Bài viết nghiên cứu hiện trạng công nghệ vi sinh Việt Nam; công nghệ bảo quản chủng giống; xu hướng nghiên cứu và phát triển công nghệ vi sinh trên thế giới; đề xuất định hướng phát triển công nghệ vi sinh ở Việt Nam.
Khoa học - Công nghệ đổi sáng tạo Công nghệ vi sinh Việt Nam: Hiện trạng xu hướng phát triển Tạ Việt Dũng1, Nguyễn Đức Hoàng1, Lê Trọng Tài1, Ngơ Đình Bính2 Cục Ứng dụng Phát triển công nghệ, Bộ KH&CN Viện Công nghệ sinh học, VAST Kết xây dựng đồ công nghệ công nghệ vi sinh phục vụ phát triển kinh tế - xã hội đánh giá phân tích rõ vấn đề quan trọng ngành nay, trạng công nghệ vi sinh ngành sản xuất Việt Nam, nhu cầu tiềm thị trường, mức độ yêu cầu công nghệ, khả phát triển công nghệ, xu hướng phát triển công nghệ vi sinh giới Trên sở kết đạt được, số định hướng phát triển công nghệ vi sinh thời gian tới xác định đề xuất dựa nhóm (cơng nghệ, hạ tầng ứng dụng) cấp (quốc gia, ngành/lĩnh vực doanh nghiệp) Những định hướng góp phần quan trọng việc xây dựng chiến lược phát triển công nghệ sinh học thời gian tới, làm sở cho việc xây dựng đặt hàng nhiệm vụ nghiên cứu, ứng dụng đổi công nghệ viện nghiên cứu, trường đại học doanh nghiệp Hiện trạng công nghệ vi sinh Việt Nam Công nghệ vi sinh gồm nhóm cơng nghệ chính: cơng nghệ tạo giống, cơng nghệ bảo quản giống, công nghệ lên men, công nghệ thu hồi tạo sản phẩm Kết xây dựng đồ công nghệ xác định trạng nhóm cơng nghệ sau: Về chủng giống Đây yếu tố quy trình sản xuất, định đến suất, chất lượng đặc tính sản phẩm cuối Việt Nam có tương đối đầy đủ chủng giống, nhiên chủng dạng thơ sơ, hiệu suất biểu chưa cao, tính ổn định chủng giống hạn chế Số lượng chủng giống đưa vào sản xuất công nghiệp chưa nhiều, phần lớn phải nhập Ví dụ, chủng giống cho sản xuất bia rượu, đồ uống, sữa 24 chua, hoạt chất sinh học (kháng sinh, enzyme, vitamin ) phải nhập từ nước Chủng giống Saccharomyces cerevisiae, Việt Nam có sưu tập khoảng 800 chủng (Viện Công nghiệp thực phẩm - Bộ Công thương) sử dụng để sản xuất vài sản phẩm bia Tuy nhiên, với số hãng bia lớn (SABECO, HABECO) phải nhập chủng giống nước ngồi vì: 1) giống nhập ổn định mặt di truyền (kiểm soát ổn định suất, chất lượng, hương vị); 2) chủng đặc thù; 3) tâm lý sùng ngoại Trong sản xuất vắc-xin, chưa có sở liệu ngân hàng chủng giống tác nhân gây bệnh Việt Nam Việc theo dõi, thu thập nguồn mẫu thực riêng rẽ sở nghiên cứu/doanh nghiệp, có hợp tác chia sẻ thơng tin Nghiên cứu đặc tính miễn dịch, Số 10 năm 2020 khả bảo hộ chủng sản xuất vắc-xin chủng thực địa Việt Nam số hạn chế (thường đánh giá bảo hộ đồng chủng, có đánh giá khả bảo hộ chéo chủng) Việc nghiên cứu in vitro thường dựa chủ yếu vào đặc tính miễn dịch tế bào, chưa quan tâm đặc điểm khác Công nghệ bảo quản chủng giống Đây khâu trung gian quy trình sản xuất, ảnh hưởng đến tính ổn định, khả sống sót chủng giống Bảo quản