2.5.1. Vi khuẩn Escherichia coli (E. coli)
Vi khuẩn E. coli thuộc họ Enterobacteriaceas, chiếm khoảng 80% vi khuẩn hiếu khí, là vi khuẩn cộng sinh thường trực đường tiêu hóa, vừa là vi khuẩn gây ra nhiều bệnh đường ruột và các cơ quan khác (Lê Văn Tạo, 1997).
Trong điều kiện bình thường vi khuẩn E. coli khu trú chủ yếu ở phần sau của ruột, ít khi hiện diện ở dạ dày hay đoạn đầu ruột non của động vật. Khi gặp điều kiện thuận lợi, chúng phát triển nhanh về số lượng, độc lực, gây loạn vi khuẩn bội nhiễm đường tiêu hóa và gây bệnh tiêu chảy (Nguyễn Vĩnh Phước, 1978)..
Vi khuẩn E. coli có thể sinh trưởng ở nhiệt độ từ 5 - 40oC, nhiệt độ tối ưu là 37oC, pH thích hợp là 7,2 – 7,4 và một số chủng có thể phát triển trên môi trường tổng hợp (Nguyễn Như Thanh, 1997).
Vi khuẩn E. coli sản sinh nhiều loại độc tố: Enterotoxin (độc tố đường ruột), Verotoxin (độc tố tế bào), Neurotoxin (độc tố thần kinh). Mỗi loại độc tố gắn với một thể bệnh mà chúng gây ra. Ngoài ra, vi khuẩn E. coli có khả năng kháng lại một số loại kháng sinh như: Amoxicillin, Chloramphenicol, Trimethroprim, Tetracyclin, Streptomycin (Đỗ Ngọc Thúy và Cù Hữu Phú, 2002).
2.5.2. Vi khuẩn Aeromonas hydrophila (A. hydrophila)
Theo Lewis và Plumb (1979) cho rằng trong các chủng vi khuẩn thuộc giống Aeromonas thì A. hydrophila được xem là chủng gây bệnh cho cá nước ngọt quan trọng nhất, gây bệnh nhiễm trùng máu, xuất huyết ở những loài cá nuôi và cá tự nhiên.
A. hydrophila cũng gây bệnh lở loét cho cá tại Java-Indonesia và gây tỷ lệ chết từ 80- 90% (Angka, 1990).
Trong giống Aeromonas có 2 nhóm, (1) loài vi khuẩn không di động (A. Salmonicida) thường gây bệnh ở các nước lạnh, (2) các loài vi khuẩn di động bao gồm (A. hydrophila, A. caviae, A. sobria). Đặc tính chung của của 3 loài vi khuẩn này là di động nhờ có một tiêm mao, vi khuẩn hình que, Gram âm, hai đầu tròn, phản ứng
oxidase dương tính, khử nitrat. Các loài vi khuẩn Aeromonas di động đều được phân lập từ cá nước ngọt nhiễm bệnh, thường gặp nhất là A. Hydrophila (Huỳnh Thị Phượng Quyên, 2008).
2.6. Tình hình nghiên cứu cây Diếp cá trong và ngoài nước 2.6.1. Trong nước 2.6.1. Trong nước
Võ Văn Chi (2004), đã nghiên cứu rất cụ thể về hình thái và công dụng trị một số bệnh của cây Diếp cá mà trong dân gian từ lâu đã sử dụng.
Phan Văn Cư và Nguyễn Thị Thu Hường (2012), đã chiết tách và định lượng sterols từ lá của cây Diếp cá (Houttuynia cordata Thunb.) ở Tỉnh Thừa Thiên Huế bằng phương pháp sắc ký lỏng cao áp. Theo Hà Thị Bích Ngọc (2007) cây Diếp cá có chứa beta-caroten và lutein.
