Các enzyme phân giải là một công cụ giá trị trong công nghệ sinh học với nhiều ứng dụng trong y học, công nghiệp thực phẩm, nông nghiệp, và để thu các sản phẩm nội bào từ nấm men hoặc vi khuẩn. Sự đa dạng về tiềm năng ứng dụng ngày một mở rộng với sự phát triển củahệ thống enzyme ly giải có đặc điểm phù hợp để đáp ứng các yêu cầu của từngứng dụng cụ thể. Trong đó phải kể đến protease là enzyme xúc tác thủy phân các liên kết peptit được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và sản xuất da thuộc. Các phương pháp thường được sử dụng hiện nay để ứng dụng enzyme vào các quá trình sinh học bao gồm: bổ sung vi khuẩn sản xuất enzyme, bổ sung trực tiếp enzyme, bổ sung enzyme đã được cố định lên giá thể. Trong nghiên cứu này hai loại enzyme đã được thử nghiệm để phá hủy màng tế bào vi khuẩn là lysozyme và lipase.
1.5.1. Ứng dụng của enzyme trong xử lý nước thải
Theo Aitken (1993) enzyme lần đầu tiên được đề xuất để xử lý chất thải công nghiệp vào năm 1930, nhưng nó đã không được ứng dụng cho đến khi gần đây công nghệ enzyme nhận được nhiều sự chú ý [50] với những cải tiến trong xử lý sinh học cho
29
nước thải công nghiệp. Xử lý sinh học loại bỏ, chuyển đổi các chất gây ô nhiễm thành một dạng ít độc hại hơn dựa trên các quá trình tự nhiên từ đó giúp thu hồi nguồn tài nguyên nước. Một nghiên cứu gần đây xác định sự tham gia của rất nhiều enzyme thủy phân như phosphatase, sulphatase, protease, lipase, endoglucanase và glucosidase vào quá trình phân giải các chất độc trong nước thải [51,52]. Trong đó, hiện nay sulphatase đã được sử dụng ở nhiều nơi, sử dụng enzyme này có khả năng loại bỏ đồng thời các hợp chất phosphate và ion kim loại. Các vi sinh vật phân giải phân giải sulphate có thể sử dụng bùn trong nước thải như một nguồn carbon, trong quá trình phân hủy sinh ra hydrogen sulphite có khả năng kết tủa các ion kim loại.
1.5.2. Lysozyme
Lysozyme là một enzym kháng sinh được tìm thấy trong rất nhiều loài sinh vật bao gồm các loài chim, động vật, thực vật, côn trùng và vi khuẩn. Các lysozyme được lấy từ lòng trắng trứng gà là nghiên cứu rộng rãi nhất. Lysozyme từ trứng gà lần đầu tiên được mô tả bởi Laschtschenko trong năm 1909 mặc dù vậy phải đến năm 1922 tên 'lysozyme' mới được sử dụng, bởi Alexander Fleming (1881-1955), người phát hiện ra penicillin. Fleming đầu tiên quan sát các hoạt động kháng khuẩn của lysozyme khi ông xử lý môi trường nuôi cấy vi khuẩn với chất nhầy mũi từ một bệnh nhân bị cảm lạnh.
Lysozyme là một phần của hệ thống miễn dịch bẩm sinh. Mức lysozyme giảm có liên quan với chứng loạn sản phế quản phổi ở trẻ sơ sinh. Trẻ sơ sinh ăn thiếu lysozyme trong chế độ ăn uống có khả năng mắc bệnh tiêu chảy cao gấp 3 lần bình thường. Lysozyme tiêu diệt vi khuẩn bằng cách tấn công peptidoglycan (được tìm thấy trong màng tế bào của vi khuẩn, vi khuẩn đặc biệt là vi khuẩn Gram dương) và thủy phân các liên kết glycosidic nối axit N-acetylmuramic với các nguyên tử carbon thứ tư của N-Acetylglucosamine. Lysozyme làm điều này bằng cách liên kết với các phân tử peptidoglycan ở vị trí gắn bên trong với 2 domain của phân tử enzyme.[40]
1.5.3. Lipase
Lipase là enzyme xúc tác cho quá trình thủy phân các chất béo (lipid). Lipase là một lớp con của esteraza. Trong hầu hết, các sinh vật sống Lipase thực hiện vai trò quan trọng trong quá trình tiêu hóa, vận chuyển và xử lý các chất béo (ví dụ như
30
triglyceride, chất béo, dầu). Các gen mã hóa lipase thậm chí còn hiện diện trong một vài virus. Lipase có thể được phân loại theo nguồn gốc: lipase từ động vật, thực vật, vi sinh vật; hoặc theo tính chất: lipase có tính đặc hiệu vị trí, lipase có tính đặc hiệu cơ chất
Hầu hết các hoạt động lipase ở một vị trí cụ thể trên khung glycerol của cơ chất lipit (A1, A2 hoặc A3) (ruột non). Ví dụ, lipase từ tụy người (HPL), là enzyme chính mà phá vỡ các chất béo từ thức ăn uống trong hệ thống tiêu hóa của con người, chuyển đổi chất béo trung tính được tìm thấy trong các loại dầu ăn thành monoglyceride và hai loại axit béo. Một số loại khác của lipase tồn tại trong tự nhiên, chẳng hạn như Phospholipases và sphingomyelinases, tuy nhiên những loại lipase này thường được xử lý một cách riêng biệt với lipase "thông thường". Một số lipase được biểu hiện và được tiết ra bởi các sinh vật gây bệnh trong quá trình lây nhiễm. Đặc biệt, Candida albicans có một số lượng lớn các loại lipase khác nhau, có thể phản ánh hoạt động lipolytic rộng, những loại lipse này có thể đóng góp vào khả năng tồn tại và độc lực của C. albicans trong mô người.[58]
Với đặc tính phân giải lipit, lipase là enzyme thường được sử dụng thay thế lysozyme để tiêu diệt các loại vi khuẩn Mycoplasma. Trong một nghiên cứu trước đây của S. Razin và M. Argaman, lipase có khả năng ly giải hầu hết các vi khuẩn Mycoplasma. Lipase phân giải liên kết peptide bằng cách sử dụng tác nhân nucleophin tấn công vào nhóm cacbonyl, gốc serine trong enzyme sẽ tạo thành liên kết tạm thời với cơ chất. Sau đó kết hợp với histidine và axit aspatic gốc serine này sẽ tạo thành một bộ 3 xúc tác cho phản ứng thủy phân lipit.[63]
31
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Với thực trạng hiện nay, chỉ có 54% bệnh viện có hệ thống xử lý nước thải, việc phát triển một phương pháp sinh học mới để loại bỏ các tác nhân sinh học gây bệnh trong nước thải, mà trước tiên là vi khuẩn lao là một vấn đề được quan tâm. Trong nghiên cứu này, với việc sử dụng kết hợp công nghệ enzyme và công nghệ nano, mục tiêu nghiên cứu đã được đặt ra bao gồm:
1. Tạo được các phức hệ hạt từ - kháng thể, hạt từ - enzyme.
2. Đánh giá khả năng bắt giữ và ly giải tế bào vi khuẩn lao của phức hệ ở quy mô phòng thí nghiệm.
3. Thử nghiệm khả năng bắt giữ, ly giải tế bào vi khuẩn lao của phức hệ trong môi trường nước thải.
57