3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.4.6. Thành phần hỗn hợp chủng vi sinh vật Lactobacillus plantarum và Bacillus
Bacillus subtilis
1.4.6.1. Đặc điểm và vai trò của Lactobacillus plantarum + Đặc điểm
Lactobacillus plantarum (L. plantarum)
là một vi khuẩn axit lactic có hình que, gram dương. Nó thường thấy trong các đường tiêu hoá, nước bọt và các sản phẩm thực phẩm khác của người và các động vật có vú khác. Nó có thể phát triển ở nhiệt độ từ 15 - 45°C và ở mức độ pH thấp 3,2 (Kleerebezem et al., 2003). L. plantarum là một chất tạo bón hữu
cơ (Quatravaux, 2006; Siezen et al., 2010) làm lên men đường để sản xuất axit lactic, ethanol hoặc axit axetic và carbon dioxide trong điều kiện nhất định và các chất nền
chọn lọc. Tùy thuộc vào nguồn carbon, những vi khuẩn này có thể chuyển đổi từ việc sử dụng các phương pháp chuyển hóa đa hình và đồng hợp hóa. Vi khuẩn này là acid và mật muối, cho phép nó để tồn tại qua đường thông qua các đường tiêu hóa của con người. Lactobacillus plantarum hiện đang quan tâm đến các nhà nghiên cứu và ngành công nghiệp thực phẩm vì nó được coi là một probiotic an toàn. Nó có thể giúp hạn chế số lượng các vi khuẩn gây bệnh hoặc các bệnh có thể gây tác động tiêu cực đến con người. Ngoài ra, các nghiên cứu gần đây cho thấy L. plantarum có thể được sử dụng như một loại vắc xin.
+ Vai trò
Một trong những nhóm vi khuẩn có lợi được quan tâm nhiều nhất là nhóm vi khuẩn lactic, đây là nhóm vi khuẩn lên men chua đã được con người sử dụng từ rất lâu. Vi khuẩn lactic có hoạt tính kháng khuẩn diện rộng do có khả năng sản xuất ra các chất ức chế: như một số acid hữu cơ, hydrogen peroxide, diacetyl, các chất có khối lượng phân tử thấp và bacteriocin là chất có khả năng ức chế cả vi khuẩn gram (+) và vi khuẩn gram (-). Các chủng vi khuẩn lactic có khả năng sản sinh acid hữu cơ, đặc biệt là acid lactic trong quá trình sinh trưởng và phát triển. Đối với hydroxy peroxide thì khả năng kháng khuẩn là do việc tạo ra các chất oxy hóa mạnh như oxygen nguyên tử, các gốc tự do superoxide và các gốc tự do hydroxyl. Đối với bacteriocin, cơ chế kháng khuẩn do vi khuẩn lactic tổng hợp đã được nghiên cứu đầu tiên ở nisin, bacteriocin gram (+) (Thomas et al., 2002). Dựa trên bản chất cation và tính kỵ nước, hầu hết các peptide hoạt động như màng tế bào thấm. Bacteriocin có khả năng tiêu diệt các vi khuẩn khác do sự tạo thành các kênh làm thay đổi tính thấm của màng tế bào, nhiều loại bacteriocin còn có khả năng phân giải DNA, RNA và tấn công vào lớp peptidoglycan để làm suy yếu thành tế bào. Trong đó Lactobacillus plantarum đóng vai trò quan trọng.
L. plantarum được coi là một loại probiotic vì nó tiết ra các hợp chất chống vi
trùng như bacteriocin, ức chế sự hình thành các khuẩn lạc gram dương và gram âm. Bacteriocin, là yếu tố vô sinh và độc tố Lactobacillus, ức chế sự phát triển của các vi khuẩn tương tự và các chất tương tự như kháng sinh khác. L. plantarum cũng có tính bám dính đặc hiệu với mannoza, cho phép nó dính vào lớp biểu mô trong ruột người và cạnh tranh với vi khuẩn gây bệnh Gram dương và Gram âm đối với các chất dinh dưỡng (Adlerberth et al., 1996). Các tính trạng này, ngoài độ pH và khả năng chịu nhiệt, làm cho L. plantarum trở thành một probiotic tiềm năng được sử dụng để điều trị cho những người bị các bệnh về đường tiêu hóa như bệnh Crohn, viêm ruột.
