Chất kháng sinh (Antibiotic) là chất có nguồn gốc thiên nhiên và các sản phẩm cải biến của chúng bằng con đường hóa học. Chúng có khả năng tác dụng chọn lọc đối với sự phát triển của vi sinh vật, tế bào ung thư ở ngay nồng độ thấp [7]. Các kháng sinh là một nhóm thuốc thiết yếu trong y học hiện đại. Nhờ các kháng sinh mà y học đã có thể loại bỏ được các bệnh nhiễm trùng. Ngoài ra, chất kháng sinh còn đóng vai trò rất quan trọng trong một số lĩnh vực khác như chăn nuôi, bảo quản thực phẩm, và đặc biệt là trong bảo vệ thực vật.
Hiện nay cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin thì công nghệ sinh học cũng được coi là một trong những ngành hàng đầu thế giới. Trong đó phải kể đến công nghệ sinh học vi sinh sản xuất kháng sinh phục vụ đời sống con người đang có những phát triển vượt bậc. Từ những phương pháp sinh tổng hợp và bán tổng hợp thì công nghệ vi sinh tổng hợp kháng sinh tiếp tục khẳng định vai trò của mình. Cho đến nay đã phát hiện được 17.000 chất kháng sinh có nguồn gốc từ vi sinh vật và khoảng 30.000 chất kháng sinh bán tổng hợp, nhưng chỉ có 1-2% chất kháng sinh tổng số này là có đủ tiêu chuẩn sử dụng trong y học [21]. Trong số các vi sinh vật có khả năng sinh chất kháng sinh thì xạ khuẩn là nhóm có tiềm năng lớn chiếm tới 80% số chất kháng sinh đã được mô tả. Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh Streptomyces là một chi xạ khuẩn gồm nhiều loài có khả năng sinh tổng hợp kháng sinh đa dạng về cấu trúc và đặc điểm kháng khuẩn. Trong tương lai chắc chắn còn có nhiều chất kháng sinh khác nữa cũng sẽ được tìm ra vì đa số các vi sinh vật có khả năng tạo thành chất kháng sinh đã được nghiên cứu cho tới nay đều thuộc về các chi Streptomyces và Bacillus.
Tuy nhiên có một vấn đề gây lo âu đối với các nhà nghiên cứu đó là sự xuất hiện của các vi sinh vật kháng kháng sinh. Pseudomonas aeruginosa và Staphylococcus aureus là 2 trong số các vi khuẩn nguy hiểm nhất hiện nay. Chúng là nguyên nhân trực tiếp và gián tiếp của hàng loạt các bệnh nhiễm khuẩn: viêm phổi, viêm phế quản, nhiễm trùng tiết niệu, nhiễm trùng huyết, nhiễm khuẩn vết mổ Đồng thời, tỷ lệ kháng kháng sinh của 2 chủng này ngày càng tăng cao. Sự xuất hiện ngày càng nhiều các vi khuẩn đa kháng thuốc và sự thiếu hụt các kháng sinh mới làm cho chúng ta đang phải đối mặt với “thời kì hậu kháng sinh”. Chính vì thế nhiệm vụ đặt ra cho ngành công nghiệp sản xuất chất kháng sinh là: một mặt cải biến các chất kháng sinh cũ để tránh tình trạng kháng thuốc, mặt khác phải thúc đẩy nghiên cứu để tìm ra các chất kháng sinh mới.
Thái Nguyên là một trong những vùng đất có nguồn vi sinh vật phong phú, đặc biệt có nhiều nhóm xạ khuẩn sinh chất kháng sinh. Xuất phát từ những yêu cầu thực tế trên, từ những chủng xạ khuẩn đã được phân lập ở Thái Nguyên, chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tách chiết và tìm hiểu tính chất của chất kháng sinh có nguồn gốc từ một số chủng xạ khuẩn phân lập ở Thái Nguyên”.
