Tìm Hiểu Nấm Men SACCHAROMYCES CEREVISIAE - 123doc

Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ . 3Phần 2: NỘI DUNG1. Giới thiệu chung về nấm men . 42. Nấm men Saccharomyces cerevisiae 42.1. Cấu tạo.2.2. Đặc tính sinh học.2.3. Dữ liệu sinh học.2.4. Sinh sản.2.4.1. Hình thức.2.4.2. Chu trình.3. Một số ứng dụng tiêu biểu 83.1. Trong kỹ thuật chuyển gen.3.2. Trong quá trình lên men.3.3. Trong điều trị bệnh.3.4. Trong việc khử kim loại nặng trong nước.3. 5. Nghiên cứu khả năng thủy phân bằng axít loãng và bước đầu đánh giá hiệu quả sản xuất etanol sinh học từ thân cây ngô3.6. Chế vắcxin H5N1 cho gia cầm từ . men bánh mì3.7 Nghiên cứu quá trình tự phân bã nấm men bia để thu nhận chế phẩm invertasePhần 3: KẾT LUẬN . 15TÀI LIỆU THAM KHẢO 16

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Đề tài tiểu luận:

NẤM MEN

SACCHAROMYCES CEREVISIAE

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Quỳnh Mai

Nhóm sinh viên thực hiện: [1] Trần Thị Dương (2008100250)

[2] Nguyễn Thị Ngọc Hà (2008100019) [3] Nguyễn Thị Kim Thi (2008100072) [4] Nguyễn Huỳnh Thanh Tâm (2008100182)

TP.HCM, ngày 14 tháng 12 năm 2011

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Đề tài tiểu luận:

NẤM MEN

SACCHAROMYCES CEREVISIAE

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Quỳnh Mai

Nhóm sinh viên thực hiện: [1] Trần Thị Dương (2008100250)

[2] Nguyễn Thị Ngọc Hà (2008100019) [3] Nguyễn Thị Kim Thi (2008100072) [4] Nguyễn Huỳnh Thanh Tâm (2008100182)

TP.HCM, ngày 14 tháng 12 năm 2011

MỤC LỤC

Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 3

Phần 2: NỘI DUNG

1 Giới thiệu chung về nấm men 4

2 Nấm men Saccharomyces cerevisiae 4

2.1 Cấu tạo

2.2 Đặc tính sinh học

2.3 Dữ liệu sinh học

2.4 Sinh sản

2.4.1 Hình thức

2.4.2 Chu trình

3 Một số ứng dụng tiêu biểu 8

3.1 Trong kỹ thuật chuyển gen

3.2 Trong quá trình lên men

3.3 Trong điều trị bệnh

3.4 Trong việc khử kim loại nặng trong nước

3 5 Nghiên cứu khả năng thủy phân bằng axít loãng và bước đầu đánh giá hiệu quả sản xuất etanol sinh học từ thân cây ngô

3.6 Chế vắc-xin H5N1 cho gia cầm từ men bánh mì

3.7 Nghiên cứu quá trình tự phân bã nấm men bia để thu nhận chế phẩm invertase

Phần 3: KẾT LUẬN 15

TÀI LIỆU THAM KHẢO 16

Từ xa xưa, mặc dù chưa ý thức được sự tồn tại của vi sinh vật nhưng con người đã biết đến rất nhiều ứng dụng của chúng trong sản xuất và đời sống

Những tài liệu khảo cổ cho biết, cách đây trên 6000 năm, người dân Ai Cập ở dọc sông Nile đã

có tập quán nấu rượu, các hình vẽ trên Kim Tự Tháp cũng cho thấy nghề này rất phổ biến ở nơi đây Cùng với đó, việc muối dưa, làm tương, làm mắm cũng đều là những biện pháp sử dụng vi sinh vật để phục vụ cho con người Và trong lĩnh vực đó, nấm men là loài có không ít vai trò quan trọng

Ngày nay, rất nhiều loại nấm men đã được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất: công nghiệp sản xuất bia rượu, nước giải khát, sinh khối phục vụ chăn nuôi, v.v…Trong đó, loài

Saccharomyces cerevisiae hiện được sử dụng như một công cụ đắc lực để mang các AND tái tổ

hợp phục vụ cho sản xuất các sản phẩm thế hệ mới của kĩ thuật di truyền Vì vậy, nhóm chúng

em đã chọn đề tài: “Nấm men Saccharomyces cerevisiae”.