Đến nay, Việt Nam đã có nhiều công trình nghiên cứu cây dược liệu nhưng phần lớn các nghiên cứu này chỉ tập trung khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của cây dược liệu thông qua các nghiên cứu điều trị lâm sàng. Tuy nhiên, việc nghiên cứu tập đoàn vi sinh vật nội sinh hoặc sống ở vùng rễ cây dược liệu có khả kích thích cây phát triển tốt thông qua khả năng cố định đạm, hòa tan lân, tổng hợp hormone tăng trưởng kích thích cây dược liệu phát triển, góp phần giảm các loại bệnh, giảm chi phí sản xuất và đặc biệt là khả năng tổng hợp các hoạt chất kháng khuẩn của chúng khi sống nội sinh với cây chưa được quan tâm nhiều. Vì vậy, việc nghiên cứu tập đoàn vi sinh vật hữu ích này để phát triển cây dược liệu có hoạt tính kháng khuẩn hiệu quả hơn, nhằm thay thế các loại kháng sinh tổng hợp giúp giảm tỷ lệ kháng thuốc ở một số mầm bệnh nguy hiểm sẽ mang nhiều ý nghĩa quan trọng trong giai đoạn hiện nay.
2.6.2. Ngoài nước
Theo Park et al. (2005) cho biết cây Diếp cá có khả năng kháng khuẩn cũng như kháng viêm. Ngoài ra, các dịch chiết từ cây Diếp cá còn có thể giúp gia tăng số lượng tế bào lympho nhanh chóng giúp tăng tính miễn dịch ở người (Lee et al., 2008).
Cây Diếp cá có khả năng ức chế phát triển của vi khuẩn E. coli O157- H7 giống như kháng sinh beta-lactam (Kim et al., 2010).
Chiết xuất của cây Diếp cá ức chế sự tăng trưởng tế bào và gây ra cơ chế tế bào đối với các tế bào ung thư trực tràng (Lai et al., 2010).
cordata Thunb.) cho biết dịch trích của cây này có khả năng diệt khuẩn Salmonella. 2.7. Kỹ thuật PCR (Polymerase Chain Reaction)
2.7.1. Nguyên lý chung của kỹ thuật PCR
PCR là một chuỗi phản ứng liên tục, gồm nhiều chu kỳ kế tiếp nhau, mỗi chu kỳ gồm ba giai đoạn (Khuất Hữu Thanh, 2006):
- Giai đoạn biến tính: ở nhiệt độ cao 90-95oC, làm đứt các liên kết hydro của phân tử DNA, hai mạch phân tử DNA tách rời nhau. Đoạn DNA khuôn có các đoạn dài gồm nhiều nucleotide giống nhau, hoặc tỷ lệ G-C càng cao, có nhiệt độ biến tính (Tm) cao hơn. Do vậy cần căn cứ đặc điểm của DNA khuôn để lựa chọn nhiệt độ biến tính phù hợp, giai đoạn này kéo dài 1 phút đến 2 phút.
- Giai đoạn gắn mồi: ở nhiệt độ khoảng 55-65oC để các mồi bắt cặp với các mạch đơn DNA khuôn ở các đầu 3, theo nguyên lý Chargaff. Giai đoạn này khoảng 30-60 giây.
- Giai đoạn tổng hợp: nhiệt độ 70-72oC thích hợp với điều kiện hoạt động của enzyme DNA polymerase. Enzyme DNA polymerase xúc tác hoạt động tổng hợp gắn thêm các nucleotide vào cuối đoạn mồi, các đoạn mồi được kéo dài trên cơ sở bắt cặp với mạch khuôn theo nguyên lý Chargaff, tạo nên các mạch đơn DNA mới, giai đoạn này còn gọi là giai đoạn polymer hóa (polymerization). Thời gian giai đoạn này từ 30 giây đến vài chục phút, tùy thuộc vào kích thước của đoạn DNA.
Chu kỳ gồm ba bước này sẽ được lặp lại nhiều lần khoảng 25-40 (tùy vào ứng dụng chuyên biệt). Cuối cùng được kết thúc bằng một “extension” ở 72oC trong 5 phút, sau đó cho ngừng hẳn bằng cách tồn trữ sản phẩm PCR ở nhiệt độ phòng hoặc ở 4oC (tùy thuộc vào loại máy Thermal cycler được sử dụng) (Nguyễn Thị Lang và Bùi Chí Bửu, 2005).