44 trang |
Chia sẻ: lvbuiluyen | Lượt xem: 4031 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Nghiên cứu tách chiết và tìm hiểu tính chất của chất kháng sinh có nguồn gốc từ một số chủng xạ khuẩn phân lập ở Thái Nguyên, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Chất kháng sinh (Antibiotic) là chất có nguồn gốc thiên nhiên và các sản phẩm cải biến của chúng bằng con đường hóa học. Chúng có khả năng tác dụng chọn lọc đối với sự phát triển của vi sinh vật, tế bào ung thư ở ngay nồng độ thấp [7]. Các kháng sinh là một nhóm thuốc thiết yếu trong y học hiện đại. Nhờ các kháng sinh mà y học đã có thể loại bỏ được các bệnh nhiễm trùng. Ngoài ra, chất kháng sinh còn đóng vai trò rất quan trọng trong một số lĩnh vực khác như chăn nuôi, bảo quản thực phẩm,… và đặc biệt là trong bảo vệ thực vật.
Hiện nay cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin thì công nghệ sinh học cũng được coi là một trong những ngành hàng đầu thế giới. Trong đó phải kể đến công nghệ sinh học vi sinh sản xuất kháng sinh phục vụ đời sống con người đang có những phát triển vượt bậc. Từ những phương pháp sinh tổng hợp và bán tổng hợp thì công nghệ vi sinh tổng hợp kháng sinh tiếp tục khẳng định vai trò của mình. Cho đến nay đã phát hiện được 17.000 chất kháng sinh có nguồn gốc từ vi sinh vật và khoảng 30.000 chất kháng sinh bán tổng hợp, nhưng chỉ có 1-2% chất kháng sinh tổng số này là có đủ tiêu chuẩn sử dụng trong y học [21]. Trong số các vi sinh vật có khả năng sinh chất kháng sinh thì xạ khuẩn là nhóm có tiềm năng lớn chiếm tới 80% số chất kháng sinh đã được mô tả. Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh Streptomyces là một chi xạ khuẩn gồm nhiều loài có khả năng sinh tổng hợp kháng sinh đa dạng về cấu trúc và đặc điểm kháng khuẩn. Trong tương lai chắc chắn còn có nhiều chất kháng sinh khác nữa cũng sẽ được tìm ra vì đa số các vi sinh vật có khả năng tạo thành chất kháng sinh đã được nghiên cứu cho tới nay đều thuộc về các chi Streptomyces và Bacillus.
Tuy nhiên có một vấn đề gây lo âu đối với các nhà nghiên cứu đó là sự xuất hiện của các vi sinh vật kháng kháng sinh. Pseudomonas aeruginosa và Staphylococcus aureus là 2 trong số các vi khuẩn nguy hiểm nhất hiện nay. Chúng là nguyên nhân trực tiếp và gián tiếp của hàng loạt các bệnh nhiễm khuẩn: viêm phổi, viêm phế quản, nhiễm trùng tiết niệu, nhiễm trùng huyết, nhiễm khuẩn vết mổ… Đồng thời, tỷ lệ kháng kháng sinh của 2 chủng này ngày càng tăng cao. Sự xuất hiện ngày càng nhiều các vi khuẩn đa kháng thuốc và sự thiếu hụt các kháng sinh mới làm cho chúng ta đang phải đối mặt với “thời kì hậu kháng sinh”. Chính vì thế nhiệm vụ đặt ra cho ngành công nghiệp sản xuất chất kháng sinh là: một mặt cải biến các chất kháng sinh cũ để tránh tình trạng kháng thuốc, mặt khác phải thúc đẩy nghiên cứu để tìm ra các chất kháng sinh mới.
Thái Nguyên là một trong những vùng đất có nguồn vi sinh vật phong phú, đặc biệt có nhiều nhóm xạ khuẩn sinh chất kháng sinh. Xuất phát từ những yêu cầu thực tế trên, từ những chủng xạ khuẩn đã được phân lập ở Thái Nguyên, chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tách chiết và tìm hiểu tính chất của chất kháng sinh có nguồn gốc từ một số chủng xạ khuẩn phân lập ở Thái Nguyên”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Tìm dung môi thích hợp cho việc tách chiết chất kháng sinh từ hai chủng xạ khuẩn HT17.8 và HT28.
- Xác định một số tính chất của chất kháng sinh từ hai chủng HT17.8 và HT28.
3. Nội dung nghiên cứu
- Kiểm tra mức độ ổn định về HTKS của các chủng nghiên cứu.
- Xác định môi trường lên men kháng sinh thích hợp cho chủng HT17.8.
- Tách chiết chất kháng sinh từ sinh khối và dịch ngoại bào bằng các dung môi hữu cơ.
- Xác định khả năng bền trong pH của chất kháng sinh.
- Xác định khả năng bền với nhiệt độ của chất kháng sinh.
Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Đại cương về xạ khuẩn
1.1.1. Vị trí phân loại và sự phân bố của xạ khuẩn trong tự nhiên
Theo hệ thống phân loại hiện nay thì xạ khuẩn thuộc ngành Tenericutes (gồm vi khuẩn Gram dương và xạ khuẩn), thuộc giới vi khuẩn chuẩn (Eubacteria) và siêu giới nhân sơ (Procaryota).
Xạ khuẩn thuộc lớp Actinobacteria, bộ Actinomycetales, bao gồm 10 dưới bộ, 35 họ, 110 chi và 1000 loài trong đó có 478 loài đã được công bố thuộc chi Streptomyces và hơn 500 loài thuộc tất cả các chi còn lại và được xếp vào nhóm xạ khuẩn hiếm.
Xạ khuẩn phân bố rộng rãi trong tự nhiên như đất, nước, và trong các hợp chất hữu cơ có sẵn, thậm chí trong cả những cơ chất mà vi khuẩn và nấm không phát triển được. Nhưng chủ yếu phân bố nhiều ở trong đất. Xạ khuẩn có vai trò quan trọng trong tự nhiên, chúng tham gia vào các quá trình phân hủy, chuyển hóa các chất trong đất. Sự phân bố của xạ khuẩn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: độ ẩm, thành phần của đất, mức độ canh tác và thảm thực vật… Đất giàu hữu cơ, khoáng và lớp bề mặt có nhiều mùn thường có nhiều xạ khuẩn hơn. Xạ khuẩn sinh trưởng và phát triển tốt là 25- 280C, độ ẩm thích hợp đối với xạ khuẩn khoảng 40- 55%, pH trung tính hoặc kiềm yếu, axit yếu, giới hạn pH trong khoảng 6,8- 7,5. Ở những nơi có pH axit hoặc kiềm thường có rất ít xạ khuẩn, đặc biệt ở những nơi quá kiềm thì XK càng hiếm. Theo Waksman, trong 1gam đất có khoảng 29.000- 2.400.000 CFU xạ khuẩn, chiếm 9- 45% tổng số vi sinh vật [26].
Một trong những đặc tính quan trọng nhất của xạ khuẩn là khả năng hình thành chất kháng sinh. Theo nhiều nghiên cứu đã cho thấy có khoảng 60- 70% xạ khuẩn phân lập từ đất có khả năng này và chủ yếu thuộc chi Streptomyces [2, 6]. Trong số đó đã có rất nhiều chất kháng sinh đã và đang được sử dụng trong y học để điều tra các bệnh nhiễm trùng.
1.1.2. Đặc điểm hình thái của xạ khuẩn
Xạ khuẩn có hệ khuẩn ty rất phát triển giống như hệ sợi của nấm. Đường kính khuẩn ty thay đổi trong khoảng từ 0,2- 1,0 µm đến 2- 3 µm. Khuẩn ty của xạ khuẩn phân nhánh, không có vách ngăn và không bị đứt đoạn. Màu sắc của khuẩn ty rất phong phú, có thể gặp các màu: trắng, vàng, nâu, đỏ, lục, lam, tím,…
Khi nuôi cấy trên môi trường đặc, khuẩn ty của xạ khuẩn phát triển thành hai loại: Một loại cắm sâu vào môi trường để lấy nước và thức ăn gọi là khuẩn ty cơ chất với chức năng chủ yếu là dinh dưỡng. Một loại phát triển trên bề mặt thạch gọi là khuẩn ty khí sinh có chức năng chính là sinh sản. Người ta còn gọi khuẩn ty khí sinh là khuẩn ty thứ cấp để phân biệt với khuẩn ty sơ cấp là loại khuẩn ty bắt đầu phát triển từ các bào tử nảy mầm. Khuẩn ty khí sinh thường có dạng vôi, lông tơ hay bột mịn với rất nhiều màu sắc và hình dạng khác nhau, có loại màu lục, nâu, trắng, đen,… Ở đa số xạ khuẩn, khuẩn ty khí sinh phát triển theo hình phóng xạ tạo thành nhiều vòng tròn đồng tâm, vì thế loại vi sinh vật này có tên gọi là xạ khuẩn [5, 11].
Một số xạ khuẩn không có sợi khí sinh mà chỉ có sợi cơ chất, làm cho bề mặt xạ khuẩn nhẵn và khó tách ra khi cấy truyền. Loại chỉ có sợi khí sinh thì ngược lại, rất dễ tách toàn bộ khuẩn lạc khỏi môi trường [23].
Khuẩn lạc của xạ khuẩn rất đặc biệt, không trơn ướt như khuẩn lạc của vi khuẩn và nấm men mà thường chắc, xù xì có dạng thô ráp, dạng phấn hoặc vôi, không trong suốt, có các nếp tỏa ra theo hình phóng xạ. Khuẩn lạc xạ khuẩn có nhiều màu sắc khác nhau: đỏ, da cam, vàng, nâu, xám, trắng…
Kích thước khuẩn lạc thay đổi tùy loại xạ khuẩn và tuỳ vào điều kiện nuôi cấy, đường kính khuẩn lạc trung bình từ 0,5 – 2 mm [20]. Khuẩn lạc có ba lớp: Lớp vỏ ngoài có dạng sợi bện chặt, lớp trong tương đối xốp, lớp giữa có cấu trúc tổ ong. Khuẩn ty trong mỗi lớp có chức năng sinh học khác nhau. Các sản phẩm trong quá trình trao đổi chất như: chất kháng sinh, độc tố, enzym, vitamin, axit hữu cơ,… có thể được tích lũy trong sinh khối của tế bào xạ khuẩn hay được tiết ra trong môi trường lên men [8].
Tế bào xạ khuẩn có cấu tạo tương tự như tế bào vi khuẩn. Dưới kính hiển vi điện tử có thể thấy rõ các thành phần của tế bào: thành tế bào, màng nguyên sinh chất, tế bào chất, chất nhân và các hạt dự trữ.
Thành tế bào xạ khuẩn có dạng kết cấu lưới, dày khoảng 10 – 20 nm. Thành phần chủ yếu là peptidoglycan tạo nên một lớp vách tế bào tương đối vững chắc giúp duy trì khuẩn ty và bảo vệ tế bào. Đây là thành phần quan trọng để phân biệt với vi khuẩn Gram (-). Thành tế bào có cấu tạo gồm 3 lớp, lớp ngoài dày từ 60 – 120A0, lớp giữa rắn và chắc hơn dày khoảng 50A0, lớp trong dày khoảng 50A0. Thành tế bào cho phép các chất kháng sinh, axit amin, nhiều hợp chất khác kể cả những hợp chất có kích thước lớn như protein, dextran đi qua một cách dễ dàng. Bên cạnh đó thành tế bào còn cho phép các chất dinh dưỡng từ môi trường ngoài cũng được thẩm thấu có chọn lọc qua màng. Bên ngoài thành tế bào còn có lớp vỏ nhày (capsule) được cấu tạo từ polixacarit và thường rất mỏng, ở một số xạ khuẩn lớp vỏ nhày được tạo thành trong quá trình hình thành bào tử [8, 11].