chủng giống Việt Nam sử dụng phương pháp đông khô lạnh sâu tiếp cận với công nghệ giới (ví dụ, chủng giống sử dụng sản xuất vắc-xin) Tuy nhiên, kỹ thuật tiền xử lý, chất bảo quản cịn hạn chế Các cơng nghệ bảo quản thông thường như: bảo quản thạch, glycerol, cát, hạt đạt khoa học - công nghệ đổi sáng tạo trình độ tương đương giới Tuy nhiên, cơng nghệ cũ, sử dụng giới Công nghệ lên men Là cơng đoạn định đến sản lượng, quy mơ sản xuất; ảnh hưởng đến giá thành sản phẩm công nghệ sản xuất Trong số ứng dụng, doanh nghiệp Việt Nam có đầu tư đồng tương đương giới như: thức ăn chăn nuôi, bia rượu, sữa chua, vắc-xin cho người động vật Trong số ứng dụng khác, làm chủ tương đối quy trình cơng nghệ lên men quy mơ phịng thí nghiệm pilot Tính đồng tích hợp cơng nghệ, thiết bị chưa cao, khả tự động hóa thấp, chủ yếu lên men theo mẻ bán liên tục nên suất, sản lượng cịn thấp Chưa có nghiên cứu tối ưu điều kiện lên men thể tích lớn hay tối đa hóa hoạt chất quan tâm mà tập trung vào sản xuất sinh khối Ví dụ, chủng Bacillus thuringiensis (Bt) ứng dụng sản xuất thuốc trừ sâu sinh học Việt Nam có sưu tập chủng giống với 3.700 chủng, lưu giữ chủ yếu Viện Cơng nghệ Sinh học, có 400 chủng giống mô tả chi tiết đánh giá nguồn gen, sản xuất quy mô pilot m3 ứng dụng bảo vệ trồng (rau, ăn lúa) từ năm 1983 Hà Nội, Lâm Đồng TP Hồ Chí Minh Tuy nhiên, chế phẩm Bt phải nhập Công nghệ thu hồi tạo sản phẩm Công nghệ thu hồi tạo sản phẩm đóng vai trị định tiêu chuẩn, chất lượng quy cách sản phẩm Các sản phẩm, ứng dụng có yêu cầu cao độ tinh khiết, kiểm soát hàm lượng chất lượng vai trị cơng nghệ thu hồi tạo sản phẩm quan trọng (ví dụ sản xuất vắc-xin, hoạt chất sinh học, thuốc ) Việt Nam làm chủ công nghệ thu hồi tạo sản phẩm ứng dụng sử dụng trực tiếp sinh khối vi sinh vật nông nghiệp môi trường, phần ứng dụng sử dụng hoạt chất tinh khiết công nghiệp y tế tầng công nghệ thông tin phần mềm phân tích chưa đầu tư mức để đạt hiệu cao Bên cạnh đó, Việt Nam thiếu nguồn nhân lực có trình độ cao nghiên cứu phát triển ứng dụng vào sản xuất nhân lực đào tạo chuyên môn sâu công nghệ tin sinh Tuy nhiên, thấy rằng, cơng nghệ thu hồi Việt Nam mức bản, chưa có cơng nghệ tiên tiến, dẫn đến chất lượng sản phẩm chưa cao, thời gian bảo quản sản phẩm ngắn Công nghệ tạo sản phẩm (formulation) số sản phẩm bảo quản thời gian dài giữ hoạt tính, tính chất, khả sống (chế phẩm dạng sinh khối) nước so với giới Ví dụ, sản phẩm men tiêu hóa (probiotic) Việt Nam chủ yếu dạng bột (sấy đơng khơ), giới đóng gói dạng vi nang Xu hướng nghiên cứu phát triển công nghệ vi sinh giới Như vậy, đánh giá cách tổng thể cho thấy, trình độ công nghệ vi sinh Việt Nam mức độ trung bình khơng q cách biệt so với giới, nhiên yếu công nghệ quan trọng Do chưa tập trung nguồn lực, chưa đầu tư đồng bộ, phần chi phí đầu tư cao dung lượng thị trường chưa đủ lớn tính chun mơn hóa cộng đồng doanh nghiệp cịn thấp Nhiều cơng nghệ vi sinh tiên tiến, có độ xác, hiệu cao, quy mô lớn chưa sẵn sàng nước ta Việt Nam chưa có Trung tâm sản xuất thử nghiệm đủ lớn phục vụ cho việc phát triển công nghệ vi sinh Hệ thống hạ tầng có thiết bị nghiên cứu, sản xuất tạo sản phẩm công nghệ sinh học công nghệ vi sinh hạn chế, chưa đồng bộ, khiến cho sản phẩm nghiên cứu phịng thí nghiệm, xưởng thực nghiệm khó đưa thị trường Hạ Cơng nghệ vi sinh phát triển mạnh mẽ giới tập trung vào tổng hợp sinh học Sự kết hợp công nghệ vi sinh đại, cơng nghệ nano, cơng nghệ thơng tin trí tuệ nhân tạo mở mơ hình cơng nghệ trở thành xu tương lai Những vấn đề lớn công nghệ vi sinh nghiên cứu giới bao gồm: Nghiên cứu hệ vi sinh vật trái đất (Earth Microbiome) Nghiên cứu hệ vi sinh vật người (Human Microbiome), bao gồm nội dung lớn: hệ vi sinh vật đường ruột người (được coi hệ DNA thứ hai, não thứ hai người) Nghiên cứu vi sinh vật đường ruột người cho thấy mối quan hệ vi sinh vật bệnh tật người để phát triển phương pháp, sản phẩm, chế phẩm chữa bệnh như: nghiên cứu microbiome ruột cho thấy liên kết vi khuẩn với bệnh tiểu đường; dấu DNA vi khuẩn máu xét nghiệm ung thư phổ quát mới; độc tố sản xuất vi khuẩn đường ruột thông thường liên quan đến ung thư ruột; chất trao đổi vi khuẩn đường ruột gợi ý cách điều trị viêm ruột mới; nghiên cứu tác dụng chế độ ăn uống microbiome tim lão hóa; nghiên cứu phát triển AI để dự đoán tuổi dựa hệ vi sinh vật đường ruột, da miệng; nghiên cứu khám phá mối liên hệ tính Số 10 năm 2020 25 Khoa học - Công nghệ đổi sáng tạo cách hệ vi sinh vật đường ruột; vi khuẩn đường ruột làm giảm mức độ nghiêm trọng bệnh Parkinson; microbiome đường thở liên quan đến bệnh hen suyễn trẻ em; tăng nguy ung thư ruột liên quan đến loài vi khuẩn đường ruột; nghiên cứu ánh sáng mặt trời da ảnh hưởng trực tiếp đến hệ vi sinh vật đường ruột; microbiome ảnh hưởng đến serotonin ruột lượng đường máu Đề xuất định hướng phát triển công nghệ vi sinh Việt Nam Để xác định hướng phát triển công nghệ vi sinh Việt Nam, số phương pháp phân tích sử dụng bao gồm: đánh giá trạng, lực công nghệ nghiên cứu sản xuất; đánh giá vai trị, phổ biến cơng nghệ; xác định xu hướng cơng nghệ; phân tích nhu cầu xã hội Trong đó, sản phẩm/ứng dụng ưu tiên đánh giá, lựa chọn theo tiêu chí: xác định tiềm phát triển nhóm ứng dụng dựa tiêu chí đánh giá thị trường giới Việt Nam (quy mô, thị phần), xu hướng phát triển chung sách ưu tiên Việt Nam; đánh giá mức độ yêu cầu công nghệ xác định mối tương quan nhu cầu thị trường mức độ yêu cầu công nghệ để lựa chọn nhóm sản phẩm/ứng dụng ưu tiên phù hợp Trên sở đó, nhóm sản phẩm ưu tiên xác định bao gồm: thuốc vắc-xin thú y; vắc-xin người; dược phẩm sinh học; chế phẩm xử lý chất thải rắn nước thải; phụ gia thức ăn chăn nuôi, nuôi trồng thuỷ sản probiotic động vật; chất hoạt tính sinh học hỗ trợ điều trị; phân hữu vi sinh chế phẩm nông nghiệp; thuốc sinh học bảo vệ thực vật; axit dung môi hữu Dựa sản phẩm ưu tiên lựa chọn, công nghệ 26 ưu tiên tiếp tục xác định dựa tiêu chí đánh giá tổng hợp xu hướng công nghệ, đánh giá chuyên gia, mức độ làm chủ công nghệ, phổ biến công nghệ công nghệ liên quan đến sản phẩm ưu tiên Các công nghệ ưu tiên xác định công nghệ tạo đột biến định hướng, nâng cao hiệu suất biểu hiện; công nghệ phân lập sử dụng metagenomics, kết hợp kỹ thuật sinh học phân tử tin sinh học tạo chủng giống vi sinh vật Công nghệ tiền xử lý: ứng suất tới hạn, sử dụng chất chống đơng, chất chống oxy hố bảo quản chủng giống Nghiên cứu tiếp cận lên men quy mơ lớn, tăng tính đồng hố, ứng dụng cơng nghệ 4.0 kiểm sốt, điều khiển q trình lên men, tự động hố khâu Trong thu hồi tạo sản phẩm, nghiên cứu tiếp cận hướng đồng liên tục hệ thống lên men, ứng dụng cơng nghệ 4.0 kiểm sốt, điều khiển, tự động hố khâu Kết quả, nhóm nghiên cứu lựa chọn nhóm ứng dụng ưu tiên (bao gồm 29 sản phẩm/ứng dụng cụ thể) 15 công nghệ cần ưu tiên phát triển cho giai đoạn đến năm 2040 (bảng 1, 2) Bảng Danh mục sản phẩm/ứng dụng cần ưu tiên phát triển công nghệ vi sinh Việt Nam Thứ tự Sản phẩm/ứng dụng Chi tiết Thuốc vắc-xin thú y Vắc-xin đa giá Vắc-xin tái tổ hợp Vắc-xin khác Kháng sinh động vật KIT chẩn đoán bệnh động vật Vắc-xin cho người Vắc-xin tái tổ hợp Vắc-xin cộng hợp Vắc-xin kết hợp Vắc-xin vỏ virus Vắc-xin khác Dược phẩm sinh học Kháng sinh hệ Kháng sinh nhóm cephalosporins Kháng sinh chống ung thư Vitamin axit amin (tự nhiên tái tổ hợp) Chế phẩm xử lý chất thải rắn nước thải Xử lý chất thải rắn nước thải sinh hoạt Xử lý chất thải rắn nước thải chăn nuôi giết mổ gia súc, gia cầm; chế biến thủy sản, công nghiệp, nông nghiệp Xử lý chất thải y tế Phụ gia thức ăn chăn nuôi, nuôi trồng thuỷ sản probiotic động vật Protein, axit amin, prebiotic, synbiotic Probiotic chăn nuôi, nuôi trồng thuỷ sản Chất hoạt tính sinh học hỗ trợ điều trị Interferon, cytokine, interleukin, hormone Kháng thể liệu pháp Thực phẩm chức nguồn gốc vi sinh Phân hữu vi sinh chế phẩm nông nghiệp Phân hữu vi sinh đa chức Chế phẩm cải tạo đất nhiễm kim loại nặng Thuốc bảo vệ thực vật sinh học Thuốc TSSH Bacillus thuringiensis Thuốc SH đa chức Axit dung môi hữu Axit axetic, axit citric, axit lactic Acetone, Butanol, Methanol, Ethanol Hương liệu thực phẩm mỹ phẩm Số 10 năm 2020 khoa học - công nghệ đổi sáng tạo Bảng Danh mục công nghệ cần ưu tiên Công nghệ Mục tiêu đề Tạo giống Công nghệ DNA tái tổ hợp Công nghệ chỉnh sửa gen Công nghệ phân lập Công nghệ tạo đột biến định hướng, nâng cao hiệu suất biểu Công nghệ phân lập sử dụng metagenomics, kết hợp kỹ thuật sinh học phân tử tin sinh học Công nghệ bảo quản giống Công nghệ lạnh sâu Công nghệ đông khô Công nghệ tiền