NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐA DẠNG VI SINH VẬT, SÀNG LỌC, THU NHẬN VÀ XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CỦA CELLULASE SUỐI NƯỚC NÓNG BÌNH CHÂU, VIỆT NAM BẰNG KỸ THUẬT METAGENOMICS
Vi sinh vật học
Luận án này tập trung vào nghiên cứu đánh giá đa dạng vi sinh vật, sàng lọc, thu nhận và xác định tính chất của cellulase từ suối nước nóng Bình Châu, Việt Nam, sử dụng kỹ thuật metagenomics. Cellulase là nhóm enzyme quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp và đặc biệt cần thiết cho quá trình chuyển hóa sinh khối lignocellulose thành nhiên liệu sinh học và các hóa chất có giá trị. Tuy nhiên, các điều kiện khắc nghiệt của quá trình này đòi hỏi các cellulase bền nhiệt, bền pH và dung môi, trong khi phương pháp nuôi cấy truyền thống khó khai thác được tiềm năng từ các vi sinh vật ưa nhiệt ở suối nước nóng (nơi có tới 99% vi sinh vật không nuôi cấy được).
Mục tiêu nghiên cứu bao gồm đánh giá đa dạng vi sinh vật ưa nhiệt, xây dựng bộ dữ liệu gen mã hóa cellulase từ metagenome suối nước nóng Bình Châu, biểu hiện và tinh sạch các cellulase tái tổ hợp, sau đó xác định tính chất của chúng. Nội dung nghiên cứu được triển khai thông qua việc khai thác bộ dữ liệu giải trình tự DNA metagenome, đánh giá đa dạng vi sinh vật và sàng lọc các gen cellulase chịu nhiệt tiềm năng (endoglucanase và β-glucosidase) để biểu hiện và tinh sạch, cuối cùng là xác định đặc tính sinh học của các enzyme tái tổ hợp này.
Luận án đã đóng góp mới bằng cách xây dựng bộ dữ liệu DNA metagenome của vi khuẩn và cổ khuẩn suối nước nóng Bình Châu với kích thước 9,4 Gb và độ bao phủ trên 60%. Từ đó, hai gen mới ([denovogenes]_18736 và [denovogenes]_32768) mã hóa cho endoglucanase và β-glucosidase đã được lựa chọn, với độ tương đồng thấp (<55%) so với các gen đã công bố. Các enzyme tái tổ hợp này sau đó đã được biểu hiện, tinh sạch và nghiên cứu tính chất sinh học, bao gồm việc xác định Vmax và Km.
Về ý nghĩa khoa học, luận án làm phong phú thêm bộ dữ liệu về vi sinh vật và nguồn gen tại suối nước nóng Bình Châu, đồng thời minh chứng hiệu quả của kỹ thuật metagenomics trong việc khai thác đa dạng vi sinh vật và gen mới từ các hệ sinh thái đặc biệt. Hai gen mới được phát hiện không chỉ độc đáo về trình tự mà còn sở hữu đặc tính bền nhiệt và bền kiềm. Về ý nghĩa thực tiễn, hai enzyme tái tổ hợp thu được là thành phần tiềm năng trong cocktail enzyme thủy phân sinh khối lignocellulose, với nhiệt độ tối ưu 55ºC và hoạt động ở dải pH rộng, góp phần nâng cao hiệu quả chuyển hóa sinh khối cho sản xuất nhiên liệu sinh học và hóa chất.