MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Tìm ra thuốc để chữa bệnh cho người, từ lâu đã là mơ ước của nhân
loại. Năm 1928, A. Fleming phát hiện ra Penicillin - một chất kháng sinh
(CKS) có nguồn gốc từ nấm Penicillium. Nhưng phải hơn 10 năm sau, vào
năm 1940, một nhóm các nhà khoa học mới tách chiết thành công được
Penicillin. Kể từ đó, Penicillin mới chính thức được dùng để chữa bệnh cho
người. Đây là một trong những thành tựu vĩ đại nhất của nhân loại trong thế
kỷ XX. Sự ra đời của CKS có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực sản xuất
và đời sống. Trong y học, CKS được sử dụng để phòng và chữa bệnh cho
người. Trong chăn nuôi, CKS được sử dụng để chữa bệnh và tăng trọng cho
vật nuôi. Trong nông nghiệp, CKS được sử dụng để thay thế thuốc hóa học và
dùng làm chất kích thích sinh trưởng. Ngoài ra, CKS còn được sử dụng để
bảo quản thực phẩm…[1].
Tuy nhiên, việc sử dụng các CKS không hợp lý đã dẫn đến sự xuất hiện
ngày càng nhiều các VSV gây bệnh có khả năng kháng lại các thuốc kháng
sinh hiện có, đặc biệt là nhiều loài VSV có khả năng kháng chéo nhiều CKS
có cấu trúc tương tự nhau. Do đó việc tìm ra những CKS mới, nhất là các
CKS có cấu trúc hóa học tự nhiên do chính VSV tiết ra cần được quan tâm
nhiều hơn. Hàng năm có khoảng vài trăm CKS mới được phát hiện và cho
đến nay, người ta đã phát hiện khoảng 17000 CKS có nguồn gốc VSV, hơn
30000 CKS bán tổng hợp, nhưng trong số các CKS này chỉ có 1 - 2% là được
sử dụng trong y học [15, 21].
Trong số các VSV có khả năng sinh CKS thì xạ khuẩn đóng vai trò
quan trọng hàng đầu, chiếm 80% các CKS được mô tả [18]. XK là nhóm sinh
vật nhân sơ (Prokaryote) với số lượng loài lớn và phân bố ở nhiều vùng sinh
thái khác nhau trên thế giới. Nhóm VSV này được biết đến với nhiều ứng
dụng thực tế thông qua việc tạo ra các sản phẩm trao đổi thứ cấp có giá trị sử
dụng cao như các enzym thủy phân hợp chất cao phân tử, chất kháng sinh và
nhiều hợp chất y dược khác.
1

vi khuẩn G (+) và XK), thuộc giới vi khuẩn thật (Eubacteria) và siêu giới
nhân sơ (Prokaryota) [32].
Xạ khuẩn thuộc lớp Actinobacteria, phân lớp Actinobacteridae, bộ
Actinomycetales, bao gồm 10 phân bộ, 35 họ, 110 chi và 1000 loài trong đó
có 478 loài thuộc chi Streptomyces và hơn 500 loài thuộc các chi còn lại
được xếp vào nhóm XK hiếm [11, 36].
Xạ khuẩn phân bố rộng rãi trong tự nhiên và có thể tìm thấy trong hầu
hết các môi trường: đất, nước, không khí, thậm chí cả những môi trường mà
cả vi khuẩn và nấm mốc không phát triển được. XK phân bố nhiều nhất ở
trong đất, và đóng vai trò rất quan trọng trong chu trình tuần hoàn vật chất
trong tự nhiên. Chúng sử dụng acid humic và các chất hữu cơ khó phân giải
khác trong đất [36]. Theo Waksman thì trong một gam đất có khoảng 29.000 -
2.400.000 mầm XK, chiếm 9 - 45% tổng số VSV [34]. Sự phân bố của XK
phụ thuộc vào khí hậu, thành phần đất, mức độ canh tác và thảm thực vật. Sự
phân bố của XK còn phụ thuộc nhiều vào độ pH môi trường, chúng có nhiều
trong các lớp đất trung tính và kiềm yếu hoặc axit yếu 6,8 - 7,5. XK có rất ít
trong lớp đất kiềm hoặc axit và càng hiếm trong các lớp đất rất kiềm, số lượng
XK trong đất cũng thay đổi theo thời gian trong năm.
Một trong những đặc tính quan trọng nhất của XK là khả năng hình
thành chất kháng sinh, 60 - 70% XK được phân lập từ đất có khả năng sinh
CKS [15]. Ngoài ra, XK tham gia tích cực vào các quá trình chuyển hoá nhiều
hợp chất trong đất, nước. Dùng để sản xuất nhiều enzym như proteaza,
amylaza, cellulaza… một số axit amin và axit hữu cơ. Một số XK có thể gây
bệnh cho người, động vật [8].
3
1.1.2. Đặc điểm sinh học của xạ khuẩn
* Cấu tạo tế bào xạ khuẩn
Xạ khuẩn có cấu trúc tế bào tương tự như vi khuẩn G

