Ô nhiễm các hợp chất khó phân hủy (POPs) trong đó có dioxin và các chất chứa clo và không chứa clo khác đã và đang trở thành một vấn nạn khiến tăng trưởng kinh tế không bền vững với hậu quả ô nhiễm các vật liệu cơ bản (đất, sinh khối, khoáng chất) xảy ra nhiều hơn và các sản phẩm thứ cấp (chất hóa học, polymer, khoáng, thức ăn chăn nuôi, thực phẩm v.v...). Việc khai thác những nguồn gen, enzyme và đa dạng quần xã VSV có khả năng sinh tổng hợp ra các enzyme, các chất xúc tác tham gia phân hủy chất ô nhiễm từ các khu vực ô nhiễm sẽ góp phần tạo nên sự thay đổi mang tính lịch sử để giải quyết các vấn đề về kiểm soát ô nhiễm trong đất, nước, thực phẩm và góp phần vào việc tiền xử lý sinh khối tái tạo để phát triển kinh tế nền tảng sinh học (KTSH) trong tương lai thông qua công nghệ cao dựa vào thực trạng của Việt Nam.

Cho đến nay, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã thành công trong xử lý khử độc chất diệt cỏ/dioxin với qui mô pilot ở sân bay Đà Nẵng và quy mô hiện trường ở sân bay Biên Hòa (qui mô 3384m3). Công cụ mới là metagenomic kết hợp với các kỹ thuật sinh học phân tử mới khác có thể làm sáng tỏ các cơ chế phân hủy, chuyển hóa và khoáng hóa được hỗn hợp dioxin và các chất vòng thơm khác giúp chúng ta kiểm soát được ô nhiễm một cách hiệu quả. Đích cuối cùng là hiệu suất loại bỏ các chất ô nhiễm sẽ tăng và kéo theo giảm chi phí và an toàn cho cộng đồng. Xuất phát từ thực tiễn đó nhóm tác giả với Chủ nhiệm đề tài PGS. TS. Đặng Thị Cẩm Hà thực hiện đề tài “Nghiên cứu metagenome của vi sinh vật vùng đất ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin nhằm tìm kiếm các gen, enzyme mới có khả năng phân hủy dioxin”, Cơ quan chủ trì là Viện Công nghệ sinh học.

Trong những năm trở lại đây, metagenomic đã tạo nên những tiến bộ vượt bậc trong sinh thái học, tiến hóa và đa dạng vi sinh vật. Đây là định hướng mới, quan trọng và trở thành chiến lược trong phát triển kinh tế bền vững, an ninh quốc phòng, bảo vệ sức khỏe và môi trường trên thế giới hiện nay. Metagenomics là công cụ mới, tổ hợp của rất nhiều kỹ thuật sinh học kết hợp tin sinh học để phân tích, sàng lọc, xây dựng thư viện metagenomics, quản lý và khai thác cho các mục tiêu phát triển kinh tế, bảo vệ môi trường từ nguồn DNA, RNA được tách chiết thẳng từ môi trường tự nhiên, cơ thể người, động thực vật không thông qua nuôi cấy.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau: 

- Đã hoàn thành việc tách chiết được DNA đủ số lượng và chất lượng để giải được trình tự bằng HigSeq 2500 của 8 mẫu; phân tích, so sánh và đánh giá xong các dữ liệu của metagenome bằng các công cụ tin sinh học mà đề tài tiếp cận được; 

- DNA metagenome của 8 mẫu nghiên cứu có kích thước lớn với sự chênh lệchØ rất cao giữa các mẫu theo thứ tự là H3> BHR> C> AL1> BV> AL2>MD2>MD1 

- Proteobacteria là ngành đa dạng nhất trong cả 3 metagenome (H3, BHR và C), Actinobacteria đứng thứ 2 ở cả đất ô nhiễm nặng mẫu C và mẫu làm giàu H3 và đa dạng đứng thứ 3 ở trong metagenome của đất đã được khử độc BHR. Bacteroidetes và Firmicutes được tìm thấy với số lượng đáng kể trong BHR và H3. Chloroflexi và Acidobacter cũng đóng góp hơn 2% trong metagenome BHR. 

