Vai trò của công nghệ sinh học trong nghiên cứu Nấm ăn, Nấm dược liệu

Một số loài nấm ăn được nuôi trồng tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Một số nấm dược liệu nuôi trồng tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Hiện nay, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đã hoàn thiện Đề án phát triển nấm ăn, nấm dược liệu đến năm 2030 nhằm đáp ứng mục tiêu chung thời gian tới là xây dựng ngành sản xuất nấm theo hướng hàng hoá, tập chung quy mô công nghiệp, từng bước ứng dụng công nghệ cao, có sự gắn kết chặt chẽ từ khâu nghiên cứu, sản xuất, bảo quản, chế biến đến tiêu thụ, qua đó tạo lên thương hiệu nấm Việt Nam trên thị trường quốc tế; Tập trung ưu tiên hỗ trợ doanh nghiệp tham gia vào khoa học công nghệ và phát triển sản xuất, góp phần giải quyết việc làm, chuyển đổi cơ cấu kinh tế nông nghiệp, nông thôn tạo ra nguồn hàng hoá có giá trị cao phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu.

Bên cạnh đó, một trong những mục tiêu phát triển công nghệ sinh học của Việt Nam những năm trở lại đây là tạo ra các giống cây trồng, vật nuôi mới có năng suất, chất lượng và mang lại hiệu quả kinh tế cao, có sức chống chịu tốt với các điều kiện môi trường, phục vụ hiệu quả cho nhu cầu chuyển dịch cơ cấu kinh tế, nâng cao chất lượng và sức cạnh tranh của hàng hóa nông sản. Chính vì vậy, việc ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn tạo và sản xuất các loại giống nấm ăn, nấm dược liệu đang được các nhà nghiên cứu và đơn vị sản xuất quan tâm nhiều. Các công nghệ ứng dụng để sản xuất giống nấm được áp dụng chính hiện nay như: tạo đột biến, dung hợp tế bào trần, lai đơn bào tử… Tuy nhiên, do điều kiện các phòng thí nghiệm cũng như viện nghiên cứu về nấm ăn, nấm dược liệu ở Việt Nam chưa nhiều, chưa đủ cả về đội ngũ cán bộ nghiên cứu cũng như trang thiết bị nên còn rất hạn chế trong việc tạo ra các giống nấm mới bằng phương pháp sinh học.

Ứng dụng nhiều nhất của công nghệ sinh học trong việc sản xuất giống nấm đó là áp dụng phương pháp nuôi cấy mô thực vật vào việc nhân nhanh, tạo số lượng lớn trong sản xuất giống nấm: nuôi cấy mô nấm, bào tử nấm trong môi trường dinh dưỡng đã được vô trùng để tạo ra nguồn giống sạch bệnh, giữ nguyên được các yếu tố di truyền từ nguồn giống gốc có chất lượng, năng suất hoặc giá trị dinh dưỡng, giá trị dược liệu tốt từ các loài nấm bản địa mới được thu thập hay từ các chủng nấm nhập nội.

Bên cạnh đó đã có nhiều nghiên cứu tối ưu hoá các điều kiện nhân nuôi để đảm bảo tìm ra được các công thức môi trường nhân giống tối ưu cho sự sinh trưởng hệ sợi, và môi trường phù hợp với từng loại nấm khác nhau. Nguồn cacbon tốt nhất cho sinh trưởng hệ sợi nấm sò vàng là fructose với hàm lượng 20 g/l. Pepton được xem là nguồn nitơ phù hợp nhất cho sinh trưởng của nấm sò vàng với hàm lượng bổ sung 4 g/l; cơ chất nuôi trồng phối trộn theo tỉ lệ 49,50% mùn cưa, 49,50% bông, 1% bột nhẹ cho hiệu suất nấm sò vàng cao nhất đạt 31,45% (Nguyễn Thị Huyền Trang và cs, 2022). Tuy nhiên, nguồn cacbon phù hợp nhất cho hệ sợi nấm đầu khỉ sinh trưởng là glucose. Điều kiện dinh dưỡng được tối ưu theo phương pháp một nhân tố. Nguồn nitrogen tối ưu là cao nấm men, ammonium nitrate và ammonium sulfate. Môi trường cải tiến để nấm đầu khỉ tăng tốc độ sinh trưởng hệ sợi gồm khoai tây 200g, glucose 20g, cao nấm men 5g, agar 15g cho một lít. Nấm đầu khỉ cho năng suất sinh học cao (65-69%) khi được nuôi trồng trên cơ chất (89% mùn cưa, 1% bột CaCO3) bổ sung 10% cám gạo hoặc bột ngô (Nguyễn Thị Huyền Trang và cs, 2020).