Phần 2: NỘI DUNG

1 Giới thiệu chung về nấm men:

Nấm men (Yeast, Levure) là tên gọi thông thường của một nhóm nấm có vị trí phân loại không thống nhất nhưng có chung các đặc điểm sau đây:

- Nói chung có tồn tại trạng thái đơn bào

- Đa số sinh sôi nảy nở theo lối nảy chồi, cũng có khi hình thức phân cắt tế bào

- Nhiều loại có khả năng lên men đường

- Thành tế bào có chứa mannan

- Thích nghi với môi trường chứa đường cao, có tính axit cao

Nấm men phân bố rộng rãi trong tự nhiên, nhất là trong các môi trường có chứa đường, có pH thấp, chẳng hạn như trong hoa quả, rau dưa, mật mía, rỉ đường, mật ong, trong đất ruộng mía, đất vườn cây ăn quả, trong các đất có nhiễm dầu mỏ

2 Nấm men Saccharomyces cerevisiae:

Là một loài thuộc nấm túi (Ascomycetes), còn gọi là “men bánh mì” hay “men rượu” (loại nấm chủ yếu dùng trong quá trình lên men rượu)

Năm 1967 có một loại plasmit được phát hiện ở tế bào

nấm men Saccharomyces cerevisiae được gọi là “2µ

plasmit” có vai trò quan trọng trong thao tác chuyển gen của kĩ thuật di truyền Loại plasmit này là một ADN vòng chứa 6300 đôi bazơ

Saccharomyces cerevisiae là Eukaryota đơn bào có kích

thước 5-10 µm

Hình 1: Saccharomyces cerevisiae

2.1 Cấu tạo:

- Thành tế bào dày khoảng 25nm (chiếm khoảng 25% khối lượng khô tế bào), cấu tạo từ gucan

và mannan

- Trong thành tế bào chứa khoảng 10% protein, trong số protein này có một là enzyme Dưới lớp thành tế bào là lớp màng tế bào chất, cấu tạo chủ yếu gồm protein (50%), lipit (40%) và một

ít polisaccarit

2.2 Đặc tính sinh học:

- Các nghiên cứu di truyền học được tiến hành ở Saccharomyces cerevisiae đã từ hơn 70 năm

nay Đối tượng này kết hợp trong nó hai tính chất tuyệt vời:

+ Là đơn bào nên có thể tiến hành thí nghiệm như vi khuẩn, đồng thời có những đặc tính chủ yếu điển hình của Eukaryota và có ty thể với bộ gen ADN nhỏ, giống với vi khuẩn nên nó có thể nuôi trong môi trường dịch thể hay đặc và tạo khuẩn lạc trên môi trường thạch

+ Thích nghi trong môi trường chứa đường cao, có tính acid cao Có thể nuôi tế bào nấm men quy mô lớn trong các nồi lên men và dễ dàng thu nhận sinh khối tế bào

♣ Các đặc tính sinh học của Saccharomyces cerevisiae trong kỹ thuật chuyển gen:

- Là VSV nhân chuẩn đơn bào, đã được nghiên cứu tỷ mỷ về đặc điểm di truyền, sinh lý nên dễ nuôi cấy với quy mô lớn để thu sinh khối tế bào

- Có khởi điểm (Promotor) mạnhvà có plasmid dùng làm vector pYAC biểu hiện gen

- Có khả năng thực hiện các biến đổi sau dịch mã như đường hóa, phosphoryl hóa…để prôtêin

có đầy đủ các hoạt tính sinh học

- Ít tổng hợp prôtêin của bản thân nên khi đưa gen lạ để tổng hợp prôtein mới thì sản phẩm dễ

là tinh sạch

- Là VSV an toàn, hầu như không tạo ra độc tố

- Hệ gen khoảng 1.35x107 cặp baze, có kích thước lớn hơn VK E.coli khoảng 3.5 lần

♣ Phân tích di truyền:

Nấm men Saccharomyces cerevisiae có thể tồn tại hai dạng đơn bội với hai kiểu bắt cặp là a và

α Ngoài các phương pháp lai để phân tích tái tổ hợp (recombination) và bổ trợ

(complementation), có nhiều kĩ thuật biến đổi di truyền (Techni ques of Gentic Modification)

→ Gây đột biến (Mutagensis):

• Hóa chất và chiếu xạ: Đột biến xoma ngẫu nhiên

• Dùng transposon : Xen đoạn (Insertions) xoma ngẫu nhiên

→ Chuyển gen (Transgensis):

• Plasmid tích hợp (integrative): Xen đoạn (Insert) nhờ tái tổ hợp tương đồng (homologous

recombination)

• Plasmid sao chép (replicative): Có thể sao chép tự lập (autonomously) hoặc sao chép của

plasmit 2µ hay ARS

• Nhiễm sác thể nhân tạo của nấm men: Sao chép và phân ly như một NST.