(+), toàn bộ cơ

Mycobacterium, Nocardia, Pseudonocardia…[10].
Dưới lớp thành tế bào là màng sinh chất dày khoảng 50 nm được cấu
tạo chủ yếu bởi 2 thành phần là photpholipit và protein. Chúng có vai trò đặc
biệt quan trọng trong quá trình trao đổi chất và quá trình hình thành bào tử
của XK.
4
Tế bào chất của XK có chứa mezoxom, thể nhân, và các vật thể ẩn
nhập gồm các hạt poliphotphat và polixacarit. Nhân của tế bào XK không có
cấu trúc điển hình, chỉ là những nhiễm sắc thể không có màng. Khi còn non,
toàn bộ tế bào chỉ có 1 nhiễm sắc thể sau đó hình thành nhiều hạt rải rác
trong toàn bộ hệ khuẩn ty [25].
* Khuẩn lạc, khuẩn ty xạ khuẩn
Xạ khuẩn có hệ sợi rất phát triển, phân nhánh mạnh và không có vách
ngăn (trừ cuống bào tử khi hình thành bào tử). Hệ sợi XK có đường kính thay
đổi trong khoảng 0,2 ÷ 1 µm đến 2 ÷ 3 µm, chiều dài có thể đạt tới một vài
cm [11]. XK phát triển theo kiểu mọc chồi, phân nhánh theo kiểu 30 µm một
nhánh. Độ dài khuẩn ty XK trong giai đoạn phát triển là 11µm [35].
Khuẩn ty XK bắt màu gram dương, hiếu khí, hoại sinh, không hình
thành nha bào, không có lông và giáp mô, đa hình thái như dạng hình chùy,
dạng phân nhánh hay dạng sợi dài, dạng phân nhánh thành chùm, thành bó
gọi là khuẩn ty thể (mycelium). Kích thước và khối lượng khuẩn ty thường
không ổn định và phụ thuộc vào từng loại điều kiện nuôi cấy [31]. Hệ sợi của
XK có màu sắc rất đa dạng: xanh, đỏ, trắng, vàng, lục, lam, tím, hồng… Các
khuẩn ty non và các khuẩn ty có mang bào tử thường lớn hơn các khuẩn ty già
và khuẩn ty không mang bào tử. Các loài XK khác nhau đều có cùng một kiểu
cấu tạo hệ sợi, chỉ khác nhau ở chỗ có loài có hệ sợi dài, thẳng hay làn sóng
hoặc rất ít phân nhánh, có loài lại có hệ sợi ngắn, thường phân nhánh, thẳng
hoặc xoắn.
Khi nuôi cấy trên môi trường đặc khuẩn ty của XK phát triển thành 2 loại.
Một loại cắm sâu vào môi trường gọi là hệ sợi cơ chất (khuẩn ty cơ chất -

hình cầu, hình que với kích thước trung bình khoảng 0,7 ÷ 0,9 × 0,7 ÷ 1,9 µm.
Kích thước của bào tử thay đổi khác nhau tùy loài, tùy cá thể trong loài thậm
chí ngay trên cùng một chuỗi bào tử. Bề mặt bào tử XK có thể nhẵn (Sm -
Smooth), có gai (Sp - Spiny), khối u (Wa - Warty), nếp nhăn (Ru - Rugose)
hay dạng tóc Ha - Hair like [10].
Bào tử XK được bao bọc bởi màng mucopolysaccharide giàu protein
với độ dày khoảng 300 ÷ 400A
0
gồm có 3 lớp, các lớp này giúp cho bào tử
6
tránh được những ảnh hưởng bất lợi của ngoại cảnh như: nhiệt độ, độ ẩm,
pH… Hình dạng, kích thước của chuỗi bào tử và cấu trúc màng có thể thay
đổi khi nuôi cấy trên những môi trường có nguồn nitơ khác nhau [14].
* Đặc điểm sinh lý, sinh hóa
XK thuộc nhóm sinh vật dị dưỡng, chúng sử dụng đường, rượu, axit
hữu cơ, lipit, protein và nhiều hợp chất hữu cơ khác để làm nguồn cacbon,
muối nitrat, muối amôn, urê, amino axit, pepton để làm nguồn nitơ. Tuy nhiên
khả năng hấp thụ các chất này không giống nhau ở các loài hay các chủng
khác nhau.
Phần lớn XK là nhóm VSV hiếu khí, ưa ẩm, một số ít ưa nhiệt, nhiệt độ
thích hợp cho sự sinh trưởng là 25 - 30
0
C. Tuy nhiên, nhiệt độ tối ưu cho sinh
tổng hợp CKS thường chỉ nằm trong khoảng 18 - 28
0
C. Độ ẩm thích hợp đối
với XK dao động trong khoảng 40 - 50%, giới hạn pH trong khoảng 6,8 - 7,5.
XK không có giới tính [28]. XK có khả năng hình thành enzym và các CKS
nên được ứng dụng vào trong nhiều lĩnh vực của đời sống.
1.2. Sự hình thành chất kháng sinh từ xạ khuẩn

