1.3.1 Ứng dụng
Từ rất lâu các bacteriocin này đã được ứng dụng rộng rãi trong bảo quản thực phẩm, điển hình là Nisin. Năm 1953, thương phẩm Nisaplin xuất hiện trên thị trường như chất bảo quản thực phẩm và đến năm 1969, tổ chức WHO công nhận Nisin là chất bảo quản an toàn có nguồn gốc sinh học. Từ đó, các bacteriocin càng được ứng dụng nhiều trong công nghệ thực phẩm, nhất là trong trong bảo quản thực phẩm như phomat, xúc xích, sữa chua, một số loại sản phẩm thịt, rau quả đóng hộp… để thay thế cho các chất kháng sinh để hạn chế tác dụng phụ của nó, nhờ tính ưu việt của chúng:
- Bacteriocin có tính an toàn cao trong thực phẩm dành cho người. Chúng có ít hạn chế hơn so với những chất bảo quản hóa học vì là các phân tử được sản sinh tự nhiên bởi vi sinh vật lên men trong thực phẩm lên men truyền thống . - Không gây tác động đến môi trường vì chúng bị thoái biến nhanh chóng. - Các bacteriocin được sử dụng như nguồn thức ăn chủ yếu đối với các tác
nhân gây bệnh mà không làm ảnh hưởng đến vi khuẩn có lợi.
- Bacteriocin không làm thay đổi các tính chất cảm quan của thực phẩm. - Chúng có phổ hoạt động rõ ràng.
- Có tác dụng bổ sung cho các tác nhân kháng khuẩn.
Không chỉ vậy, bacteriocin còn được ứng dụng trong chăn nuôi làm thuốc tăng trọng. Trong y dược, thú y, bacteriocin còn được ứng dụng như một chế phẩm
sinh học để điều trị một số bệnh như viêm đường tiết niệu, hay nhiễm trùng đường tiêu hoá…
1.3.2 Tình hình nghiên cứu
Bacteriocin mang lại nhiều lợi ích, và ứng dụng trong cuộc sống nhờ các tính chất đặc trưng của chúng. Song còn nhiều vấn đề liên quan đến bacteriocin chưa được sáng tỏ. Vì vậy, thúc đẩy các nhà khoa học bắt tay vào nghiên cứu lĩnh vực này. Và việc nghiên cứu và phát triển các loài vi sinh vật có khả năng sinh bacteriocin có phổ kháng khuẩn lớn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực là vấn đề mà nhiều nhà khoa học trong nước và trên thế giới quan tâm. Có rất nhiều công trình nghiên cứu từ trước đến nay đã góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống nhân loại.
Vào tháng 1/1999, Budu-Amoako E cùng cộng sự thuộc trung tâm Công nghệ thực phẩm PEI, Canada đã nghiên cứu được hiệu quả kết hợp của Nisin và nhiệt độ trung bình để tăng khả năng tiêu diệt Listeria monocytogenes trong các thùng chứa bảo quản tôm hùm. Theo đó, khi thêm Nisin ở mức 25mg/kg vào thùng chứa tôm hùm có muối bao xung quanh, kết hợp với quá trình xử lý nhiệt 60oC trong 5 phút và 65oC trong 2 phút sẽ giúp giảm đáng kể L.mono.
Năm 2002, Soore cùng cộng sự đã nghiên cứu việc tạo ra một chất kháng khuẩn đặc biệt của vi khuẩn lactic gọi là bacteriocin. Bacteriocin được sử dụng như một chất bảo quản thực phẩm tự nhiên có khả năng thay thế các loại hoá chất bảo quản khác. Bacteriocin có bản chất là protein nên rất an toàn đối với sức khoẻ con người.