• Vector con thoi (Shuttle vector): Có thể sao chép trong tế bào nấm men.

• Làm im lặng gen mục tiêu (Targeted gen knockout): Thay thế gen (Gen replacement) tái tổ

hợp tương đồng thay alen dại bằng alen không (null alen)

2.3 Dữ liệu di truyền học:

• Kích thước bộ gen: 12Mb

• Nhiễm sắc thể: n=16

• Số lượng gen: 6000

• Phần trăm gen tương đồng với người: 25%

• Kích thước trung bình của gen: 1,5kb; 0,03 intron/gen

• Các transposon: Một tỷ lệ của AND

• Kết thúc giải ký tự chuỗi: 1996

Hình: Cấu trúc tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae với các đặc điểm của tế bào nhân

thực.

2.4 Sinh sản:

2.4.1 Hình thức:

- Sinh sản vô tính theo kiểu nảy chồi:

 Ở điều kiện thuận lợi nấm men Saccharomyces cerevisiae sinh sôi nảy nở nhanh.

 Khi một chồi xuất hiện, các enzyme thủy phân xuất hiện làm phân giải phần polisaccarit của thành tế bào làm cho chồi chui ra khỏi tế bào mẹ

 Vật chất mới được tổng hợp sẽ huy động đến chồi làm chồi phình to lên, xuất hiện một vách ngăn giữa chồi và tế bào mẹ

 Chồi tách ra khỏi tế bào mẹ và hình thành tế bào mới

2.4.2 Chu trình: Chu trình sinh sản của nấm men Saccharomyces cerevisiae

- Nấm men Saccharomyces cerevisiae có hai dạng tế bào đơn bội (n) là a và α có thể tồn tại

độc lập nhờ sinh sản vô tính qua nguyên phân (mitosis)

- Khi hai dạng a và α gặp nhau bắt cặp, rồi phối hợp tế bào và hợp nhân tạo 1 tế bào lưỡng bội

(2n) Tế bào lưỡng bội có thể sinh sản vô tính vô hạn và đây là dạng thường sử dụng trong sản xuất Trong những điều kiện nhất định, tế bào lưỡng bội (2n) sinh sản hữu tính qua giảm phân

tạo nang có bốn bào tử ( 2a và 2α ), mà sự kết hợp a và α tạo tế bào 2n lặp lại chu trình.

3 Một số ứng dụng tiêu biểu:

3.1 Trong kỹ thuật chuyển gen:

Nghiên cứu về kỹ thuật chuyển gen từ cây Thanh hao hoa vàng vào nấm men

Saccharomyces cerevisiae

- Nhiều prôtêin quan trọng trong sinh học của con người lần đầu tiên được phát hiện bằng cách nghiên cứu của họ

Homologs trong nấm men.

- Các prôtêin này bao gồm chu kỳ tế bào prôtêin, prôtêin truyền tín hiệu và xử lý các enzyme prôtêin Các đột biến nhỏ trong S.cerevisiae là quan tâm đặc biệt

- Vi sinh vật dùng để tiếp nhận gen là những chủng đã được biết rất rõ về bộ gen (genom), chẳng hạn như một vài chủng

nấm men Saccharomyces cerevisiae.

Hình 2: Nấm men Saccharomyces cerevisiae

♣ Về chuyển gen từ thực vật vào vi sinh vật có thể lấy ví dụ từ thuốc Artemisinin chống sốt rét:

Hình 3: cây Thanh hao hoa vàng Hình 4: chất Artemisinin

- Trong khi sốt rét đang là bệnh của 500 triệu trường hợp nhiễm ký sinh trùng sốt rét hàng năm thì người ta phát hiện được chất Artemisinintrong cây Thanh hao hoa vàng (Artemisia annua) Cây này đã được trồng rộng rãi tại Trung Quốc Vì giá thành của thuốc chiết rút từ Thanh hao hoa vàng là quá đắt cho nên người ta đã tiến hành tách được 2 gen từ cây này liên quan đến việc

tổng hợp ra acid artemisinic Acid này chỉ qua vài phản ứng hóa học sẽ dễ dàng chuyển thành Artemisinin