- Lớp chiếm ưu thế nhất trong metagenome của các mẫu ô nhiễm chất diệt cỏ dioxin nặng là Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, và Actinobacteria. Gammaproteobacteria chiếm vị trí chủ đạo trong đất ô nhiễm (51.55%), tiếp theo là Betaproteobacteria (25.67%), Actinobacteria (11.96%), và Alphaproteobacteria (7.55%); 

- Các chi khị khí bắt buộc chiếm ưu thế trong BHR là Bacteroides, Anaeromyxobacter (kị khí bắt buộc), Pseudomonas (hiếu khí tùy tiện) và Xanthomonas; 

- Ở các mẫu liên quan đến rừng sau khu phun rải và rừng bị ô nhiễm không phải do chiến tranh (AL1, AL2, MD1, MD2 và BV) các kích thước của các trình tự thu được nhỏ hơn nhiều lần so với nhón mẫu nhiễm dioxin. Ở metagenome của AL1 và BV các gen thu được lớn hơn so với 3 mẫu còn lại có thể vì có độ độc cao hơn AL2 và MD1, MD2. Ngành chiếm ưu thế nhất của các mẫu rừng là Proteobacteria, chiếm trung bình 42.32%, tiếp theo là Acidobacteria (23,26%), và Actinobacteria (14,12%); 

- Phân tích đến loài với 3 chi đại diện của quần xã vi khuẩn thì 2 chi kỵ khí bắt buộc có số lượng loài phát hiện được cao và có sự chênh lệch lớn, ở Anaeromyxobacter chỉ có 3, ngược lại Bacteroides có tới 36 loài. Còn ở vi sinh vật hiếu khí như Burkhodaria có 23 loài, nhưng ở xạ khuẩn Streptomyces có tới 33 loài, đối với vi khuẩn hiếu khí tùy tiện như Pseudomonas và Bacillus có lần lượt 15 loài và 25 loài;

- Các chi được nghiên cứu rất nhiều và đã chứng minh có khả năng phân hủy dioxin và hàng loạt các chất đa vòng thơm khác như Sphingomonas chỉ có 3 loài, còn chi Dehaococcoides, chỉ có 1 loài (chiếm tỷ lệ rất thấp trong metagenome) phát hiện được 5 chủng;

- Một số chi có các đại diện đã được chứng minh có khả năng phân huỷ chất diệt cỏ/ dioxin trong đó có đồng loại như 2,3,7.8-TCDD cũng đã phát hiện thấy với số lượng khác nhau như Pseudomonas, Mycobacterium, Streptomyces, Bacillus, Ralstonia, Achromobacter, Dehalococcoides, Sphingomonas, các vi khuẩn khử sulphate v.v...;

- Đã phân lập và định danh được hơn 30 chủng vi sinh vật mới thuần khiết về mặt sinh học (trước đó chưa có công bố nào đề cập đến các loài này có khả năng sinh laccase, laccase-like, trưởng hay phân hủy dioxin, đặc biệt là 2,3,7,8-TCDD và chất diệt cỏ có tổng độ độc ở mức độ trung bình, cao và rất cao;

- Đã phát hiện tới 125 gen laccase và 93 là gen mới từ trong 6 metagenome của nhiều đại diện vi khuẩn mà từ trước tới nay chưa được công bố; Số lượng gen laccase cao nhất ở metagenome của H3. Ngay cả ở đất ô nhiễm nặng (mẫu C) số lượng gen laccase cũng khá cao trong đất có pH kiềm nhẹ;

- Đã tạo được chủng laccase tái tổ hợp từ một trong các gen trên, chủng tái tổ hợp đã được biểu hiện ở dạng vùi không có hoạt tính;

- Đã phân lập và định danh được chủng FBV40 từ rừng Ba Vì sinh tổng hợp laccase với hoạt tính107.708 U/L sau 8 ngày nuôi cấy. Đã tinh sạch được enzyme laccase gồm 2 isozyme Lac1 và La2 có trọng lượng phân tử (55 và 60 kDa) và các đặc tính enzyme riêng khác nhau với hiệu suất hơn 98%. Lac1 có hoạt độ là 1.016 U/mg protein gấp 25 lần so với protein laccase thô; Các đặc tính riêng của Lac1 tinh sạch có nhiệt độ hoạt động là 30-70^oC và tối ưu ở 60^oC, pH từ 1- 6 và tối ưu ở pH3, cơ chất lần lượt là ABTS và 2, 6-DMP ở pH3, Giá trị hằng số động học (Km) oxy hóa ABTS của Lac 1 là 0,3 µM và tốc độ oxy hóa cơ chất Vmax là 200.000 µM/phút. Ion làm tăng hoạttính lần lượt là Cu2+> Ca2+ còn các ion ức chế Lac1lần lượt là Fe2+> Mg2+> Ni2+>Co2+ >Mn2+ ở khoảng nồng độ từ 0,5-5mM;

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 16334/2019) tại Cục Thông tin KH&CN Quốc gia.

Đ.T.V (NASATI)