1.4.1. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Ở nước ta, hiện chưa có nghiên cứu nào về cơ chế gây bệnh của vi khuẩn thối nhũn cũng như sử dụng các chủng vi khuẩn nội sinh đối kháng để phân hủy AHLs của vi khuẩn gây bệnh trong phòng trừ bệnh thối nhũn do vi khuẩn gây hại cây trồng. Trong lĩnh vực thủy sản, TS. Nguyễn Thị Ngọc Tĩnh (Viện nghiên cứu Thủy sản II) chủ trì thực hiện đề tài “Nghiên cứu tạo enzyme AHL lactonase tái tổ hợp có khả năng phân hủy phân tử tín hiệu liên quan đến độc lực ở một số loài vi khuẩn gây bệnh trên động vật thủy sản” được quỹ Nafosted tài trợ từ năm
2010. Trong khuôn khổ đề tài này, nhóm tác giả tập trung vào tổng hợp enzyme
AHL lactonase tái tổ hợp từ các chủng vi khuẩn Bacillus có tác dụng phân hủy phân tử tín hiệu liên quan đến độc lực ởVibrio harveyi và Edwardsiella ictaluri.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 16
Nhóm nghiên cứu đã xác định được gen aiiA từ các chủng Bacillus phân lập từ
môi trường ao nuôi cá tra, sau đó được dòng hóa vào chủng vi khuẩn E. coli
BL21 bằng các vector dòng hóa thích hợp. Enzyme AHL lactonase được biểu
hiện sẽđược kiểm tra họat tính phân hủy phân tử AHL tổng hợp, đồng thời khảo sát lại khả năng phân hủy các phân tử AHL liên quan đến độc lực ở Vibrio harveyi và Edwardsiella ictaluri, hai loài vi khuẩn gây bệnh quan trọng trên tôm
sú và cá tra. Thông qua đề tài này, nhóm tác giả mong muốn ứng dụng phương
pháp tiếp cận mới nói trên trong việc kiểm soát bệnh gây ra bởi vi khuẩn Gram âm, nhóm vi khuẩn gây bệnh quan trọng trong nuôi trồng thủy sản. Nếu thành công, những kết quả của đề tài sẽ mở ra một hướng mới trong việc kiểm soát dịch bệnh trong nuôi trồng thủy sản ở Việt Nam. (Nguyễn Thị Ngọc Tĩnh, 2011)
1.4.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu phòng trừ sinh học bệnh thối nhũn do vi khuẩn E. carotovora subsp. carotovora gây ra trên nhiều đối tượng cây trồng khác nhau như khoai tây, bắp cải, cà rốt. Điển hình là chủng vi khuẩn biểu mô
Erwinia herbicola Eh252 có khả năng ức chế vi khuẩn gây bệnh thối nhũn do sản
sinh một loại kháng sinh có gốc peptide. Khi lây nhiễm chủng vi khuẩn này trên
lát khoai tây và cà rốt trước khi nhiễm vi khuẩn gây bệnh, biểu hiện bệnh thối nhũn giảm đáng kể so với đối chứng. (VannesteJ.L. et al., 1998)
Trong những năm gần đây phòng trừ sinh học bệnh thối nhũn do vi khuẩn sử
dụng các chủng vi khuẩn đối kháng phân hủy AHLs đang gây được nhiều chú ý.
Các chủng vi khuẩn này được phân lập từ nhiều nguồn khác nhau như: đất, hệ rễ của cây chủ và ruột cá. (Park et al., 2003; Uroz et al., 2003; Morohoshi T. et al., 2005)
Hình 1.3. Phân hủy phân tử tín hiệu AHLs bằng các loại enzyme khác nhau.
