Tình hình nghiên cứu và sản xuất Coenzyme Q10 từ vi sinh vật

CoQ10 là một coenzyme quan trọng trong chuỗi vận chuyển điện tử trên màng tế bào sinh vật nhân sơ và trên màng ty thể của tế bào sinh vật nhân thực được tạo thành từ sự liên kết của vòng benzoquinone với một chuỗi isoprenoid kỵ nước. Coenzyme Q10 có vai trò quan trọng trong quá trình sinh tổng hợp ATP và là một chất chống oxy hóa mạnh. Do đó, CoQ10 đã được sử dụng nhiều làm thực phẩm chức năng; ứng dụng trong y tế nhằm ngăn ngừa, điều trị nhiều bệnh về tim mạch, tiểu đường, Parkinson, ung thư, tăng hệ thống miễn dịch, giảm huyết áp,... và bổ sung vào mỹ phẩm như một chất chống oxy hóa, chống lão hóa. Với nhiều ứng dụng có lợi như vậy nên nhu cầu về CoQ10 ngày một tăng lên. Để đáp ứng nhu cầu đó đã có nhiều giải pháp được đưa ra như tổng hợp hóa học, bán tổng hợp và công nghệ sinh học [1].

Do CoQ10 có cấu trúc phức tạp nên hiện nay CoQ10 được sản xuất chủ yếu bằng con đường sinh học nhờ vi khuẩn như A. tumefaciens, P. denitrificans, Cryptococcus laurentii, Tricosporon sp., Sporobolomyces salmonicolor, Rhodobacter sphaeroides,... Để nâng cao hiệu quả sản xuất CoQ10, nhiều nghiên cứu trên thế giới đã tập trung vào tối ưu hóa quá trình lên men chủng tự nhiên hoặc cải biến chủng từ những năm 1993. Việc cải biến chủng được thực hiện bằng cách gây đột biến ngẫu nhiên hoặc tạo chủng tái tổ hợp. Mặc dù các chủng đột biến có khả năng tổng hợp CoQ10 tăng, tuy nhiên các chủng này khó có thể cải biến để tăng thêm hiệu suất. Hiện nay nhiều nghiên cứu đã và đang tập trung vào việc tạo chủng E. coli tái tổ hợp mang gen mã hóa một số enzyme quan trọng của con đường sinh tổng hợp CoQ10 như dxs, dps. Tuy nhiên, khả năng tổng hợp CoQ10 còn thấp so với các chủng đột biến. Ngoài ra, các chủng E. coli tái tổ hợp không chỉ tổng hợp CoQ10 mà còn tổng hợp cả CoQ8 và CoQ9. Đây là điều bất lợi đặc biệt là khi sản xuất ở quy mô công nghiệp vì cần rất nhiều bước tinh sạch và hoàn thiện sản phẩm. Vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens là một trong những vi khuẩn đang được sử dụng để sản xuất CoQ10 hiện nay do chúng có nhiều ưu điểm như có hàm lượng CoQ10 tương đối cao so với các vi sinh vật khác, chỉ tổng hợp CoQ10, môi trường nuôi đơn giản, rẻ tiền, phù hợp sản xuất ở quy mô công nghiệp [2].

Chiến lược sử dụng chính chủng Agrobacterium tumefaciens làm chủng chủ để cải biến gen tạo chủng tái tổ hợp có khả năng tổng hợp CoQ10 tăng lên là một giải pháp khả thi và đã bước đầu thành công bởi nhóm nghiên cứu tại Hàn Quốc năm 2008.

Hiện nay một số nhà khoa học trong nước đã phân lập thành công được một số chủng Agrobacterium tumefaciens tại Việt Nam có khả năng sinh tổng hợp CoQ10 cao hơn các công bố trên thế giới và tiến hành ứng dụng các kỹ thuật sinh học phân tử  để tạo ra các chủng tái tổ hợp sinh tổng hợp CoQ10 cao nhất. 

                              Sinh tổng hợp CoQ10 ở  sinh vật

Tài liệu tham khảo

1.     Monica Ondarroa, Santosh K. Sharma and Peter J. Quinn, 1986. Solvation Properties of Ubiquinone-10 in Solvents of different polarity. Bioscience Reports, Vol.6, No.9.

2.     Lee J.K., Oh D.K., Kim S.Y. (2007), Cloning and characterization of the dxs gene, encoding 1-deoxy-d-xylulose 5-phosphate synthase from Agrobacterium tumefaciens, and its overexpression in Agrobacterium tumefaciens, J Biotechnol 128:555 –566.

                                                            Lưu Hồng Sơn - Bộ môn CNTP