Năm 2004, nhóm tác giả Todorov, Van và Dicks thuộc khoa vi sinh, đại học Stellenbosch- Nam Phi đã nghiên cứu khả năng sinh tổng hợp bacteriocin của chủng
Lactobacillus Plantarum ST13BR , một chủng được phân lập từ bia Barley. Bacteriocin được sinh tổng hợp bởi vi khuẩn Lactobacillus plantarum được phân lập từ bia barley (kích thước phân tử 10kDa) ức chế sự phát triển của vi khuẩn
Lactobacillus casein, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis, Klebsiella pneumoniae và Escherichia coli. Nghiên cứu đã đưa ra được các loại môi trường có
ảnh hưởng đến khả năng sinh tổng hợp bacteriocin và hỗn hợp các loại môi trường mà việc sinh tổng hợp bacteriocin là lớn nhất.
Năm 2006, 50 chủng vi khuẩn lactic được tìm thấy từ sản phẩm lên men truyền thống suan-tsai của Đài Loan. Với các chủng sau khi phân lập tiếp tục nghiên cứu các đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hoá và khả năng sinh tổng hợp bacteriocin.
Năm 2006, Marcinowski, giám đốc điều hành nghiên cứu tại BASF cho biết kẹo cao su có chứa các chủng vi khuẩn có lợi Lactobacillus do công ty hoá chất BASF của Đức phát triển. Đây là sản phẩm giúp người dùng loại trừ các bệnh về răng miệng. Chủng Lactobacillus mới có tên là L anti-caries có khả năng sinh bacteriocin làm cho vi khuẩn gây sâu răng kết thành khối không thẻ dính trên bề mặt răng và bị loại bỏ dễ dàng khi súc miệng.
Tháng 3/2007 nhóm tác giả Todorov và Dicks KM thuộc khoa vi sinh, đại học Stellenbosch- Nam Phi đã nghiên cứu khả năng sinh tổng hợp bacteriocin của chủng Lactobacillus pentosus ST712BZ được phân lập từ boza. Bacteriocin ST712BZ (kích thước 14kDa) ức chế sự phát triển của Lactobacillus casei, E.coli,
Pseudomonas aeruginosa, Enterococus faecalis, Klebsiella pneumoniae và
Lactobacillus curvatus. Sự phát triển của chủng ST712BZ trên môi trường BHI, M17, sữa đậu nành và mật đường tương tự như trên môi trường MRS với việc sinh tổng hợp bacteriocin cực đại (12800AU/ml) được ghi nhận trên môi trường MRS sau 24h. Nghiên cứu đã đưa ra được các loại môi trường, nhiệt độ và pH có ảnh hưởng đến khả năng sinh tổng hợp bacteriocin và thành phần hỗn hợp các loại môi trường mà việc sinh tổng hợp bacteriocin là lớn nhất.
Các nhà nghiên cứu Csiro để tìm ra một vài bacteriocin và sử dụng chúng để tiêu diệt những con vi khuẩn gây bệnh giống trong gà và lợn. Bộ gen cho phân tử bacteriocin sẽ được chèn vào gen vi khuẩn không gây bệnh hoặc vi rút mà có thể sinh sản và tiết ra bacteriocin. Lợi ích chính của việc sử dụng bacteriocin là nó sẽ giảm mầm bệnh nguy hiểm của con người chống cự lại thuốc kháng sinh.
Các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Tổng hợp Klemson vừa phát hiện ra một loại thuốc chống vi khuẩn mới không gây tính lờn thuốc từ chính những vi khuẩn tạo ra loại pho mát Thụy Sĩ. Những vi khuẩn này tiết ra một loại protein có tên bacteriocin, tạo nên tính chất của pho mát. Các thử nghiệm sơ bộ cho thấy chúng có tác dụng chống lại hơn 150 loại vi khuẩn thường gặp.
Năm 2009, pinto và cộng sự đã nghiên cứu mô tả đặc tính chống vi khuẩn
Listeria của bacteriocin phân lập từ động vật có vỏ, kháng sinh tiềm năng kiểm soát chất lượng thủy sản không lên men.
Tháng 11/2009, Satish Kumar R, Arul V thuộc khoa Công nghệ sinh học trường đại học Pondicherry, Ấn Độ đã tách chiết một loại bacteriocin từ chủng Streptococus phocae PI80 phân lập bởi tôm thẻ chân trắng Ấn Độ được đặt tên phocaecin PI80. Chất kháng khuẩn này nhạy cảm với các enzyme: trypsin, proteinase, pepsin, chymotrypsin. Có hoạt động ức chế một số tác nhân gây bệnh quan trọng như: Listeria monocytogenes, Vibrio parahaemolyticus, V.fischeri.
Tháng 2/2011, Ozdemir cùng cộng sự thuộc khoa Công nghệ sinh học, trường đại học Adnan Menderes, Thổ Nhĩ Kỳ đã xây dựng một bộ sưu tập gồm 57 chủng Enterococcal phân lập từ các nguồn gốc khác nhau (bao gồm nước sông, xử lý cây trồng, nước thải, đất, động vật, và các loại rau) được sử dụng để sản xuất bacteriocins. Enterococcin được xác định ở các cấp độ loài như Enterococcus faecium, E. hirae, E. casseliflavus, E. durans, E. faecalis, E. mundtii và E. avium. 40 chủng trong 57 chủng phân lập được có khả năng ức chế sự tăng trưởng của ít nhất một loại vi khuẩn chỉ thị.
Gần đây vào tháng 6/2012, Samar L cùng cộng sự thuộc phòng thí nghiệm ERT 62, trường đại học Biopharma Ambrilia S.A, Pháp đã tìm ra một loại bacteriocin mới lacticin LC14 sản sinh bởi Lactococcus lactis BMG6.14 phân lập từ môi trường nước thịt kết tủa bởi ammonium sulfate. Lacticin LC14 cho thấy hoạt động diệt khuẩn, loại kháng sinh chống lại một số vi khuẩn axit lactic và các chủng gây bệnh bao gồm cả vi khuẩn Listeria monocytogenes. Nó bị bất hoạt bởi proteinase K và E pronase, nhưng kháng papain, lysozyme, lipase và catalase.
Lacticin LC14 có khả năng chịu nhiệt, ổn định trong một phạm vi rộng của độ pH (2-10) rất có khả năng ứng dụng làm probiotic và điều trị bệnh.
Cũng như các nước trên thế giới, các nhà khoa học Việt Nam cũng rất quan tâm đến bacteriocin cũng có nhiều công trình khoa học nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực, được quan tâm nhiều nhất vẫn là ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm. Song các công trình nghiên cứu này vẫn còn hạn chế về nhiều mặt.
Năm 2006, Phạm Thùy Linh nghiên cứu khả năng tạo chất diệt khuẩn enterocin P tái tổ hợp nhằm ứng dụng trong bảo quản thực phẩm. Đây là nghiên cứu đầu tiên về tạo bacteriocin tái tổ hợp một cách có hệ thống tại Việt Nam. Sản phẩm của nghiên cứu này là protein HisentP tái tổ hợp có hoạt tính kháng khuẩn và các đặc tính sinh hóa tương đồng với enterocin P tự nhiên, bước đầu đã có khả năng kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm và có thể tiếp tục nghiên cứu phát triển làm phụ gia sinh học dùng cho bảo quản.
Năm 2008, Nguyễn Thúy Hương đã nghiên cứu việc cố định tế bào vi khuẩn Lactococcus lactic trên chất mang cellulose vi khuẩn (Bacterial Cellulose - BC) để ứng dụng lên men thu nhận bacteriocin. Kết quả thu được như sau: Hiệu quả sử dụng chế phẩm tế bào vi khuẩn cố định trên BC để lên men thu nhận bacteriocin khá cao, có thể tái sử dụng 9 - 10 lần mà vẫn đảm bảo về mặt thời gian lên men, số lượng và chất lượng bacteriocin so với đối chứng. Kết quả thu được cũng góp phần thăm dò 2 ứng dụng mới của cellulose vi khuẩn (BC): sử dụng BC làm chất mangtrong kỹ thuật cố định tế bào vi sinh vật và sử dụng màng mỏng BC làm màng baothực phẩm.
Các nghiên cứu này đóng góp rất lớn trong việc mở rộng lĩnh vực tìm hiểu về bacteriocin. Trong tương lại, sẽ có nhiều công trình nghiên cứu hơn về bacteriocin để vạch ra một hướng đi mới cho chúng.
Chƣơng II. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU