Vi khuẩn được tìm thấy ở môi trường sống khắc nghiệt trong hạt chanh dây

Các vi sinh vật nội sinh thực vật, đặc biệt là những vi sinh vật phát triển bên trong hạt, có thể tồn tại các hợp chất kháng khuẩn và đã thu hút được sự chú ý vì hoạt động xúc tác sinh học tiềm năng của chúng. Gần đây, các nhà nghiên cứu đã phân lập thành công một số chủng vi khuẩn nội sinh có chứa nồng độ cao của chất kháng khuẩn resveratrol và piceatannol bên trong hạt chanh dây và được truyền sang cây con thế hệ sau. Một trong số những loài vi khuẩn này có khả năng chuyển đổi resveratrol và piceatannol thành các dẫn xuất tương ứng của chúng. Những phát hiện này sẽ thúc đẩy đáng kể trong các nghiên cứu nội sinh và chất xúc tác sinh học.

Tương tự như các vi sinh vật sinh sống trong đường ruột của con người, bên trong thực vật cũng có thể là nơi trú ẩn của vi sinh vật. Vi sinh vật cư trú bên trong rễ, thân, lá, quả, thậm chí cả hạt và phát triển mối quan hệ với vật chủ của chúng, những vi sinh vật 'nội sinh' này không nhất thiết phải gây hại cho cây trồng. Thay vào đó, chúng thường có lợi trong việc nảy mầm, tăng trưởng và bảo vệ. Tuy nhiên,  thực vật cũng chứa nhiều "chất chuyển hóa thứ cấp", là các hợp chất hoạt tính sinh học tự nhiên có đặc tính kháng khuẩn mạnh, khiến môi trường này thường trở nên khắc nghiệt đối với vi sinh vật.

Và hiện tại, lần đầu tiên một nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Toshiki Furuya, Phó Giáo sư tại Khoa Khoa học Sinh học Ứng dụng, Đại học Khoa học Tokyo, Nhật Bản, đã thành công trong việc phân lập vi khuẩn từ hạt của cây chanh dây (Passiflora edulis) . Nghiên cứu của họ cũng khám phá cơ chế tồn tại của những vi khuẩn này bên trong hạt và đã được công bố trên tạp chí MicrobiologyOpen.

Trong nghiên cứu của mình, các nhà khoa học tập trung vào hạt của P. edulis. Hạt của loại quả này chứa các chất chuyển hóa thứ cấp có đặc tính kháng khuẩn mạnh, chẳng hạn như resveratrol và piceatannol có nồng độ ở mức cao lên đến 2,2 mg/g. Tiến sĩ Furuya đã cho biết lý do chọn hạt chanh dây cho nghiên cứu: "Nồng độ piceatannol đặc biệt cao giúp bảo vệ hạt P. edulis khỏi vi sinh vật. Chúng tôi nghĩ sẽ rất thú vị khi biết liệu có vi sinh vật nội sinh nào có thể sống sót trong môi trường khắc nghiệt này hay không, và nếu có, thì bằng cách nào". Các báo cáo trước đó cho thấy vi sinh vật nội sinh có khả năng tồn tại trong môi trường giàu các hợp chất hoạt tính sinh học sở hữu các hoạt động xúc tác sinh học liên quan đến sự trao đổi chất của các hợp chất này. Thực tế thì tiềm năng xúc tác sinh học của các hợp chất này có thể được khai thác cho các mục đích điều trị, vì vậy, các nhà khoa học càng mong muốn khám phá sự hiện diện của các vi khuẩn nội sinh.

Các nhà khoa học đã thu thập và khử trùng bề mặt hạt của P. edulis trước khi cắt hoặc nghiền nhỏ và đặt chúng trên môi trường thạch đĩa để kiểm tra sự phát triển của vi sinh vật. Mặc dù không có khuẩn lạc vi sinh vật nào xuất hiện từ hạt đã cắt hoặc đã đồng nhất, nhưng điều thú vị là những cây con mọc lên từ hạt đã cắt, khi tiếp xúc với môi trường tăng trưởng, đã có xuất hiện các khuẩn lạc vi sinh vật. Sau đó, các nhà khoa học thực hiện giải trình tự để xác định vi khuẩn xuất hiện trên đĩa thạch.

Những phát hiện này rất đáng chú ý. Từ các cây con, các nhà khoa học đã phân lập được 19 chủng, trong đó có 3 chủng vi khuẩn thuộc các chi khác nhau chưa được báo cáo trước đây. Họ đưa ra giả thuyết rằng bên trong hạt, piceatannol có tác dụng kìm khuẩn (hoặc "ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn") hơn là diệt khuẩn (hoặc "tiêu diệt vi khuẩn") đối với vi khuẩn sinh sống trong hạt. Bà Aoi Ishida, đồng tác giả của nghiên cứu giải thích: "Do sự hiện diện của nồng độ piceatannol cao, sự phát triển của vi khuẩn đã bị ức chế bên trong hạt, nhưng khi được truyền sang cây con thế hệ sau trong quá trình nảy mầm, sự tác động của piceatannol đến vi khuẩn đã giảm bớt và do đó vi khuẩn có thể phát triển trở lại". Các nhà khoa học cũng tìm thấy một trong số những vi khuẩn này, thì Brevibacterium sp. PE28-2, có khả năng chuyển đổi resveratrol và piceatannol thành các dẫn xuất tương ứng của chúng. Đây là endophyte đầu tiên có hoạt động này.

Tiến sĩ Furuya và bà Ishida rất hy vọng phương pháp được thiết lập trong nghiên cứu này sẽ có hiệu quả trong việc phân lập một số vi khuẩn nội sinh hữu ích từ nhiều loại thực vật khác nhau. Hơn nữa, xem xét trọng tâm hiện tại là các kỹ thuật sinh học phân tử mới với các ứng dụng đa dạng, kết quả của nghiên cứu này sẽ thúc đẩy các nghiên cứu về vi khuẩn nội sinh hạt.

Theo: Aoi Ishida, Toshiki Furuya. Diversity and characteristics of culturable endophytic bacteria from Passiflora edulis seeds. MicrobiologyOpen, 2021; 10 (4) DOI: 10.1002/mbo3.1226