Một phản ứng PCR gồm nhiều chu kỳ liên tục, sản phẩm tạo ra ở chu kỳ trước được làm khuôn ở chu kỳ kế tiếp, nên số lượng bản sao tạo thành tăng theo cấp số nhân. Một phản ứng PCR thường thực hiện 20-40 chu kỳ, từ mỗi đoạn DNA khuôn có thể tạo nên 220-240 bản sao DNA. Trong quá trình thực hiện phản ứng PCR, cần lưu ý ở những chu kỳ sau lượng khuôn tăng, lượng mồi và dNTP tự do giảm, enzyme DNA polymerase hoạt động yếu dần, do đó cần tính toán hàm lượng mồi dNTP, enzyme để đảm bảo phản ứng PCR có kết quả tốt nhất.
2.7.2. Mồi (primer) sử dụng trong kỹ thuật PCR
Primer là các đoạn oligonucleotide ngắn khoảng 14-15 nucleotide, có vai trò quyết định thành công của phản ứng PCR. Một cặp mồi trong PCR gồm có mồi xuôi F và mồi ngược R.
- Mồi xuôi (sense primer): bắt cặp và gắn ở đầu 3, của mạch khuôn 5,→ 3,. - Mồi ngược (antisense primer): bắt cặp và gắn ở đầu 3, của mạch khuôn 3,→ 5,.
Điều kiện chủ yếu của bảo đảm hiệu quả mồi là:
- Mồi không quá ngắn (nhỏ hơn 8 nucleotide) hoặc quá dài (lớn hơn 50 nucleotide), mồi quá ngắn kết quả PCR không chính xác, mồi quá dài khó đảm bảo thành công của phản ứng PCR. Khi thiết kế mồi, nên để dư 1-3 nucleotide ở đầu 5, của mồi, giúp cho đoạn DNA được nhân lên có trình tự nguyên vẹn.
- Trình tự của mồi có tính đặc hiệu cao, chỉ có thể bắt cặp với đầu 3, của mạch khuôn. Các mồi không được bắt cặp với nhau, hoặc bắt cặp ở giữa mạch khuôn.
- Nhiệt độ nóng chảy (Tm) của các mồi không được chênh lệch nhau quá lớn. Khoảng cách tiến hóa giữa hai loài có thể đo được bằng sự khác biệt trong nucleotide hay amino acid của phân tử tương đồng từ hai loài bởi vì số lượng khác biệt trong chuỗi (sequence) trong một phân tử là một tỉ số không đổi cố định trong mã di truyền ở DNA. Chọn rRNA (Ribosomal RNAs) 16S hay 16S-23S để phân loại và xác định sự tiến hóa vì:
- Nó tham gia trong quá trình tổng hợp protein nên RNA của ribosome được chọn để nghiên cứu mối liên hệ tiến hóa trong sinh vật.
- RNA của ribosome là những phân tử cổ điển, chức năng cố định, đồng nhất và đặc trưng cho các loài.
- Kích thước của nó vừa phải, thuận lợi cho việc xếp hàng (align) để so sánh các chuỗi.
Bản chất ổn định của các chuỗi rRNA cũng dẫn đến sự phát triển các mẫu dò DNA, để nhận diện chi vi khuẩn. Các mẫu dò này được sử dụng để hình dung các thành phần chuyên biệt trong bộ gen DNA vi khuẩn cắt giới hạn, được tách riêng ra bởi điện di. Kết quả khuôn giới hạn gen rRNA được sử dụng cho sự khác nhau của các loài và các dòng bên dưới chi sinh ra, như một công cụ cho sự nhận diện vi khuẩn với biên độ rộng.
Trong mỗi ribô thể có 3 phân tử RNA với loài sơ hạch có 5S, 16S và 23S trong đó 16S có khoảng 1500 nucleotide và 23S có khoảng 2900 nucleotide, 5S chứa khoảng 120 nucleotide (quá nhỏ) nên ít được nghiên cứu, 16S và 23S được nghiên cứu nhiều hơn, ở loài chân hạch dùng 18S để nghiên cứu.
Chuỗi trình tự 16S rRNA được sử dụng như là một công cụ mạnh mẽ để đánh giá sự đa dạng di truyền của các vi khuẩn ở các mẫu môi trường (Barker et al., 2003). 2.8. Điện di gel agarose
2.8.1. Nguyên tắc của kỹ thuật điện di
Dựa vào đặc tính cấu trúc của các acid nucleic. Các đại phân tử tích điện âm đồng đều trên khắp bề mặt nên dưới sự tác động của một điện trường sẽ di chuyển về cực dương của điện trường (Hồ Huỳnh Thùy Dương, 2002).