2. Công nghệ sinh học trong định danh các loài nấm mới

Phương pháp nhận diện loài dựa trên hệ gene (ADN) đã được phát triển từ năm 1990. Hiện nay, bằng cách sử dụng phương pháp sinh học phân tử có thể phân biệt loài kể cả khi mẫu vật chưa phát triển đầy đủ các đặc tính hình thái, bị hư hỏng các bộ phận ngoài, hoặc mẫu vật chết khiến quá trình nhận diện bằng hình thái trở nên khó khăn thậm chí là không thể. Định danh loài bằng phương pháp sinh học phân tử có thể thực hiện trên ADN hoặc protein (Trần Hoàng Dũng & cs., 2014). Phương pháp dựa vào ADN có lợi thế hơn so với protein vì: (1) ADN ít nhạy cảm trong quá trình làm biến tính, (2) có thể thu nhận ADN từ tất cả các giai đoạn phát triển của cá thể và (3) ADN dễ dàng được nhân lên trong phòng thí nghiệm. Một hoặc một vài đoạn ADN ngắn (marker phân tử) được chọn làm trình tự so sánh giữa một mẫu chưa biết với một thư viện các trình tự của các loài đã biết.  Với những loài sinh vật mà người ta cho là nó có quan hệ gần thì người ta có thể chọn những gen hay vùng ADN có độ linh động cao (như intron hay ITS), nhưng với nhóm sinh vật có quan hệ xa thì người ta lại chọn gen hay vùng ADN có độ bảo tồn cao (ví dụ ribosomal LSU rADN, gen mã hóa protein). Nếu việc chọn gen hay vùng ADN có độ bảo tồn hay độ biến thiên cao quá sẽ có thể ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng, vì vậy khuynh hướng hiện nay cũng là khuynh hướng tốt nhất là người ta kết hợp cả hai hướng này cho cùng một nghiên cứu (Trần Nhân Dũng và Liễu Như Ý, 2012).

Thông qua việc chiết tách DNA và khuếch đại gen bằng phản ứng PCR, Phạm Minh Tâm và cộng sự đã đạt có kết quả bước đầu khi bằng phương pháp sinh học phân tử có thể nhận diện chính xác và xác định nguồn gốc tiến hóa của các chủng nấm Linh chi ngay cả khi mẫu phân tích là một mảnh mô nhỏ, bảo tồn nhiều đời, hư hỏng hoặc không rõ hình thái. Điều này có thể giúp phân biệt chính xác các chủng nấm Linh chi, có ý nghĩa trong nhân giống, sản xuất và sử dụng hiệu quả loại dược liệu quý này.

Đỗ Tiến Mạnh & cs. (2016) đã sử dụng cặp mồi ITS1 (5’- GTT CCG TAG GTG AAC CTG C- 3’) và ITS2 (5’- ATA TGC TTA AGT TCA GCG GGT - 3’) cho phản ứng PCR.  Để phân tích ADN của 01 chủng nấm được phân lập từ mẫu nấm ký sinh côn trùng thu thập ở Vườn quốc gia Hoàng Liên, Lào Cai (chủng A9) kết quả được một phân đoạn gen có kích thước khoảng 560 bp, so sánh với các trình tự trên ngân hàng gen bằng chương trình BLAST, xây dựng cây phân loại. Kết quả so sánh chủng A9 có độ tương đồng 99% có 5 trình tự Cordyceps takaomontana, 34 trình tự Isaria tenuipes, 9 trình tự Paecilomyces tenuipes, 2 trình tự Isaria japonica.

Sau khi phân tích các mẫu nấm thuộc loài nấm linh chi mới phát hiện ở Vườn quốc gia Cát Tiên Tomophagus sp.Nov. bằng sinh học phân tử. Sản phẩm PCR này sử dụng làm khuôn cho phản ứng giải trình tự trực tiếp hai chiều (mồi xuôi và mồi ngược) với mồi ITS1/ITS4, trình tự nucleotide của các chủng nấm được so sánh với các trình tự đã có trên Genbank, sử dụng phần mền BLAST trong NCBI. Kết quả xác định trình tự vùng gen nhân (ITS) cho ảnh điện di đồ. Sau khi loại bỏ trình tự mồi và các vùng tín hiệu nhiễu, đa thu được trình tự nucleotide của chủng nấm Tomophagus sp. có độ dài là 647 nucleotide. Trình tự thu được của chủng nấm Tomophagus sp. Được kiểm tra tính tương đồng (similarity) với các trình tự sẵn có trên ngân hàng Genbank bằng công cụ BLAST. Kết quả tìm kiếm cho thấy trình tự chủng nấm Tomophagus sp. tương đồng cao với các loài trong chi Tomophagus (Phạm Ngọc Dương & cs.,).

3. Công nghệ Bioreactor trong nhân sinh khối nấm

Nấm lên men bằng bình sục khí

Việc nhân nuôi sợi nấm trong môi trường lỏng cho năng suất cao, tốn ít thời gian và không gian hơn khi nuôi cấy sợi nấm trên môi trường rắn. Do đó đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học để tối ưu hoá các điều kiện nhân nuôi để nhân sinh khối nấm đạt hiệu quả cao thay cho việc nuôi trồng tạo quả thể, rút ngắn thời gian đánh giá hoạt chất sinh học cũng như chi phí tốn kém của việc xây dựng nhà xưởng nuôi trồng.

