Paecilomyces sp là gì? Công bố khoa học về Paecilomyces sp

Giới thiệu chung về Paecilomyces sp

Paecilomyces là một chi nấm dạng sợi thuộc lớp Eurotiomycetes, bộ Eurotiales và họ Trichocomaceae. Chúng có mặt phổ biến trong nhiều môi trường tự nhiên như đất, không khí, chất nền hữu cơ phân hủy, mô thực vật, và trong một số trường hợp còn được phân lập từ côn trùng, động vật, thậm chí người.

Chi này bao gồm nhiều loài có khả năng thích nghi cao với điều kiện khắc nghiệt và có tốc độ phát triển mạnh. Một số loài đã được chứng minh có vai trò sinh học quan trọng như sản xuất enzyme công nghiệp, kiểm soát sinh học tuyến trùng, hoặc tạo ra các hợp chất thứ cấp có hoạt tính dược lý.

Khả năng sinh trưởng nhanh, phân lập dễ dàng và tiềm năng sinh hóa cao khiến Paecilomyces trở thành đối tượng nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực: vi sinh vật học môi trường, công nghệ sinh học, kiểm soát sinh học và y học. Một số loài đang được khai thác thương mại cho mục đích nông nghiệp bền vững.

Phân loại học và đặc điểm phân biệt

Về mặt phân loại, Paecilomyces từng được xếp vào chi Penicillium do hình thái tương tự trong cấu trúc phân sinh bào tử. Tuy nhiên, phân tích phân tử và di truyền học gần đây đã chứng minh rằng chi này là đơn ngành và có sự phân biệt rõ ràng với các chi gần gũi khác. Việc phân loại hiện đại dựa chủ yếu vào trình tự ITS và gen β-tubulin.

Một số loài đại diện quan trọng trong chi này bao gồm:

• Paecilomyces variotii: phổ biến trong môi trường giàu chất hữu cơ và có thể chịu nhiệt cao
• Paecilomyces lilacinus (nay là Purpureocillium lilacinum): kiểm soát tuyến trùng
• Paecilomyces tenuipes: được ghi nhận có hoạt tính sinh học trên tế bào ung thư

Chi tiết phân biệt giữa các loài chủ yếu dựa vào hình thái bào tử, màu sắc khuẩn lạc, tốc độ sinh trưởng và các chỉ dấu phân tử.

Loài	Tên mới (nếu có)	Đặc điểm nổi bật
P. variotii	—	Chịu nhiệt cao, gây bệnh cơ hội ở người
P. lilacinus	Purpureocillium lilacinum	Diệt tuyến trùng, khuẩn lạc màu tím
P. tenuipes	—	Tiết hợp chất sinh học, nghiên cứu y sinh

Đặc điểm hình thái và sinh học

Paecilomyces phát triển thành khuẩn lạc lan rộng trên môi trường nuôi cấy PDA, có màu trắng kem, vàng nhạt đến nâu hoặc tím nhạt tùy loài. Bề mặt khuẩn lạc thường mịn hoặc hơi nhung, rìa tròn và mép lan rộng. Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu dao động từ 25–30°C, tuy nhiên một số loài có thể sinh trưởng ở nhiệt độ tới 45–50°C.

Dưới kính hiển vi, Paecilomyces có hệ sợi phân nhánh mịn, không có vách ngăn rõ ràng. Phialide thường không phân nhánh, hình dạng như bình dài hoặc hình chùy, mở rộng tại đáy và thon dần về đầu. Bào tử sinh vô tính (conidia) được sinh ra theo chuỗi không phân nhánh, có hình elip hoặc hình thoi, bề mặt trơn hoặc hơi nhăn.

Đặc điểm sinh học nổi bật của Paecilomyces là khả năng sinh trưởng nhanh trong điều kiện khắc nghiệt như môi trường khô, thiếu dinh dưỡng, có độc tố hoặc nhiệt độ cao. Một số chủng còn biểu hiện tính ưa nước mặn hoặc chịu pH thấp. Điều này góp phần vào khả năng ứng dụng rộng rãi trong môi trường biến đổi hoặc có áp lực sinh thái cao.

