Chitin, poly-β-1,4-N-acetylglucosamine (GlcNAc), là polyme sinh học tự nhiên dồi dào thứ hai trong tự nhiên, chỉ sau xenlulozơ. Chitin tồn tại trong vỏ ngoài của côn trùng, tôm, cua, nấm, động vật giáp xác, tuyến trùng, và nhiều loài sinh vật khác. Chitinase (EC 3.2.1.14) là enzyme xúc tác quá trình thủy phân liên kết glycosid trong chitin. Những enzyme này tồn tại ở nhiều sinh vật, bao gồm vi khuẩn, nấm, côn trùng, thực vật và động vật. Hầu hết các chitinase đã biết thuộc họ 18 và 19 dựa trên các axit amin trong miền xúc tác của chúng, bên cạnh đó cũng có một số ít chitinase thuộc họ 23 và 48.
Thạc sĩ Đỗ Văn Chung, hiện đang là nghiên cứu viên tại VIỆN KHOA HỌC KỸ THUẬT NÔNG LÂM NGHIỆP TÂY NGUYÊN đã tới Trường Đại học Đông Á, cơ sở Đăk Lăk, để giới thiệu phương pháp sinh học này cho sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm và Nông nghiệp. Ông Chung nhấn mạnh rằng phương pháp này có nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp truyền thống và phù hợp với xu hướng phát triển nông nghiệp bền vững hiện nay.
Hình 1. Sinh viên khoa Thực phẩm tặng hoa cho diễn giả- ThS. Đỗ Văn Chung
Nghiên cứu đã chứng minh rằng chitinase của vi khuẩn có thể ức chế sự phát triển của sợi nấm gây bệnh thực vật. Các nghiên cứu trước đây còn tiết lộ rằng chitinase của vi khuẩn có hoạt tính ức chế sự nở trứng của tuyến trùng bằng cách phân hủy chitin trong vỏ trứng tuyến trùng. Do đó, vi khuẩn phân giải chitin và chitinase có tiềm năng phát triển thành các giải pháp thân thiện với môi trường trong sản xuất cây trồng, thay thế hoặc giảm việc sử dụng các chất hóa học trong kiểm soát nấm và tuyến trùng ký sinh thực vật.
Bacillus velezensis là một loại vi khuẩn có khả năng kiểm soát sinh học nổi tiếng và đã được áp dụng rộng rãi trong canh tác nông nghiệp. Phân tích dựa trên bộ gen của loài này trong cơ sở dữ liệu CAZy (www.cazy.org/bB.html) tiết lộ rằng B. velezensis sở hữu một số họ 18 chitinase và các enzyme phụ trợ AA10. Tuy nhiên, những enzyme này vẫn chưa được nghiên cứu thực nghiệm chi tiết.
Trong nghiên cứu trước đây của chúng tôi, chúng tôi đã phân lập được vi khuẩn rhizobacter B. velezensis RB.IBE29 từ vùng rễ cây Hồ tiêu trồng ở Tây Nguyên Việt Nam. Các thử nghiệm dưới điều kiện in vitro, nhà kính và đồng ruộng cho thấy chủng RB.IBE29 có hoạt tính chitinase cao và ức chế sự phát triển sợi nấm của Phytophthora sp., nguyên nhân chính gây bệnh héo và chết cây Hồ tiêu. Sử dụng B. velezensis RB.IBE29 là một giải pháp tốt cho sản xuất Hồ tiêu bền vững.
Hình 2. Cây Hồ tiêu tại Tây Nguyên (Nguồn: https://traceverified.com/)
Chúng tôi đã xác định được hệ thống chitinase từ chủng này, bao gồm hai họ 18 chitinase, chitinase A và B, và protein AA10. Phân tích dựa trên cấu trúc miền và amino axit tiết lộ hệ thống chitinase của B. velezensis RB.IBE29 có tính mới so với các hệ thống chitinase vi khuẩn đã biết. Chitinase B đã được biểu hiện thành công ở Escherichia coli.
Ngoài bệnh do Fusarium gây ra, tuyến trùng gây u sưng rễ Meloidogyne spp. cũng là nguyên nhân chính gây bệnh suy giảm. Trứng của Meloidogyne spp. được phân lập từ rễ cây bệnh hạt tiêu đen và ủ với dung dịch chứa khoảng 50 quả trứng và 20 µg rBvChiA tinh khiết ở 26°C trong 3 ngày để đánh giá hoạt động chống tuyến trùng. Kết quả cho thấy rBvChiA có khả năng ức chế sự nở trứng của tuyến trùng, mở ra tiềm năng ứng dụng chitinase trong kiểm soát tuyến trùng ký sinh thực vật.
Phương pháp sinh học sử dụng Bacillus velezensis và chitinase có nhiều ưu điểm so với các phương pháp cơ học, vật lý và hóa học truyền thống, bao gồm tính hiệu quả, chi phí thấp và thân thiện với môi trường. Ngoài ra, công nghệ nano xanh như nano chitosan và nano neem oil cũng được giới thiệu như là giải pháp tiềm năng trong bảo vệ thực vật.
Tóm lại, việc ứng dụng chitinase từ Bacillus velezensis trong nông nghiệp không chỉ mang lại giải pháp bền vững và hiệu quả trong kiểm soát bệnh hại thực vật, mà còn góp phần bảo vệ môi trường và tăng cường sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp.