I. Khái quát về công nghệ enzyme
Enzyme được xem như là một kỹ thuật quan trọng của công nghệ sinh học do có các chức năng sau:
- Enzyme là chất xúc tác cho mọi biến đổi vật chất trong công nghệ sinh học.
- Enzyme và nhiều hoạt chất sinh học khác là sản phẩm của công nghệ sinh học. Chúng có thể dùng làm công cụ mới của công nghệ sinh học, hay sử dụng trong các lãnh vực khác .
- Enzyme được xem là thuốc thử có tính chuyên hóa cao mà không có enzyme thì các quá trình công nghệ sinh học không thể tối ưu hóa được
Nguồn enzyme: Có thể thu nhận enzyme từ động vật như trypsin, chimotrypsin, từ thực vật như papain của đu đủ, amylase của đại mạch. Nhưng enzyme vi sinh vật là nguồn phổ biến và giá thành có ý nghĩa kinh tế nhất.
II. Phương pháp thu nhận enzyme
Chọn đối tượng: Đối với vi sinh vật cần chú ý đến khâu chọn giống , vấn đề di truyền giống, khả năng sinh trưởng và phát triển của giống, đặc tính sinh lí hóa sinh của giống.
Các phương pháp nuôi cấy:
Phương pháp nuôi cấy bề mặt: là nuôi cấy trên giá thể rắn với hàm lượng nước thấp khoảng 15-20%. Ngoài thành phần dinh dưỡng là protein, tinh bột, khoáng …có thể trộn các chất làm xốp để thoáng khí.
Tùy chủng để khống chế nhiệt độ , pH môi trường , độ ẩm, thời gian nuôi cấy…cho đạt hiệu quả sinh tổng hợp enzyme cao nhất.
Phương pháp nuôi cấy chìm: là nuôi cấy trong môi trường dịch thể, hàm lượng chất khô tối đa từ 25-30%, thường từ 10-15%. Ngoài protein, tinh bột, khoáng…còn có thể bổ sung kích thích tố.
Cũng như trên, tùy chủng để khống chế nhiệt độ , pH môi trường, độ ẩm, thời gian nuôi cấy…cho đạt hiệu quả sinh tổng hợp enzyme cao nhất.
Thu nhận chế phẩm enzyme:
Đối với canh trường bề mặt hay các đối tượng thực vật, có thể đồng hóa nếu cần, sau đó dùng dung dịch đệm hay nước cất để chiết rút enzyme ra khỏi canh trường bề mặt ta có dịch chiết enzyme .
Đối với canh trường bề sâu chỉ cần lọc bỏ sinh khối là có dịch chiết tương tự trên.
Sau đó có thể dùng các tác nhân kết tủa thuận nghịch như aceton, ethanol, muối trung tính để có chế phẩm enzyme ở dạng sạch hơn.
Từ chế phẩm sạch này, bằng kỹ thuật điện di, lọc gel… ta có thể tách từng phần để có enzyme tinh khiết hơn.Tùy mục đích sử dụng để ta tạo ra chế phẩm thích hợp.
Để nâng cao giá trị sử dụng, hiện nay người ta thường tạo ra chế phẩm enzyme gọi là enzyme không tan.
Enzyme không tan
Hầu hết các enzyme trong cơ thể đều ở dạng liên kết với màng còn cơ chất đi qua màng để enzyme chuyển hóa nó thành sản phẩm. Trong công nghiệp thường sử dung enzyme ở dạng hòa tan, thường chỉ sử dụng được một lần và đó là lí do để người ta tạo ra enzyme không tan.
Phương pháp hấp phụ vật lí: là phương pháp hấp phụ lên bề mặt chất mang. Chất mang như cám, than hoạt tính, bột thủy tinh…Nhược điểm của phương pháp là enzyme dễ hòa tan trở lại, độ liên kết lỏng lẻo, khi chịu tác động lực ion lớn dễ bị nhả ra.
Phương pháp đưa enzyme vào khuôn gel: enzyme dễ định vị trong gel, mạng lưới chất trùng hợp càng nhỏ enzyme sẽ được giữ chặt hơn. Đây là cách được dùng khá phổ biến.
Phương pháp cộng hóa trị của enzyme và chất mang: dựa vào ái lực giữa enzyme và chất mang để tạo phức giữa enzyme - chất mang bằng liên kết cộng hóa trị. Đây cũng là phương pháp được dùng phổ biến.
III. Ứng dụng công nghệ enzym trong y dược
Enzyme có một vị trí quan trọng trong y học. Đặc biệt là các phương pháp định lượng và định tính enzyme trong hóa học lâm sàng và phòng thí nghiệm chẩn đoán. Do đó, hiện nay trong y học đã xuất hiện lãnh vực mới gọi là chẩn đoán enzyme, có nhiệm vụ:
- Phân tích xác định nồng độ cơ chất như glucose, ure, cholesterol… với sự hổ trợ của enzyme .
- Xác định hoạt tính xúc tác của enzyme trong mẫu sinh vật.
- Xác định nồng độ cơ chất với sự hổ trợ của thuốc thử enzyme đánh dấu.
Một số ứng dụng:
+ Dùng glucose oxidase để kiểm tra glucose nước tiểu.
Dùng urease để định lượng ure:
Dùng enzyme làm thuốc ví dụ protease làm thuốc tắc nghẽn tim mạch, tiêu mủ vết thương, làm thông đường hô hấp, chống viêm, làm thuốc tăng tiêu hóa protein, thành phần của các loại thuốc dùng trong da liễu và mỹ phẩm…
Trong y học các protease cũng được dùng để sản xuất môi trường dinh dưỡng để nuôi cấy vi sinh vật sản xuất ra kháng sinh, chất kháng độc… Ngoài ra người ta còn dùng enzyme protease để cô đặc và tinh chế các huyết thanh kháng độc để chửa bệnh.
Amylase được sử dụng phối hợp với coenzyme A, cytocrom C, ATP, carboxylase để chế thuốc điều trị bệnh tim mạch, bệnh thần kinh, phối hợp với enzyme thủy phân để chữa bệnh thiếu enzyme tiêu hóa.