Vị trí phân lập và phân bố môi trường

Paecilomyces được phân lập từ nhiều loại môi trường khác nhau, cho thấy khả năng thích nghi và lan tỏa mạnh mẽ. Chúng xuất hiện phổ biến trong đất nông nghiệp, đất rừng, mẫu không khí, rễ cây, côn trùng ký sinh, cũng như trong các môi trường nhân tạo như chất thải công nghiệp, hệ thống xử lý nước và vật liệu xây dựng.

Một số loài có thể phát triển trong điều kiện nhiệt độ cao hoặc môi trường giàu CO₂, do đó chúng thường được tìm thấy trong nhà kính, phòng nuôi cấy mô, và các cơ sở công nghiệp. P. variotii đặc biệt phổ biến trong môi trường giàu chất hữu cơ hoặc khí thải công nghiệp.

Khả năng thích ứng môi trường rộng mở ra hướng ứng dụng Paecilomyces như sinh vật chỉ thị sinh học, hoặc đối tượng kiểm soát vi sinh vật gây hại trong môi trường đất và nước. Nghiên cứu gần đây trên ScienceDirect ghi nhận chi Paecilomyces có mặt cả trong các mẫu đất nhiễm kim loại nặng với mật độ cao.

Khả năng sinh enzyme và hoạt tính sinh học

Các loài thuộc chi Paecilomyces nổi bật nhờ khả năng tiết ra nhiều enzyme ngoại bào có giá trị công nghiệp cao. Trong đó, các enzyme như cellulase, xylanase, protease, amylase và chitinase được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong xử lý chất thải hữu cơ, sản xuất thực phẩm, dược phẩm và trong công nghệ sinh học môi trường.

Ví dụ, Paecilomyces variotii được biết đến với khả năng tiết cellulase và xylanase hiệu suất cao, thích hợp cho xử lý bã thực vật hoặc phụ phẩm nông nghiệp. P. lilacinus sinh chitinase mạnh, hỗ trợ tiêu diệt tuyến trùng và côn trùng có vỏ kitin. Một số enzyme có nhiệt độ hoạt động cao, ổn định trong môi trường pH biến động rộng.

Loài Paecilomyces	Enzyme chính	Ứng dụng tiềm năng
P. variotii	Cellulase, Xylanase	Thủy phân cellulose, xử lý bã nông nghiệp
P. lilacinus	Chitinase, Protease	Kiểm soát sinh học tuyến trùng, phân giải vỏ côn trùng
P. tenuipes	Amylase	Thủy phân tinh bột trong sản xuất thực phẩm

Không chỉ giới hạn trong enzyme, nhiều chủng Paecilomyces còn sản xuất chất chuyển hóa thứ cấp có hoạt tính sinh học mạnh như paecilotoxin, leucinostatin, và các polyketide hoặc terpenoid mới. Một số hợp chất này thể hiện tính kháng khuẩn, kháng nấm, chống oxy hóa và kháng tế bào ung thư.

Ứng dụng trong kiểm soát sinh học

Paecilomyces được đánh giá là tác nhân kiểm soát sinh học có hiệu quả cao, đặc biệt đối với tuyến trùng ký sinh thực vật và một số loài côn trùng gây hại. Purpureocillium lilacinum (tên mới của P. lilacinus) là loài được nghiên cứu và thương mại hóa nhiều nhất trong lĩnh vực này.

Paecilomyces kiểm soát sinh học theo cơ chế đa dạng:

• Xâm nhập và phát triển nội bào trong trứng hoặc ấu trùng của tuyến trùng
• Tiết enzyme phân giải vỏ trứng tuyến trùng và vỏ kitin của côn trùng
• Sản xuất độc tố gây ức chế sinh trưởng hoặc tử vong cho ký chủ

Một số sản phẩm sinh học có nguồn gốc từ P. lilacinum đã được thương mại hóa tại nhiều quốc gia để kiểm soát Meloidogyne spp., Pratylenchus spp. và Radopholus spp.. Các ứng dụng tương tự cũng đang được phát triển để phòng trừ rệp sáp, bọ trĩ và sâu non.

Tham khảo chi tiết tại Frontiers in Microbiology.