Trong một nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả hình thành sinh khối nấm vân chi Trametes Versicolor cho thấy việc lựa chọn thành phần môi trường nuôi cấy để thu sinh khối sợi nấm có hiệu quả cao rất quan trọng. Kết quả của nghiên cứu đã chỉ ra môi trường phù hợp để nhân sinh khối nấm vân chi PGB cải tiến (thành phần (g/l): Khoai tây 200; Glucose 20; Yeast extract 10; MgSO4.7H2O 0,5). Các điều kiện nuôi cấy được xác định như sau: nhiệt độ 28℃; pH ban đầu 6,0; và tốc độ lắc 150 rpm. Với thành phần môi trường và điều kiện nuôi cấy này, sinh khối sợi tối đa đạt được là 17,9 g/l (Trần Thị Lụa và Vũ Văn Hạnh, 2017).

Khi tiến hành một nghiên cứu khác về các điều kiện ảnh hưởng đến khả năng tạo sinh khối hệ sợi nấm vân chi cũng đã cho kết quả tương tự về một số điều kiện nuôi cấy hệ sợi trong quá trình lên men ngập chìm như sau: nhiệt độ thích hợp cho quá trình sinh trưởng và phát triển của nấm Vân chi dạng dịch thể là 30±1ºC. Giống nấm Vân chi sinh trưởng, phát triển tốt nhất trong điều kiện môi trường có pH đạt 6. Giống nấm Vân chi nuôi cấy trong công thức môi trường có 2mg cao nấm men và 1000ml nước cất thu được sinh khối sợi lớn nhất (35,2 g/1000ml dịch), mật độ peller nhiều, kích thước pellet đều. Chế độ lắc thích hợp để cho hệ sợi nấm Vân chi sinh trưởng trong môi trường dịch thể là 140 vòng/phút. Tỷ lệ giống cấy ở mức 30% ống giống gốc/200ml môi trường cho sinh khối sợi cao nhất (34,7 gam/1000ml dịch). Xây dựng được đường cong sinh trưởng của hệ sợi nấm Vân chi trong nuôi cấy lng; Từ đó, cho thấy sinh khối sợi nấm Vân chi tăng mạnh nhất từ 48 2 giờ, hoạt lực của pellet mạnh nhất từ 72h. (Nguyễn Thị Bích Thuỳ & cs., 2013).

Ngoài ra để tập trung tối ưu hoá thành phần môi trường nuôi cấy nhằm tăng cường khả năng sinh tổng hợp PSP của nấm Vân chi trong môi trường lỏng. Kết quả của nghiên cứu về tối ưu hoá việc sinh tổng hợp Polysaccharopeptides trong quá trình lên men chìm của nấm Vân chi Trametes Versicolor (BRG04), đã chỉ ra dextrin và pepton là hai nguồn cacbon và nitơ quan trọng cho nấm Vân chi sinh tổng hợp PSP. Quá trình tối ưu hoá sử dụng phương pháp tối ưu hoá bề mặt cho kết quả hàm lượng PSP đạt 0,3 g/L tăng 1,2 lần trước khi tối ưu hoá khi sử dụng hàm lượng dextrin và pepton lần lượt là 59,6 g/L và 6,5 g/L. Các nghiên cứu bước đầu về hoạt tính sinh học trong nấm vân chi cũng chỉ ra rằng PSP trong nghiên cứu này có khả gây độc lên dòng tế bào ung thư vú MCF-7 với IC50 là 0,78 mg/ml (Trần Thị Thương & cs., 2020). Polysaccharide-krestin (PSK) từ sợi nấm được thu nhận sau quá trình lên men chìm nấm Vân chi (Trametes versicolor BRG04) được sử dụng chiết tách nhằm tăng hiệu suất thu hồi và đơn giản quá trình thu nhận. Kết quả nghiên cứu chỉ ra ở điều kiện thích hợp, tỷ lệ thu hồi PSK cao nhất đạt 16,8 mg/g sinh khối khô. Polysaccharide-krestin có hoạt tính chống oxy hóa với IC50 là 0,04 mg/mL và có khả năng ức chế 90,6% dòng tế bào ung thư vú MCF-7. Các kết quả này hứa hẹn khả năng thu nhận PSK đơn giản từ sinh khối của quá trình lên men chìm nấm Vân chi hướng tới ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm chức năng (Trần Thị Hương & cs., 2021).

4. Công nghệ Vi sinh trong việc nuôi trồng nấm ăn, nấm dược liệu

Vai trò Công nghệ vi sinh trong việc nuôi trồng nấm ăn, nấm dược liệu