Màng sinh chất có độ dày từ 7-9 nm được cấu tạo bởi 2 lớp photpholipit (PL), chiếm khoảng 30-40% khối lượng và các protein nằm phía trong, phía ngoài hay xuyên qua màng chiếm 60-70% khối lượng. Mỗi phân tử PL chứa một đầu tích điện phân cực (đầu photphat) và một đuôi không tích điện, không phân cực (đầu hidrocacbon). Đầu phân cực tan trong nước nằm phía trong. Đầu photphat còn gọi là đầu ưa nước còn đầu hidrocacbon còn gọi là đầu kị nước. Các PL trong màng làm màng hóa lỏng và cho phép các protein di động tự do. Sự hóa lỏng động học này là cần thiết cho các chức năng của màng. Cách sắp xếp của PL và protein như vậy gọi là mô hình khảm lỏng [5].
Tế bào chất của xạ khuẩn có chứa một số thành phần chủ yếu như meroxom, thể nhân, và các vật thể ẩn nhập gồm các hạt poliphotphat và polixacarit. Nhân của tế bào xạ khuẩn không có cấu trúc điển hình, chỉ là những NST không có màng. Khi còn non, toàn bộ tế bào chỉ có 1 NST sau đó thành những hạt rải rác trong toàn bộ hệ khuẩn ty [23].
Xạ khuẩn sinh sản bằng bào tử. Bào tử được hình thành trên sợi khuẩn ty khí sinh chuyên hóa gọi là cuống sinh bào tử. Cuống sinh bào tử của xạ khuẩn có nhiều loại hình dáng và kích thước khác nhau: Thẳng, lượn sóng, xoắn, mọc đơn, mọc vòng. Cuống sinh bào tử của xạ khuẩn là một trong những đặc điểm rất quan trọng để phân loại xạ khuẩn. Hình dạng của bào tử xạ khuẩn rất khác nhau, có thể gặp các dạng hình tròn, hình ô van, hình que, hình trụ,… Trên mỗi cuống sinh bào tử thường mang từ 30 – 100 bào tử có khi nhiều hơn, hoặc chỉ mang 1 – 2 bào tử.
Bề mặt của bào tử xạ khuẩn có dạng trơn nhẵn, xù xì, có vẩy, có gai, có lông. Nhìn chung trong cùng một loài, hình dạng bảo tử xạ khuẩn tương đối ổn định. Vì vậy có thể xem đây là một trong những đặc điểm quan trọng để phân loại xạ khuẩn.
1.2. Đại cương về chất kháng sinh
1.2.1. Lược sử nghiên cứu chất kháng sinh
Chất kháng sinh, theo khái niệm cũ là bất kì sản phẩm vi sinh nào mà ngay ở nồng độ thấp (µm/ml) cũng có thể ức chế hoặc tiêu diệt các vi sinh vật khác (vi khuẩn, nấm men, nấm mốc…) một cách chọn lọc [25]. Thuật ngữ antibiotic bắt nguồn từ chữ Hy Lạp: “anti” là kháng lại, còn “bios” là sự sống. Tuy nhiên, thuật ngữ này đã không phản ánh đúng tính chất của chất kháng sinh. Đã có rất nhiều định nghĩa khác nhau về chất kháng sinh. Theo Waksman, chất kháng sinh là các chất hóa học do vi sinh vật sinh ra, có khả năng ức chế hoặc phân hủy các tế bào vi khuẩn và các vi sinh vật khác. Ngày nay, chất kháng sinh được coi là những chất đặc hiệu do sinh vật sinh ra trong quá trình sống mà ngay ở nồng độ thấp cũng có khả năng ức chế hoặc tiêu diệt các vi sinh vật khác một cách có chọn lọc. Tuy nhiên, hiện nay do việc sử dụng các hợp chất quinolon – là các hợp chất hóa học không có nguồn gốc từ vi sinh vật để điều trị các bệnh nhiễm khuẩn đã mở rộng định nghĩa về chất kháng sinh trong y học hiện đại. Các chất kháng sinh không chỉ bao gồm các chất có nguồn gốc từ vi sinh vật mà còn bao gồm cả các chất kháng sinh bán tổng hợp hay tổng hợp toàn phần.
