich MesI của mesentericin Y105 tổn tại trong tế bào chất và chỉ một lượng nhỏ được phát hiện trên màng tế bảo.

Protein miễn dịch là những phân tử tích điện dương, có khoảng 51-254 acid amin, cung cấp khả năng miễn dịch đối với bacteriocin Sự tương tác của protein miễn dịch với màng tế bào giúp bảo vệ tế bào sản xuất tránh khỏi tác động của bacteriocin do chúng sản sinh ra [36].

2.1.7 Un dun a e io in Ngành công nghiệp thực phẩm có thé ứng dụng kha năng bảo uan sản phẩm của bacteriocin băng việc sử dụng các giống vi sinh vật san sinh bacteriocin trong ua trình sản xuất hoặc bố sung các chế phẩm có chứa bacteriocin trực tiếp vào sản phẩm