xử lý: ứng suất tới hạn, sử dụng chất chống đơng, chất chống oxy hố Cơng nghệ lên men Cơng nghệ lên men chìm theo mẻ (nâng cao suất, hiệu suất) Cơng nghệ lên men chìm theo mẻ bổ sung Công nghệ lên men liên tục Công nghệ lên men bề mặt trạng thái rắn Nghiên cứu tiếp cận lên men quy mơ lớn, tăng tính đồng hố, ứng dụng cơng nghệ 4.0 kiểm sốt, điều khiển q trình lên men, tự động hố khâu Công nghệ thu hồi tạo sản phẩm Công nghệ lọc tiếp tuyến Công nghệ ly tâm liên tục, siêu ly tâm Công nghệ sấy phun Công nghệ tạo vi nang Công nghệ thu hồi sản phẩm phi sinh khối sắc ký Công nghệ thu hồi sản phẩm phi sinh khối thẩm tích Nghiên cứu tiếp cận hướng đồng liên tục hệ thống lên men, ứng dụng cơng nghệ 4.0 kiểm sốt, điều khiển, tự động hoá khâu Để đảm bảo nguồn lực cho việc phát triển nhóm ứng dụng/sản phẩm công nghệ ưu tiên, bên cạnh việc đầu tư thích đáng cho hệ thống phịng thí nghiệm, trung tâm sản xuất thử nghiệm nhân lực chất lượng cao, việc phát triển sưu tập nguồn gen vi sinh vật nội dung quan trọng cần ưu tiên thời gian tới Phát triển sưu tập nguồn gen vi sinh vật với cơng nghệ nhóm sản phẩm ưu tiên tạo thành trụ cột có mối liên hệ chặt chẽ với (hình 1) Hình Mối quan hệ cơng nghệ nhóm sản phẩm cần ưu tiên phát triển Dựa nhóm trụ cột này, vấn đề nghiên cứu phát triển cần giải đặt làm rõ trụ cột Trụ cột thứ danh mục số công nghệ trọng tâm cần ưu tiên phát triển thời gian tới tương ứng với công nghệ đưa ra, nội dung cần giải nghiên cứu phát triển xác định hình Nhóm trụ cột thứ cho thấy sưu tập nguồn gen vi sinh vật đóng vai trò quan trọng việc thu thập, nghiên cứu phát triển nguồn gen cách có chọn lọc, định hướng để làm tảng Hình Các vấn đề nghiên cứu phát triển làm chủ công nghệ Số 10 năm 2020 27 Khoa học - Công nghệ đổi sáng tạo triển công nghệ vi sinh nơng nghiệp Việt Nam”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam, 3(112), tr.98-106 Nghị số 18/CP phát triển công nghệ sinh học Việt Nam đến năm 2010, ban hành ngày 11/3/1994 Quản Lê Hà, Ngơ Đình Bính, Nguyễn Đức Hoàng, Lê Trọng Tài, Tạ Việt Dũng (2020), “Phát triển công nghệ vi sinh công nghiệp Việt Nam”, Tạp chí KH&CN Việt Nam, 5, tr.30-33 Hình Các vấn đề nghiên cứu, phát triển khai thác mạng lưới sưu tập chủng giống vi sinh vật cho việc chọn tạo chủng vi sinh vật có chất lượng, đáp ứng yêu cầu sản xuất ngày cao Đây xu hướng giới phân tích làm rõ hình Kết luận Theo “Kế hoạch tổng thể phát triển ứng dụng công nghệ sinh học Việt Nam đến năm 2020” Thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày 22/1/2008, việc phát triển ứng dụng công nghệ sinh học tập trung chủ yếu vào lĩnh vực nông - lâm - ngư nghiệp, công nghiệp chế biến thực phẩm, vệ sinh an toàn thực phẩm, y - dược bảo vệ sức khoẻ người, bảo vệ môi trường Quan điểm xuyên suốt xây dựng phát triển công nghiệp sinh học nước ta trở thành ngành kinh