Các đường đứt nét biểu thị vị trí phân tách bởi enzyme; 1: lactonase; 2:
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 17
Do tính nghiêm trọng của bệnh trên một phổ rộng các loài cây trồng có giá trị kinh tế, nhiều nghiên cứu trên thế giới đã đi sâu tìm hiểu cơ chế tương tác giữa vi khuẩn gây bệnh và vi khuẩn đối kháng. Dong và cộng sự (2000) đã phát hiện
được gen aiiA240B1 mã hóa cho enzym AHL lactonase AiiA từ một chủng vi khuẩn
Bacillus sp. 240B1. Vai trò của gen này trong sinh tổng hợp được củng cố khi biểu hiện trong vi khuẩn gây bệnh E. carotovora SCG1. Kết quả cho thấy vi khuẩn gây bệnh biểu hiện gen aiiA240B1 giảm khả năng giải phóng AHLs và khả năng gây bệnh trên một số loài cây trồng như khoai tây, cà rốt, cần tây, súp lơ, thuốc lá và cải thảo. Nhóm tác giả này cũng chứng minh được rằng khi thực vật biểu hiện AHL lactonase đã ức chế việc truyền tín hiệu QS của vi khuẩn gây bệnh và do đó tăng khả năng kháng bệnh thối nhũn. (Dong et al., 2001). Vai trò của enzyme AiiA cũng đã được nghiên cứu trong vi khuẩn Bacillus thuringiensis (Park et al., 2008). Ngoài ra, các tác giả cũng chứng minh được rằng một chủng vi khuẩn đột biến gen
aiiA bị mất hoạt tính phân hủy AHLs và không có khả năng ức chế triệu chứng bệnh thối nhũn do E. carotovora gây ra trên lát cắt củ khoai tây.
Một gene khác ahlD liên quan đến sinh tổng hợp enzyme AHL lactonase
AhlD phân hủy AHLs được phân lập từ chủng vi khuẩn Arthrobacter sp.
IBN110. Phân tích quang phổ (MS) cho thấy rằng enzyme này có vai trò phá hủy
vòng lactone của phân tử N-3-hexanoyl-L-homoserine lactone. Nghiên cứu này
cũng chỉ ra rằng các gen tương tự như ahlD có thể tồn tại trong một số loài vi khuẩn khác và hoạt tính phân hủy AHLs được xác định ở loài vi khuẩn Klebsiella pneumoniae và B. stearothermophilus. (Park et al., 2003)
Ngoài enzyme AHL lactonase như AiiA và AhlD phát hiện được ở các
chủng vi khuẩn Gram dương, các chủng vi khuẩn Gram âm nhưRalstonia sp. sản
sinh một nhóm enzyme amidase/acylase phân hủy AHLs như AiiD. (Lin et al.,
2003). Gen aiiD mã hóa cho enzyme AiiD làm bất hoạt AHLs được xác định từ
chủng vi khuẩn Ralstonia sp XJ12B. Chức năng của gen đã được kiểm chứng khi
biểu hiện trong loài vi khuẩn P. aeruginosa PAO1 và làm cho chủng vi khuẩn này
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 18
Không chỉ các enzyme phân hủy AHLs tham gia vào việc phá hủy mạng lưới QS, mới đây các nhà khoa học trên thế giới đã phát hiện ra một số chất hữu cơ bay hơi (volatile organic compounds – VOCs) của các chủng vi khuẩn đối
kháng P. fluorescens B-4117 và Serratia plymuthica IC1270 đóng vai trò như
các chất ức chế mạng lưới thông tin QS giữa tế bào với tế bào ở một số vi khuẩn gây bệnh thực vật nhưAgrobacterium, Pectobacterium. (Chernin et al., 2011)
Nhóm tác giả này cũng xác định được ảnh hưởng của Dimethyl Disulfide
(DMDS), một VOC do chủng vi khuẩn IC1270 tạo ra, đến sự ức chế phiên mã
của gen AHL synthase phzl và csal. Đây là một trong những phát hiện mới và thú vị về vai trò của VOCs từ vi khuẩn vì VOCs không chỉđược biết là có hoạt tính kháng sinh sử dụng trong phòng trừ sinh học các loại bệnh thực vật (Farag et al., 2006) mà nay còn là chất ức chế mạng lưới QS của vi sinh vật khác.