Sau phản ứng PCR, các DNA của vi khuẩn được nhuộm với Ethidium bromide (EtBr). Chất này có khả năng gắn xen vào giữa các base của acid nucleic và dưới tác dụng của tia tử ngoại sẽ phát huỳnh quang. Tiến hành điện di sản phẩm trên gel agarose và quan sát kết quả dưới tia UV có bước sóng 260nm.
Thang DNA (DNA ladder): “yếu tố đánh dấu trọng lượng phân tử” dùng để ước lượng kích thước các trình tự acid nucleic trong gel agarose, đó là một tập hợp nhiều trình tự DNA có kích thước đã biết (Hồ Huỳnh Thùy Dương, 2002).
2.8.2. Điện di trên gel agarose
Điện di trên gel agarose là kỹ thuật điện di để kiểm tra DNA sử dụng Agarose từ 0,3-2,0% làm bản gel, tùy theo kích thước của DNA. Nếu kích thước đoạn DNA nhỏ dưới 1kb, hàm lượng agarose sử dụng 1-2%, trong các phòng thí nghiệm thường sử dụng hàm lượng Agarose khoảng 0,7-0,8%.
2.9. Phương pháp giải trình tự DNA
2.9.1. Giải trình tự gen theo phương pháp dideoxy
Nguyên tắc cơ bản là dựa vào hoạt động của enzyme DNA polymerase trong quá trình tổng hợp DNA. DNA polymerase xúc tác gắn các nucleotide không có nhóm 3,-OH phản ứng tổng hợp bị ngừng lại. Kết quả tạo ra các đoạn oligonucleotide dài ngắn khác nhau một nucleotide.
Thực hiện bốn phản ứng trong 4 ống Eppendorf, mỗi ống có chứa DNA, mồi, bốn loại dNTP có một loại được đánh dấu phóng xạ (S35 – dATP, dGTP, dCTP,
dTTP), enzyme và các điều kiện thích hợp. Ống A thêm 1% ddATP, ống G thêm 1% ddTTP, ống C thêm 1% ddCTP, ống T thêm 1% ddTTP.
Sau khi khuếch đại DNA qua PCR khoảng 25-35 chu kỳ, điện di kết quả thu được trên gel polyacrylamide. Các đoạn oligonucleotide có kích thước khác nhau di chuyển với tốc độ khác nhau, tạo nên các vị trí khác nhau trên bản gel, thực hiện phản ứng hiện hình phóng xạ có thể quan sát được các đoạn mạch đơn DNA bằng các vạch trên bản gel. Tổng hợp kết quả phản ứng ở 4 ống thu được trình tự các nucleotide mạch đơn, có thể biết trình tự các nucleotide trong gen.
Tùy theo mục đích giữ mẫu, có thể sử dụng đồng vị phóng xạ S35 hoặc P32 đánh dấu phóng xạ đoạn mạch khuôn. Sử dụng S35 thời gian mất hoạt tính khoảng 3 tháng, còn P32 khoảng 14 ngày (Khuất Hữu Thanh, 2006).
2.9.2. Giải trình tự gen bằng máy tính giải trình tự gen tự động
Nguyên tắc chung: dựa trên cơ sở phương pháp dideoxy. Máy đọc trình tự cả trên hai mạch đơn nên có thể phát hiện và giảm các nhầm lẫn do kỹ thuật. Có hai loại mồi xuôi và mồi ngược được sử dụng cho mỗi mạch đơn DNA. Tiến hành biến tính DNA trong môi trường có urea và nhiệt độ cao (khoảng 55oC), hai mạch đơn DNA tách rời nhau không bắt cặp lại với nhau.
Chùm tia laser đánh dấu vị trí và thời gian đi qua các nucleotide, từ đó tổng hợp được trình tự sắp xếp của gen (Khuất Hữu Thanh, 2006).
2.9.3. Phần mềm phân tích trình tự DNA được giải mã
Trong những năm gần đây lượng thông tin liên quan đến trình tự DNA được xác định ở các loài sinh vật khác nhau đã được quản lý dưới dạng ngân hàng dữ liệu (EMBL ở Châu Âu, GenBank ở Mỹ), có thể dễ dàng truy cập và tải về miễn phí thông tin trên internet.