tế - kỹ thuật mũi nhọn, có vai trị quan trọng, phục vụ đắc lực nghiệp cơng nghiệp hố, đại hố đất nước ứng dụng rộng rãi, có hiệu cơng nghệ sinh học vào sản xuất đời sống 28 Trong điều kiện nguồn lực quốc gia nhiều hạn chế, việc định hướng hoạt động khoa học công nghệ (KH&CN) tập trung vào mục tiêu cụ thể có ý nghĩa quan trọng để KH&CN phát triển có hiệu góp phần thúc đẩy ngành kinh tế phát triển giai đoạn định Những kết đưa sở quan trọng để xây dựng kế hoạch triển khai hoạt động đổi công nghệ, nâng cao lực cạnh tranh doanh nghiệp, đóng góp thực thi Chương trình quốc gia, góp phần định hướng cho chương trình phát triển KH&CN giai đoạn tới nâng cao vai trị KH&CN q trình phát triển kinh tế - xã hội nói chung ngành vi sinh vật nói riêng ? TÀI LIỆU THAM KHẢO Chỉ thị số 50-CT/TW việc đẩy mạnh phát triển ứng dụng công nghệ sinh học phục vụ nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, ban hành ngày 4/3/2005 Lê Như Kiểu, Ngơ Đình Bính, Nguyễn Đức Hồng, Lê Trọng Tài (2020), “Đánh giá thực trạng sản xuất, ứng dụng chế phẩm vi sinh đề xuất định hướng phát Số 10 năm 2020 Quyết định số 11/2006/QĐ-TTg việc phê duyệt “Chương trình trọng điểm phát triển ứng dụng cơng nghệ sinh học lĩnh vực nông nghiệp phát triển nông thôn đến năm 2020”, ban hành ngày 12/1/2006 Quyết định số 97/2007/QĐ-TTg việc phê duyệt “Đề án phát triển ứng dụng công nghệ sinh học lĩnh vực thuỷ sản đến năm 2020”, ban hành ngày 29/6/2007 Quyết định số 14/2007/QĐ-TTg việc phê duyệt “Đề án phát triển ứng dụng công nghệ sinh học lĩnh vực công nghiệp chế biến đến năm 2020”, ban hành ngày 25/1/2007 Quyết định số 2457/QĐ-TTg việc phê duyệt Chương trình quốc gia phát triển công nghệ cao đến năm 2020, ban hành ngày 31/12/2010 Quyết định số 3056/QĐ-BKHCN việc sửa đổi tên, phê duyệt mục tiêu, nội dung dự kiến sản phẩm Chương trình KH&CN trọng điểm cấp nhà nước giai đoạn 2011-2015: “Nghiên cứu phát triển ứng dụng công nghệ sinh học”, ban hành ngày 30/9/2011 10 Quyết định số 850/QĐ-TTg việc phê duyệt “Đề án xây dựng phịng thí nghiệm trọng điểm”, ban hành ngày 7/9/2000 11 Quyết định số 3771/QĐ-BKHCN việc ban hành “Sổ tay hướng dẫn xây dựng đồ công nghệ, lộ trình cơng nghệ đổi cơng nghệ”, ban hành ngày 13/12/2019 ... hệ vi sinh vật đường ruột; microbiome ảnh hưởng đến serotonin ruột lượng đường máu Đề xu? ??t định hướng phát triển công nghệ vi sinh Vi? ??t Nam Để xác định hướng phát triển công nghệ vi sinh Vi? ??t... Tạ Vi? ??t Dũng (2020), ? ?Phát triển công nghệ vi sinh cơng nghiệp Vi? ??t Nam”, Tạp chí KH&CN Vi? ??t Nam, 5, tr.30-33 Hình Các vấn đề nghiên cứu, phát triển khai thác mạng lưới sưu tập chủng giống vi sinh. .. - công nghệ đổi sáng tạo Bảng Danh mục công nghệ cần ưu tiên Công nghệ Mục tiêu đề Tạo giống Công nghệ DNA tái tổ hợp Công nghệ chỉnh sửa gen Công nghệ phân lập Công nghệ tạo đột biến định hướng,