Năm 1928, Alexander Fleming (1881 – 1955) phát hiện ra penixillin – một chất kháng sinh có nguồn gốc từ nấm Penicillium có khả năng ức chế sự phát triển của tụ cầu vàng – Staphylococcus aureus. Nhưng phải hơn 10 năm sau, vào năm 1940, một nhóm các nhà khoa học mới tách chiết thành công được chế phẩm Penicillin. Kể từ đó, Penicillin mới chính thức được dùng làm thuốc đi chữa bệnh cho người, đẩy lùi được nhiều bệnh nhiễm trùng nguy hiểm. Đây là một trong những thành tựu vĩ đại nhất của thế kỷ XX.
Cùng với việc phát hiện ra Penicillin, thập kỷ 40, 50 của thế kỷ XX cũng ghi nhận những bước tiến vượt bậc trong việc khám phá ra hàng loạt chất kháng sinh mới có giá trị trong y học như Streptomycin (Waksman, 1940), Cloramphenicol (Erhlich, 1947), Chlotetraxyclin (Dugar, 1948),…
Tốc độ tìm kiếm các chất kháng sinh ngày càng được đẩy mạnh. Nhiều Trung tâm nghiên cứu khoa học về y học, dược phẩm và nông nghiệp tại nhiều nước trên thế giới vẫn liên tục phát hiện được hàng loạt các chất kháng sinh mới có giá trị ứng dụng trong thực tiễn. Năm 1945 phát hiện được 30 CKS, năm 1949 con số này là 150 CKS, năm 1953 xấp xỉ 450 CKS, năm 1980 có 5.500 chất và đến nay số lượng chất kháng sinh được phát hiện lên tới 17.000 chất và khoảng 30.000 chất kháng sinh bán tổng hợp [8,16]. Tuy nhiên, trong số đó chỉ có 1- 2% chất kháng sinh là có đủ tiêu chuẩn để được sử dụng trong y học.
Ở Việt Nam, người đầu tiên nghiên cứu chất kháng sinh là GS. Đặng Văn Ngữ. Ông đã lấy dịch nuôi cấy nấm Penicillium và xạ khuẩn Streptomyces griseus để rửa các vết thương cho thương binh trong chiến dịch Đông Xuân 1951 – 1952.
Tiếp theo, năm 1968, một đơn vị nghiên cứu về chất kháng sinh ở trường Đại học Dược Khoa Hà Nội đã được thành lập do GS. Trương Công Quyền phụ trách. Tại đây đã phân lập được hàng nghìn chủng xạ khuẩn từ các mẫu đất khác nhau. Đáng chú ý là đã tuyển chọn được một chủng thuộc nhóm Hồng có khả năng chống vi khuẩn gram âm, có hiệu quả tốt đối với vi khuẩn gây bệnh mủ xanh (Pseudomonas aeruginosa). Kháng sinh này lấy tên là Dekamycin và sau này được xác định là Neomycin.
Từ năm 1974, tại Viện Khoa học Việt Nam (nay là Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã có một nhóm nghiên cứu về chất kháng sinh. Nhiều chủng vi sinh vật sinh chất kháng sinh có hoạt tính mạnh đã được ứng dụng trong bảo vệ thực vật. Một số chế phẩm kháng sinh như: tetravit, biovit, baxitraxin,… đã được sản xuất và đưa vào sử dụng trong chăn nuôi.