Tiềm năng ứng dụng trong y sinh và dược phẩm

Gần đây, Paecilomyces thu hút sự chú ý trong lĩnh vực y sinh nhờ khả năng sản xuất các hợp chất có hoạt tính kháng sinh và kháng ung thư. Leucinostatin A và B được phân lập từ P. lilacinus cho thấy khả năng ức chế vi sinh vật Gram dương, nấm men và một số dòng tế bào ung thư.

Các nghiên cứu giải trình tự hệ gen của P. variotii và P. tenuipes hé lộ sự hiện diện của các cụm gen mã hóa cho non-ribosomal peptide synthetase (NRPS) và polyketide synthase (PKS), cho phép sinh tổng hợp nhiều hợp chất dược lý tiềm năng.

Ứng dụng công nghệ CRISPR/Cas9 và biểu hiện dị thể đã được đề xuất để khai thác hệ gen này theo hướng công nghiệp hóa. Việc kết hợp dữ liệu omics (genomics, transcriptomics, metabolomics) sẽ giúp tối ưu hóa quá trình sàng lọc và chiết xuất hoạt chất từ Paecilomyces.

Nguy cơ gây bệnh ở người

Mặc dù phần lớn các loài Paecilomyces là hoại sinh vô hại, một số có thể gây nhiễm trùng cơ hội ở người, đặc biệt ở bệnh nhân suy giảm miễn dịch hoặc đang điều trị ung thư. Paecilomyces variotii là tác nhân được ghi nhận gây viêm nội tâm mạc, viêm xoang, viêm phổi và nấm nội nhãn.

Nhiễm nấm do Paecilomyces thường khó phân biệt với các nấm sợi khác dưới kính hiển vi do hình thái tương đồng. Kỹ thuật PCR khuếch đại gen ITS hoặc 18S rRNA được sử dụng để xác định chính xác tác nhân gây bệnh.

Các trường hợp nhiễm Paecilomyces cần được điều trị bằng thuốc kháng nấm phổ rộng như amphotericin B hoặc voriconazole. Tuy nhiên, do tính kháng thuốc không đồng nhất giữa các loài, việc định danh chính xác là điều kiện tiên quyết để điều trị hiệu quả.

Hướng nghiên cứu và phát triển

Các xu hướng nghiên cứu hiện nay tập trung vào khai thác toàn diện khả năng sinh học của Paecilomyces trong môi trường khắc nghiệt và các hệ sinh thái độc đáo. Việc khảo sát các chủng sinh trưởng tại vùng đất nhiễm mặn, đất nhiệt độ cao hoặc đất nhiễm kim loại nặng đang mang lại nhiều kết quả đáng chú ý.

Các hướng phát triển tiềm năng bao gồm:

• Chuyển hóa tổng hợp enzyme công nghiệp bằng lên men quy mô lớn
• Phát triển chế phẩm sinh học bảo vệ thực vật thân thiện với môi trường
• Sàng lọc và tối ưu hóa hợp chất chống ung thư và kháng sinh
• Ứng dụng kỹ thuật chỉnh sửa gen để cải thiện đặc tính di truyền

Việc tích hợp công nghệ sinh học hiện đại như metagenomics, proteomics và phản ứng sinh học hệ thống sẽ là chìa khóa để khai thác tối đa tiềm năng của chi Paecilomyces trong tương lai.

Tài liệu tham khảo

1. Luangsa-Ard J et al. “Paecilomyces, a polyphyletic genus: phylogenetic placement of core species.” Mycologia. 2016.
2. Domsch KH et al. “Compendium of Soil Fungi.” Springer. 2007.
3. de Hoog GS et al. “Paecilomyces variotii: emerging pathogen or accidental contaminant?” Clinical Microbiology and Infection. 2014.
4. Gams W, Samson RA. “Phylogenetic classification of the genera Paecilomyces and Purpureocillium.” Fungal Biology. 2015.
5. Frontiers in Microbiology. “Biological control potential of Paecilomyces lilacinus against plant parasitic nematodes.” frontiersin.org. 2021.
6. ScienceDirect. “Fungal enzymes from Paecilomyces species.” Science of the Total Environment. 2020.