Bài giảng Hợp chất thứ cấp thiên nhiên - Chương 6: Ứng dụng công nghệ sinh học trong phát triển cây dược liệu

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC
TRONG PHÁT TRIỂN CÂY DƯỢC LIỆU


CNSH & Cây dược liệu
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Nhân nhanh giống, tái sinh cây, Nhân sinh khối
Cải biến di truyền trao đổi chất
Sử dụng chuyển hóa tế bào
Chuyển gene
Chọn giống cây dược liệu
Bảo tồn, phân loại lồi chính xác, truy xuất nguồn gốc


PHẦN 1

GIỚI THIỆU CHUNG


Xu hướng khai thác các hợp chất tự nhiên
• Tách chiết từ các nguồn tự nhiên
• Tìm các nguồn hợp chất mới

• Tổng hợp hóa học
• Cải biến hóa học

• Cải biến bằng xúc tác enzyme
• Sử dụng hệ thống xúc tác tế bào để chuyển hóa
• Sử dụng các sinh vật chuyển gene


Nguồn hợp chất tự nhiên
•
•
•
•
•
•

Mơ thực vật
Sinh vật biển (rong, tảo)
Động vật (trên cạn, biển)
Nọc độc
Nấm/vi nấm
Vi sinh vật




Những khó khăn trong khai thác
các hợp chất tự nhiên
• Chỉ có mặt ở một số lồi sinh vật nhất định
• Chỉ có hoạt tính trong điều kiện ni trồng tự
nhiên
• Chỉ có hoạt tính khi ở dạng cấu trúc nhất định, các
dạng đồng phân khác khơng có hoạt tính hoặc

hoạt tính thấp
• Cải biến đặc hiệu vị trí bằng con đường hóa học
rất khó khăn (gắn các nhóm chức).
• Hàm lượng thấp, khó tinh sạch


Khai thác hợp chất tự nhiên
Lên men vi sinh vật
Nuôi cấy mơ tế bào thực vật
Ni vi tảo
Khó khăn: hoạt tính thấp hoặc khơng
có hoạt tính

Natural
compounds

Tổng hợp hóa học
Khó khăn: sản phẩm phụ, độc, các đồng phân
không mong muốn

Tách chiết từ thực vật, vi sinh
vật, nấm
Khó khăn: tinh sạch và triển
khai ở quy mơ lớn, chi phí cao

Chuyển hóa bằng enzyme
Khó khăn: hiệu quả cao nhưng rất đắt


Các hợp chất tự nhiên

Hợp chất tự nhiên
Định nghĩa
•

Là hợp chất hóa học được tạo ra một cách tự nhiên bởi sinh vật
có hoạt tính sinh dược học sử dụng để sản xuất dược phẩm,
thuốc…

•

Hợp chất tự nhiên cũng bao gồm các hợp chất được tổng hợp
hồn tồn bằng con đường hóa học với các đặc điểm và tính
chất giống với các hợp chất được tổng hợp bởi sinh vật.


Những nhóm hợp chất tự nhiên quan trọng
• Terpenoid: tổng hợp từ Acetyl-CoA theo con đường
mevalonic (sesquiterpene và các dẫn xuất)
• Phenol/polyphenol: những hợp chất chứa vịng thơm

được tổng hợp theo con đường acid shikimic hoặc acid
malonic (flavonoid)
• Hợp chất chứa nitơ: từ các amino acid (alkaloid)


Ứng dụng hợp chất tự nhiên
•
•

•
•
•
•

Thuốc chữa bệnh (ung thư, trợ tim, thần kinh)
Kháng sinh, kháng viêm
Chống oxy hóa, tăng cường miễn dịch
Diệt côn trùng, ký sinh
Hương liệu
Chất màu bổ sung thực phẩm


Ví dụ: Hợp chất tự nhiên ức chế ung thư
• Gắn với tubulin
• Ức chế topoisomerase
• Ức chế telomerase




Tubulin và chất gắn với tubulin
• Vi ống là những protein dạng sợi được cấu
tạo từ tubulin. Trong quá trình phân bào, các
NST gắn vào vi ống để di chuyển về phía
trung tử.
• Các tế bào ung thư phân chia rất mạnh. Nếu
can thiệp vào quá trình gắn của các vi ống với
NST sẽ ức chế quá trình nhân lên của tế bào
ung thư.

• Gắn với tubulin sẽ ức chế được tế bào ung

thư.


Tương tác của các chất
gắn tubulin sẽ dẫn đến
thay đổi cấu trúc và ảnh
hưởng đến chức năng của
tế bào


Topoisomerase


Topoisomerase
• Topoisomerase tham gia vào q trình sao chép
và sửa chữa DNA.
• Topoisomerase kiểm sốt trạng thái xoắn của
phân tử DNA bằng cách cắt và nối liên kết
phosphodiester của phân tử DNA.


Topoisomerase inhibitors
• Là những chất ức chế hoạt động của enzyme
Topoisomerase.
• Topoisomerase đang được coi là đích để phát
triển các chất chống ung thư. Ức chế hoạt động
của Topoisomerase các phân tử DNA sợi đơn
ngắn hoặc các đoạn DNA mạch kép bị cắt  thay

đổi tính tồn vẹn của genome.
• Nhưng tế bào bị đứt gãy DNA sẽ bị chết theo cơ
chế apoptosis.




PHẦN 2
• ỨNG DỤNG CNSH TRONG PHÁT TRIỂN
CÂY DƯỢC LIỆU


Nhân nhanh giống, tái sinh cây, Nhân sinh khối