Năm 2004, Tổng công ty Hóa chất và Tổng công ty Dược đã có dự án hợp tác xây dựng nhà máy sản xuất cephalosporin nguyên liệu với công suất 300 tấn/năm (thay thế dự án xây dựng nhà máy sản xuất penixilin nguyên liệu 1000 tấn/năm) [18].
1.2.2. Đặc tính chung của các chất kháng sinh
Chất kháng sinh do vi sinh vật sinh ra nên có đặc tính trước hết là chống vi khuẩn. Có loại kháng sinh được vi sinh vật tiết ra môi trường xung quanh như Penicillin, Streptomycin, Tetracyclin, loại khác lại được tích lũy ở trong tế bào vi sinh vật và chỉ được giải phóng ra sau khi phá vỡ tế bào như Gramycidin, Prodigiozin.
Các chất kháng sinh rất đa dạng về thành phần hóa học, chúng có thể có cấu tạo mạch vòng, dị vòng, vòng thơm, có thể là axit, kiềm, polypeptit. Nghiên cứu bản chất hóa học của chất kháng sinh là rất cần thiết vì có thể hiểu rõ được cơ chế tác dụng của chất kháng sinh, biết được con đường tổng hợp chúng.
Khi ở điều kiện phát triển tối ưu thì các chủng vi sinh vật tích lũy chất kháng sinh là cực đại. Như vậy, trong công nghiệp sản xuất chất kháng sinh, muốn tạo được nhiều sản phẩm thì phải tạo môi trường tối ưu.
Các chất kháng sinh khác nhau có tính chất lý hóa khác nhau, như: độ hòa tan trong dung môi, khả năng bền vững với axit, kiềm, nhiệt độ,… Nghiên cứu những tính chất này có ý nghĩa trong việc xác định được phương pháp tách chiết, cô đặc, tinh sạch các chất kháng sinh. Độ hòa tan của các chất kháng sinh rất khác nhau trong các dung môi, có loại hòa tan tốt trong nước, trong cồn, trong dung môi lipit, có loại chỉ hòa tan trong một số dung môi nhất định.
Khả năng bền vững với nhiệt độ của các chất kháng sinh cũng rất khác nhau, có loại bị phân hủy nhanh ở nhiệt độ phòng như penicillin. Nhưng cũng có loại rất bền với nhiệt độ, ở 600C thậm chí 1000C vẫn không bị mất hoạt tính như streptomixin, tetracyclin, chloramphenicol. Tính chất này được ứng dụng trong sản xuất các chất kháng sinh.
Các chất kháng sinh hòa tan trong huyết thanh và trong dịch mô mà vẫn không bị mất hoạt tính. Đặc tính này của chất kháng sinh rất có ý nghĩa trong y học.
Độ độc của chất kháng sinh đối với cơ thể bậc cao cũng rất khác nhau. Đa số các chất kháng sinh từ vi sinh vật thì ngoài tính kháng khuẩn còn gây độc cho cơ thể bậc cao. Ví dụ: chloramphenicol dùng nhiều và lâu sẽ gây suy tủy, tetracyclin dùng nhiều và lâu sẽ gây ảnh hưởng đến gan. Một số chất kháng sinh khác có độ độc trung bình, cho nên chỉ được dùng để điều trị các vết thương tại chỗ.
Một trong những đặc tính nổi bật của chất kháng sinh là có tác động chọn lọc đối với vi sinh vật. Vì vậy không thể có chất kháng sinh nào có thể tác động lên tất cả các vi sinh vật.
1.2.3. Cơ chế tác động của chất kháng sinh
Cơ chế tác động của chất kháng sinh là những cách thức mà chất kháng sinh tác động lên các vị trí đích khác nhau trong tế bào qua đó ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của vi sinh vật. Cơ chế tác động của chất kháng sinh phụ thuộc vào bản chất hóa học và nồng độ của chất kháng sinh. Không thể có một cơ chế chung cho sự tác động của chất kháng sinh lên tế bào vi sinh vật. Nhìn chung cơ chế tác động của chất kháng sinh được biểu hiện theo các hướng cơ bản sau:
* Ức chế tổng hợp thành tế bào
Thành tế bào được cấu trúc chủ yếu bởi thành phần peptidoglycan (PG), có chức năng giữ hình dạng đặc trưng cho tế bào, bảo vệ cho tế bào khỏi vỡ dưới áp lực thẩm thấu cao ở bên trong tế bào. PG là một đại phân tử cấu tạo bởi các chuỗi polisaccarit bao gồm các đơn phân là hai loại dẫn xuất của glucoza nằm xen kẽ nhau và lặp lại một cách liên tục (NAG – NAM). Để có thể sinh trưởng và phân chia, tế bào phải tổng hợp các đơn vị PG mới và vận chuyển nó tới đúng vị trí sinh trưởng của thành tế bào. Phần lớn các tác nhân kháng khuẩn thông thường đều hoạt động dựa trên sự ức chế quá trình hình thành liên kết chéo giữa các tetrapeptit của tiểu phần NAM. Nổi bật nhất giữa các chất này là các kháng sinh ß-lactam mà đại diện là penixillin và cephalosporin. Đây là các chất có vùng chức năng là các vòng ß-lactam. Các kháng sinh ß-lactam ức chế sự hình thành PG mới bằng cách gắn với transpeptidaza là enzym cần thiết cho sự hình thành liên kết chéo giữa các chuỗi PG, kìm hãm hoạt tính của enzym này và làm gián đoạn sự tổng hợp thành tế bào của vi khuẩn. Các penixillin không thấm qua được màng ngoài của vi khuẩn Gr (-) nên hiệu quả chống các vi khuẩn này rất thấp. Tuy nhiên các penixillin và cephalosporin phổ rộng hoặc bán tổng hợp có thể vượt qua màng ngoài vi khuẩn Gr (-).
Một số chất kháng sinh khác như vancomycin ức chế sự hình thành thành tế bào theo cách cản trở trực tiếp đến sự hình thành cầu D-alanin-D-alanin liên kết tiểu phần NAM của các vi khuẩn Gr (+).
* Phá hủy màng sinh chất
Thuộc nhóm này bao gồm có các kháng sinh: colistin, polymyxin, amphotericin. Các kháng sinh này phá hủy màng sinh chất bằng cách gắn với ergosterol hay cholesterol là thành phần của màng sinh chất, tạo nên các lỗ trên màng và làm thất thoát nội chất ra ngoài dẫn tới gây chết tế bào. Màng sinh chất của hầu hết vi khuẩn không có sterol nên chúng có khả năng đề kháng với amphoterixin B. Tuy nhiên chúng có thể bị phá hủy bởi polymixin. Kháng sinh này gắn vào thành phần photpholipit màng, làm thay đổi cấu trúc màng, dẫn tới làm rò rỉ một số chất của tế bào [7].
Ức chế quá trình sinh tổng hợp protein
Thuộc nhóm này có khoảng gần 70 chất kháng sinh đã được nghiên
cứu. Trong số đó có: streptomycin. gentamycin, neomycin, các tetracyclin, cloramphenicol, erythromycin,… Các kháng sinh nhóm aminoglycoside gắn vào tiểu phần 30s của riboxom làm biến dạng tiểu phần này và gây ra quá trình dịch mã không chính xác dẫn đến tổng hợp nên những protein bất thường. Các kháng sinh nhóm tetracyclin gắn vào tiểu phần 30s ngăn cản sự gắn các axit amin vào chuỗi polypeptit đang được kéo dài. Chloramphenicol gắn với tiểu phần 50s của ribosom ức chế enzim peptidyltransferase, ngăn cản việc gắn kết các axit amin mới vào chuỗi peptit mới. Các kháng sinh nhóm macrolide gắn với tiểu phần 50s của ribosom, ngăn cản sự dịch chuyển của ribosom từ codon này tới codon kế tiếp, kết qu