- Sau đó người ta đã chuyển thành công 2 gen này vào tế bào men rượu ( Saccharomyces cerevisiae) Việc đưa chủng nấm men mang gen tái tổ hợp sinh Artemisinin vào sản xuất trong

các nồi lên men đã làm hạ giá thành xuống chỉ còn 10% so với phương pháp tách chiết từ Thanh hao hoa vàng và không còn cần tới đất để sản xuất cây này nữa

- Ông Jay Keasling và đồng nghiệp của nhóm nghiên cứu này đã dùng 3 giai đoạn để tạo nấm men rượu mang gen tái tổ hợp:

+ Giai đoạn đầu là thay đổi một số gen của nấm men bằng phương pháp gây đột biến để gia tăng việc sản xuất farnesyl pyrophosphate (FPP)

+ Giai đoạn hai là đưa gen amorphadiene synthase (ADS) của cây Thanh hao hoa vàng vào tế bào nấm men để tổng hợp FPP thành amorphadiene

+ Giai đoạn cuối là đưa gen cytochrome P450 của cây Thanh hao hoa vàng vào nấm men để oxid hóa qua 3 bậc chuyển amorphadiene thành acid artemisinic

Đó là một thành tựu tuyệt vời của nhóm nghiên cứu ở trường Đại học Berkeley (California, Hoa Kỳ) mới công bố tháng 4-2006 (Dae-Kyun Ro, et al., Nature, Vol 440, 13 April 2006, 940-943; Towie, Narelle, Nature, Vol 440, 13 April 2006, 852-853)

Do Ts.Nguyễn Lân Dũng dich

3.2 Ứng dụng trong quá trình lên men:

Men Saccharomyces cerevisiae là loài men chung cho cả làm bánh mì lẫn chế tạo rượu Tại

Bristish Museum có trưng bày một mô hình phối hợp lò bánh mì với lò nấu rượu tìm được trong một cổ mộ Ai Cập

♣ Lên men rượu vang:

- Saccharomyces cerevisiae sinh ra enzyme invectara có khả năng khử đường sacaroza thành

fructoza và glucoza, vì vậy, trong lên men, ta có thể bổ sung loại đường này vào dung dịch quả

và hàm lượng rượu được tạo thành bình thường đối với nhiều nòi của men này chỉ đạt được 8 -10% so với thể tích

- Ở giai đoạn cuối lên men Saccharomyces cerevisiae kết lắng nhanh và làm trong dịch rượu.

- Ở nòi của giống này có đặc tính riêng về khả năng tạo cồn, chịu sunfit, tổng hợp các cấu tử bay hơi và các sản phẩm thứ cấp tạo ra cho vang có mùi vị đặc trưng riêng biệt

- Giai đoạn cuối cùng của quá trình lên men các tế bào Saccharomyces cerevisiae thường bị

già, không tiếp tục chuyển đường thành cồn và bị chết rất nhanh

- Các loài nấm men thuần khiết dùng nhiều trong sản xuất rượu vang thuộc giống

Saccharomyces cerevisiae và Saccharomyces oviformi) Các chủng nấm men thuần khiết này có

sự khác nhau về tốc độ sinh trưởng, khoảng nhiệt độ thích hợp để lên men, khả năng tạo cồn và chịu cồn, khả năng chịu được pH thấp cũng như khả năng kết lắng (tạo thành dạng bông hoặc dạng bụi)

 Những yêu cầu đối với nấm men rượu vang là:

+ Có hoạt lực lên men cao đối với nước quả

+ Sử dụng đường cho lên men gần như hoàn toàn

+ Kết lắng tốt

+ Làm trong dịch rượu nhanh

+ Chịu được độ rượu cao và độ acid của môi trường cũng như các chất sát trùng

+ Tạo cho rượu hương vị thơm ngon tinh khiết

3.3 Một số ứng dụng trong việc điều trị bệnh:

- Nấm men dùng trong dược phẩm gồm các tế bào nấm men tươi hay đông khô của Saccharomyces cerevisiae có thể có thêm Candida utilis, có công dụng điều hòa đường ruột…

- Men có những tác dụng chống lại các vi khuẩn C.difficile và E.coli độc hại nơi ruột: Men làm giảm lưu lượng nước và chất điện giải nơi ruột, kích ứng bởi độc tố của E.coli

 Men bia cũng có thể giúp tăng hoạt tính của các enzym trong ruột như disaccharidase, saccharidase, maltase và lactase để giúp giảm các triệu chứng tiêu chảy

 Men bia chứa nhiều chromium, cũng giúp tăng hoạt động của insulin rất có ích cho bệnh nhân tiểu đường Theo BS.Richard Anderson tại Bộ canh nông Mỹ thì chromium trong men bia rất hữu hiệu để giúp đưa sự biến dưỡng về mức bình thường Ngoài ra, trong một nghiên cứu do BS.Clint Elwood thực hiện tại State University of New York and Health Science Center tại Syracuse, những người dùng mỗi ngày 2 muỗng canh men bia trong 8 tuần có thể giúp làm hạ cholesterol trong máu trung bình được 10% Tác dụng tốt nhất nơi những người có cholesterol cao

- Kháng thể chống lại S.cerevisiae được tìm thấy trong 60-70% bệnh nhân bị bệnh Crohn và 10-15% bệnh nhân viêm loét đại tràng

3.4 Ứng dụng trong việc khử kim loại nặng trong nước:

Nghiên cứu khả năng hấp thu một số kim loại nặng (Cu2+, Pb2+, Zn2+) trong nước của

nấm men Saccharomyces cerevisiae

- Các phương pháp tách kim loại nặng trong nước đang được áp dụng thường phải sử dụng hoá chất và có chi phí khá cao Do vậy việc nghiên cứu các biện pháp hiệu quả hơn như phương pháp hấp thu sinh học để tách kim loại nặng là rất cần thiết

- Trong nghiên cứu này đã khảo sát khả năng hấp thu sinh học một số kim loại nặng (Cu2+, Pb2+

và Zn2+) của Saccharomyces cerevisiae Một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp thu như pH,

nồng độ ban đầu của kim loại nặng cũng được khảo sát

Kết quả cho thấy S.cerevisiae sinh trưởng tốt trong môi trường pH = 5, kết quả này cũng phù

hợp với các nghiên cứu trước đây Khả năng hấp thu ion Cu2+, Pb2+ và Zn2+ chủ yếu xảy ra ở 6 giờ đầu khi bắt đầu quá trình hấp thu Khả năng hấp thu tăng khi nồng độ ban đầu của kim loại tăng Khả năng hấp thu cực đại của Cu2+ đạt 63% sau 48 giờ Nồng độ Cu2+ còn lại trong dung dịch giảm từ 250 đến 92,7mg/l và trong sinh khối là 89mg/l

- Khả năng hấp thu kim loại nặng của S.cerevisiae theo thứ tự: Pb2+> Cu2+> Zn2+, với nồng độ đầu vào 50mg/l, sau 48 giờ nồng độ của Pb2+, Cu2+ và Zn2+ trong dịch giảm xuống tương ứng lần lượt là: 2,8; 37,5 và 39,5mg/l Hiệu suất hấp thu đạt tương ứng 95; 25 và 21%

- Kết quả cho thấy S.cerevisiae có khả năng hấp thu kim loại nặng khá tốt, tuy nhiên cần phải

tiến hành các nghiên cứu tiếp theo về cơ chế quá trình hấp thu; khả năng hấp thu các kim loại khác như Cr, Mn, Ni, Cd, Hg ; và khả năng hấp thu kim loại nặng trong nước thải thực tế Nguyễn Thị Hà, Trần Thị Hồng, Nguyễn Thị Thanh Nhàn Đỗ Thị Cẩm Vân, Lê Thị Thu Yến

Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam

Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 23 (2007) 99-106

3 5 Nghiên cứu khả năng thủy phân bằng axít loãng và bước đầu đánh giá hiệu quả sản xuất etanol sinh học từ thân cây ngô

Nghiên cứu này tập trung vào đánh giá hiệu quả sản xuất etanol sinh học từ thân cây ngô với phương pháp thủy phân bằng axít loãng ở các nồng độ axit và thời gian thủy phân khác nhau Kết quả nghiên cứu cho thấy thân cây ngô sau thu hoạch có thành phần chính gồm 37,2% cellulose; 24,1% hemicellulose và 17,8% lignin Quá trình thủy phân thân cây ngô bằng H2SO4 2% ở 1210C trong 60 phút có hàm lượng đường khử hình thành khá cao (4,2 g/l) trong dung dịch có tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch là 1/10 (w/v) Đây được xem là điều kiện thích hợp cho quá trình thủy phân thân cây ngô bằng axít loãng