nhiệm tổng hợp CKS, còn có cả các gen chịu trách nhiệm tổng hợp các tiền
chất, enzym và cofactor [15].
1.3. Phương pháp phân loại xạ khuẩn
1.3.1. Phân loại theo phương pháp truyền thống
Cũng như đối với vi khuẩn, việc phân loại xạ khuẩn hiện nay chủ yếu
dựa vào phân tích trình tự gen mã hóa cho 16S rRNA. Bên cạnh đó các đặc
điểm về hóa phân loại, hình thái, các đặc điểm sinh lý, sinh hóa thường được
kết hợp để định danh xạ khuẩn một cách chính xác đến tên loài.
Trong các đặc điểm hóa phân loại, thành phần hóa học của thành tế bào
được coi là đặc điểm quan trọng nhất. Các đặc điểm hóa phân loại khác như
thành phần đường, menaquinone, photpholipit, axit béo của tế bào và tỷ lệ GC
trong ADN genom cũng mang tính đặc trưng cho loài và có ý nghĩa quan
trọng trong phân loại xạ khuẩn.
Các đặc điểm sinh lý, sinh hoá thường được kết hợp sử dụng trong
phân loại xạ khuẩn là khả năng đồng hoá các nguồn cacbon và nitơ, nhu cầu
8
các chất kích thích sinh trưởng, khả năng phân hủy các chất khác nhau nhờ hệ
thống enzym. Bên cạnh đó, các chỉ tiêu khác như mối quan hệ với pH, nhiệt
độ, khả năng chịu muối và các yếu tố khác của môi trường, mối quan hệ với
chất kìm hãm sinh trưởng và phát triển khác nhau, tính chất đối kháng và
nhạy cảm với CKS, khả năng tạo thành CKS và các sản phẩm trao đổi chất
đặc trưng khác của XK cũng được tiến hành phân tích đồng thời [10].
1.3.2. Phân loại theo phương pháp hiện đại
Các nhà khoa học trên thế giới đều cho rằng mức độ tương đồng về
trình tự rRNA phản ánh mối quan hệ tiến hóa giữa các cá thể VSV. Tất cả các
loài VSV trong sinh giới đều sử dụng cùng một cách tổng hợp protein nhờ các
riboxom. Vì vậy người ta đã tiến hành so sánh trình tự nucleotit của gen mã
hoá rRNA ở các VSV khác nhau để xác định mối quan hệ giữa chúng. rRNA
là phân tử lý tưởng cho các nghiên cứu về tiến hoá của VSV vì:
- Phân tử này có mặt trong mọi tế bào VSV.

Kể từ khi CKS được sử dụng và đã cứu sống được bệnh nhân bị nhiễm
trùng máu năm 1941 [21], đến nay hàng loạt CKS đã được phát hiện và ứng
dụng trong y học đã đóng góp một phần không nhỏ trong công tác phòng và
điều trị bệnh tật, nhất là các bệnh nhiễm khuẩn của con người. Nhờ có CKS
mà y học đã làm giảm bớt mối lo cho nhân loại về căn bệnh nhiễm trùng, điều
trị loại bỏ những mối nguy hiểm của một số bệnh thường gặp như thương
hàn, dịch hạch, dịch tả, thấp khớp, các bệnh về răng miệng, mắt, mũi.
Hiện nay các loại bệnh phổ biến do nấm gây ra như nấm da, nấm tóc,
móng chân, móng tay… đều sử dụng kháng sinh để điều trị bằng cách bôi trực
tiếp lên da bị nhiễm bệnh hoặc bằng cách uống. Có nhiều loại thuốc được sử
dụng để điều trị bệnh này như: nystatin, natamicin, hamicin, rimocyclin…
Phần lớn các CKS được sử dụng trong y học có nguồn gốc từ XK,
trong đó có tới 1/3 các CKS là do XK hiếm sinh ra. Trong y học, kháng sinh
có thể được dùng kết hợp cùng lúc nhiều loại kháng sinh nhằm mang lại hiệu
quả cộng hợp - tăng liều gấp hai của mỗi loại kháng sinh (khi kết hợp hai
kháng sinh hãm khuẩn) [21].
10