BLAST là một trong những chương trình được sử dụng rộng rãi nhất trong tin sinh học. BLAST cho phép nhà nghiên cứu tìm kiếm DNA, protein xem đoạn mà ta quan tâm có tương cận với đoạn của sinh vật nào trong ngân hàng gen không, khi được cung cấp một thư viện hay dữ liệu các chuỗi đó. Để chạy BLAST cần đầu tư hai chuỗi: chuỗi đích và cơ sở dữ liệu chuỗi. Chuỗi đích nhỏ hơn nhiều so với cơ sở dữ liệu.
Có 5 chương trình BLAST: BLAST N, BLAST P, BLAST S, TBLAST N, TBLAST X, trong đó BLAST N (Nucleotide-Nucleotide BLAST) cho phép so sánh
CHƯƠNG 3
PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. Phương tiện nghiên cứu
3.1.1. Thời gian – Địa điểm thực hiện Thời gian: Tháng 6/2014 – 11/ 2014 Thời gian: Tháng 6/2014 – 11/ 2014
Địa điểm: Phòng thí nghiệm Vi sinh vật, Phòng Thí nghiệm Sinh hóa, Phòng thí nghiệm Sinh học Phân tử - Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ.
3.1.2. Vật liệu
- Rễ, thân và lá của cây Diếp cá thu ở huyện Châu Thành và huyện Lai Vung thuộc tỉnh Đồng Tháp.
- Chủng vi khuẩn Escherichia coli được cung cấp từ phòng thí nghiệm Sinh học phân tử - Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học – Trường Đại học Cần Thơ.
- Chủng vi khuẩn Aeromonas hydrophila được cung cấp từ bộ môn Bệnh học Thủy sản - Khoa Thủy sản – Trường Đại học Cần Thơ.
3.1.3. Dụng cụ - Thiết bị - Đĩa petri - Đĩa petri - Ống nghiệm - Cối và chày sứ - Eppendorf 2.2mL, Eppendorf 1.5mL - Ống đong 10mL, 100mL - Cốc thủy tinh 10mL, 100mL, 200mL - Kẹp, kim cấy, que trải mẫu
- Đèn cồn
- Lame, Lammelle – Duhan group (Đức). - Máy Vortex
- Tủ cấy vi sinh vật – Biosafe II – ESCO (Singapore). - Tủ ủ vi sinh vật – Binder (Đức).
- Máy lắc mẫu – GFL3005 (Đức).
- Kính hiển vi – Meji (Nhật); Trắc vi thị kính – Olympus (Nhật). - Nồi khử trùng nhiệt ướt – Pbinternational (Đức)
- Cân điện tử - Startorius (Đức) - pH kế - Hanna (Mỹ)
3.1.4. Hóa chất
3.1.4.1.Hóa chất nhuộm Gram vi khuẩn - Crystal violet - Crystal violet - Iod - Fushin - Ethanol 70% - Nước cất vô trùng 3.1.4.2.Hóa chất trích DNA - Ethanol 70% - TE pH (8) - SDS 10% - Isopropanol - CTAB 10%/NaCl 0,7M - Proteinase K (20 mg/mL) - Nước cất hai lần vô trùng
- Chloroform: isoamyl alcohol (tỷ lệ 24:1)
- Dung dịch TE gồm các thành phần sau: 1% Triton X - 100, 1M Tris HCl - 8,5, 0,5 M EDTA - 8,0, nước cất vô trùng
3.1.4.3.Hóa chất thực hiện phản ứng PCR - Nước cất 2 lần khử trùng. - Nước cất 2 lần khử trùng. - PCR buffer - dNTPs ( dATP, dTTP, dGTP, dCTP) - Taq polymerase - DNA vi khuẩn
Để nhận diện vi khuẩn nội sinh sống trong cây, sử dụng các đoạn mồi 16s rRNA (Lane,1991) được thiết kế với trình tự sau:
27F: 5’- AGAGTTTGATCCTGGCTC - 3’ 1492R: 5’ – TACGGTTACCTTGTTACGACT - 3’ Bảng 1: Thành phần các chất trong phản ứng PCR (25μl/ phản ứng)