Một nghiên cứu năm 2007 đã chỉ ra rằng L. plantarum có thể ngăn chặn đáp ứng viêm của các tế bào biểu mô đường ruột bằng cách ức chế sự hoạt hóa ERK của TNF-α, có thể làm giảm tín hiệu của chemokines (IL-8) (Ko et al., 2007). Các kết quả
này chỉ ra rằng L. plantarum, như một probiotic, có thể giúp duy trì rào cản biểu mô và ức chế phản ứng viêm.
Một số kết quả nghiên cứu sử dụng chế phẩm có chứa Lactobacillus và Bacillus vào trong khẩu phần đã kích thích các thành phần có lợi vi sinh vật đường ruột. Một loạt các chủng hoặc tái tổ hợp của L. plantarum có thể hỗ trợ phục hồi nội cân bằng của hệ thực vật trong ruột, hạn chế lượng vi khuẩn gây bệnh và có thể được sử dụng làm phương tiện cho vắc-xin.
Ngoài ra Lactobacillus plantarum còn có vai trò bằng cách ngăn chặn sự bám dính của E.coli vào màng nhầy, Lactobacillus plantarum làm giảm bớt nội độc tố do
E.coli tiết ra. Lactobacillus plantarum 299 và 299V làm giảm đáng kể vi sinh vật kỵ
khí gram âm, Enterobacteriaceae, Clostridia. Nghiên cứu gần đây cho thấy Lactobacillus plantarum có khả năng phân hủy acid mật làm giảm cholesterol.
1.4.6.2. Đặc điểm và vai trò của Bacillus subtilis
+ Đặc điểm
Bacillus subtilis là trực khuẩn nhỏ, hai
đầu tròn, G + , kích thước 0,5 - 0,8 m x 1,5 - 3 m, đứng đơn lẻ hoặc thành chuỗi ngắn. Vi khuẩn có khả năng di động, có 8 - 12 lông, sinh bào tử hình bầu dục nhỏ hơn tế bào vi khuẩn và nằm giữa tế bào, kích thước từ 0,8 - 1,8 m. Bào tử phát triển bằng cách nảy mầm do sự nứt của bào tử, không kháng acid, có khả năng chịu nhiệt, chịu ẩm, tia tử ngoại, tia phóng xạ.
Đặc điểm nuôi cấy:
Điều kiện phát triển: hiếu khí, nhiệt độ tối ưu là 370 C.
Nhu cầu O2: Bacillus subtilis là vi khuẩn hiếu khí nhưng lại có khả năng phát
triển yếu trong môi trường thiếu oxy.
Độ pH: Bacillus subtilis thích hợp nhất với pH = 7,0 - 7,4.
Môi trường: Môi trường thạch đĩa TSA: khuẩn lạc dạng tròn, rìa răng cưa không đều, có tâm sẫm màu, màu vàng xám, đường kính 3 - 5 mm. Sau 1 - 4 ngày bề mặt nhăn nheo, màu hơi nâu.
Môi trường thạch nghiêng TSA: dễ mọc, tạo thành màu xám, rìa nhăn gợn sóng. Môi trường gelatin: phát triển và làm tan chảy gelatin.
Môi trường canh TSB: Bacillus subtilis phát triển làm đục môi trường, tạo
màng nhăn, lắng cặn kết lại như vẩn mây ở đáy, lắc lên khó tan đều.
+ Vai trò của Bacillus subtilis
Bacillus subtilis là một trong số vi sinh vật quan trọng nhất trong việc kích thích
hệ thống miễn dịch, là vi sinh vật chỉ có tính cư trú tạm thời trong hệ thống ruột và có vai trò trong chăn nuôi như sau:
+ Bacillus subtilis có tính chất đối kháng với một số vi sinh vật gây bệnh: do
Bacillus subtilis là vi khuẩn bắt buộc trong đường ruột nên ngoài khả năng chịu đựng
được acid dạ dày, các chất dịch tiêu hóa trong đường ruột. Chúng còn có khả năng đấu tranh lại với các vi sinh vật gây bệnh ở đường ruột. Nếu đối với vi sinh vật gây bệnh, trong môi trường nuôi cấy nấm bệnh có sự hiện diện của Bacillus subtilis với một số lượng lớn sẽ gây ra sự canh tranh dinh dưỡng, canh tranh không gian sống giữa vi khuẩn và nấm. Do vi khuẩn phát triển nhanh hơn trong 24h nên phần lớn sẽ sử dụng các chất dinh dưỡng trong môi trường, đồng thời tạo ra kháng sinh Subtilin nên sự sinh trưởng của nấm bị ức chế. Nếu trong môi trường dinh dưỡng cạn kiệt, vi khuẩn sẽ tiêu diệt những kẻ xung quanh để hút chất dinh dưỡng để kéo dài thời kỳ, sau đó chuyển sang dạng sống tiềm sinh.
+ Sản xuất men tiêu hóa bao gồm nhiều enzyme khác nhau
- Nguyên liệu để sản xuất enzyme từ vi sinh vật là những nguyên liệu rẻ tiền và dễ kiếm. Vi sinh vật không đòi hỏi quá khắt khe những yếu tố dinh dưỡng của môi trường nhất là vi sinh vật tổng hợp enzyme.
- Enzyme amylase: Bào tử Bacillus subtilis có thể tổng hợp nên α-Amylase. Đây là loại enzyme tiêu hóa các loại tinh bột. Các thức ăn tinh bột được tiêu hóa và chuyển hóa thành đường glucose. Nếu môi trường dinh dưỡng của vi sinh vật enzyme cần có mặt của các nguyên tố khoáng trong các dạng muối magie, phospho, kali và các inon mangan và các yếu tố vi lượng khác, thì enzyme amylase được tổng hợp cao hơn. Dưới tác động của bào tử nguyên liệu, enzyme amylase thúc đẩy quá trình tiêu hóa nhanh hơn 2,5 lần.
- Enzyme protease: Vi khuẩn Bacillus subtilis tổng hợp protease có hoạt độ cao ở môi trường có tinh bột, nếu giảm nồng độ tinh bột từ 8 - 2% thì hoạt độ protease giảm vài lần. Hệ tiêu hóa của vật nuôi ngoài tinh bột còn phải tiêu hóa một thành phần quan trọng là protein. Enzyme protease xúc tác và thúc đẩy quá trình thủy phân, phân hũy protein thành các chuỗi acid amin dễ hấp thu.
- Enzyme lipase: Đây chính là enzyme xúc tác quá trình thủy phân chất béo. Lượng chất béo đưa vào cơ thể vật nuôi được tiêu hóa có hiệu quả nhờ loại enzyme
này. Nguyên liệu bào tử vi khuẩn Bacillus subtilis trong chăn nuôi được sử dụng nhằm kích thích sự hình thành của enzyme lipase.
+ Bào tử Bacillus subtilis sản xuất chế phẩm phòng bệnh
- Dựa vào đặc thù sinh trưởng và nguyên lí phân bào tự nhiên, bào tử Bacillus
subtilis có khả năng chống lại và tiêu diệt vi khuẩn có hại, vi khuẩn gây bệnh cùng
nhiều loại nấm.
- Trong quá trình sinh trưởng, bào tử Bacillus subtilis sản sinh ra kháng sinh tự nhiên, bảo vệ hệ tiêu hóa vật nuôi, phục hồi chức năng tiêu hóa.
+ Chế phẩm cho ăn từ bào tử Bacillus subtilis nguyên liệu.
- Từ những ứng dụng của bào tử Bacillus subtilis trong chăn nuôi, các chế phẩm chủ yếu là sản phẩm cho ăn. Chế phẩm vi sinh trong giai đoạn chưa hoạt động được trộn với thức ăn đi vào hệ tiêu hóa vật nuôi. Trong đường ruột, dạng bào tử sẽ bắt đầu hoạt động, sinh trưởng và thực hiện chức năng hỗ trợ tiêu hóa, tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh.
Theo một số tài liệu nghiên cứu của Adami và Cavazzoni (1999), thì khi sử dụng các nhóm Bacillus.sp vào trong khẩu phần thức ăn chăn nuôi đã hỗ trợ tự nhiên vi sinh đường ruột trong đường tiêu hóa, đồng tiêu diệt với các vi sinh vật không mong muốn, và giảm số lượng Enterococci, Bacteroides và cộng tác iforms. Và đồng thời
Bacillus subtilis trong chế phẩm sinh học khi sử dụng cùng với thức ăn chăn nuôi đã
làm tăng sức đề kháng và tốc độ sinh trưởng của lợn con sau cai sữa (Roth et al., 1992; Mathew et al., 1998).