Chọn lọc các chủng vi tảo có tiềm năng dinh dưỡng từ Khu Dự trữ sinh quyển Cần Giờ

Khu Dự trữ sinh quyển Rừng ngập mặn Cần Giờ (Thành phố Hồ Chí Minh) là một trong những hệ sinh thái ven biển đặc thù và có giá trị sinh thái cao của khu vực phía Nam, nổi bật với mức độ đa dạng sinh học phong phú.

Trong cấu trúc hệ sinh thái này, vi tảo đóng vai trò là mắt xích nền tảng trong chu trình vật chất và năng lượng, góp phần duy trì năng suất sinh học và cân bằng sinh thái của toàn vùng. Tuy nhiên, cho đến nay, các dữ liệu về đa dạng di truyền của hệ vi tảo tại đây vẫn còn rời rạc, chưa được khảo sát toàn diện và chưa chuẩn hóa theo các tiêu chuẩn quốc tế.

Trước yêu cầu cấp thiết về bảo tồn nguồn gene bản địa cũng như khai thác hợp lý tiềm năng ứng dụng, nhiệm vụ KH&CN “Nghiên cứu đa dạng di truyền, thiết lập bộ sưu tập và chọn lọc các chủng vi tảo có tiềm năng dinh dưỡng từ Khu Dự trữ sinh quyển Rừng ngập mặn Cần Giờ”, được Sở KH&CN Thành phố Hồ Chí Minh triển khai, nhằm làm rõ bức tranh đa dạng di truyền của quần xã vi tảo.

Đồng thời, thiết lập một bộ sưu tập chủng chuẩn hóa và sàng lọc các dòng có giá trị dinh dưỡng cao, phục vụ nghiên cứu khoa học, phát triển công nghệ sinh học và định hướng kinh tế sinh học bền vững.

Nhiệm vụ do PGS. TS. Trần Hoàng Dũng, Viện Nghiên cứu Ứng dụng và Chuyển giao Công nghệ HUFI (thuộc Trường Đại học Công Thương Thành phố Hồ Chí Minh) chủ nhiệm, đã hoàn thành toàn bộ mục tiêu đặt ra sau hơn hai năm triển khai.

Công trình không chỉ cung cấp dữ liệu khoa học nền tảng, mà còn hình thành một hạ tầng nguồn gen đạt chuẩn quốc tế - bước đi quan trọng trong chiến lược phát triển công nghệ sinh học biển của Thành phố.

“Bản đồ gene” đầu tiên của hệ vi tảo Cần Giờ

Điểm nổi bật của nghiên cứu là việc áp dụng đồng bộ các công cụ phân tích hiện đại như DNA metabarcoding và DNA barcoding đa marker (18S, ITS2, 23S/UPA, 16S) để tái dựng cấu trúc quần xã vi tảo theo không gian và thời gian.

Trong đó, DNA metabarcoding là phương pháp phân tích DNA trực tiếp từ mẫu môi trường nhằm xác định thành phần và cấu trúc quần xã sinh vật mà không cần phân lập từng loài.

Còn DNA barcoding đa marker là kỹ thuật giải trình tự nhiều vùng gene chuẩn như 18S, ITS2, 23S/UPA và 16S, trên các chủng phân lập để định danh chính xác và phân tích quan hệ phát sinh. Việc kết hợp các marker có mức độ bảo tồn và biến thiên khác nhau giúp tăng độ tin cậy và khả năng phân giải đến mức loài hoặc dưới loài.

Từ 36 mẫu môi trường thu tại 26 điểm đại diện cho ba kiểu thủy vực mặn - lợ - ngọt, nhóm nghiên cứu đã ghi nhận 1.962 ASV (biến thể trình tự DNA khác nhau), phản ánh mức đa dạng di truyền rất cao.

Cấu trúc quần xã thể hiện sự phân hóa rõ rệt theo sự thay đổi của độ mặn. Cụ thể, Bacillariophyta (tảo silic) chiếm ưu thế ở vùng mặn, Chlorophyta (tảo xanh) nổi trội ở vùng ngọt, trong khi vùng lợ đóng vai trò là “điểm hội tụ” của cả hai ngành lớn này.

So sánh theo mùa cho thấy trật tự ưu thế bậc ngành tương đối ổn định, khác biệt chủ yếu nằm ở mức độ giàu đặc trưng và bề rộng phát sinh. Đáng chú ý, trên 70% ASV chưa được định danh đến loài, cho thấy sự tồn tại của nhiều dòng dõi mới, bổ sung quan trọng cho hiểu biết về đa dạng vi tảo ở khu vực nhiệt đới ven biển.

CCAH - Hạ tầng nguồn gen vi tảo đạt chuẩn quốc tế

Trên nền tảng dữ liệu di truyền và các chủng phân lập, nhóm nghiên cứu đã xây dựng Bộ sưu tập Vi tảo Thành phố Hồ Chí Minh (CCAH), lưu giữ hơn 100 chủng đơn dòng được chuẩn hóa dữ liệu hình thái, siêu dữ liệu và mã vạch DNA. Đặc biệt, CCAH đã được công nhận và cấp mã số WDCM 1372 bởi Tổ chức Văn hóa Thế giới về Bộ sưu tập Vi sinh vật (WFCC), chính thức ghi danh trên bản đồ quốc tế các bộ sưu tập vi sinh vật.

Hệ dữ liệu của CCAH được xây dựng theo chuẩn tham chiếu của các cơ sở dữ liệu quốc tế như GBIF, AlgaeBase và GenBank, cho phép liên thông và truy xuất minh bạch. Việc tham gia mạng lưới quốc tế không chỉ nâng cao vị thế khoa học của Thành phố Hồ Chí Minh, mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho trao đổi mẫu, dữ liệu và hợp tác nghiên cứu trong khuôn khổ chia sẻ lợi ích nguồn gene.

Theo PGS. TS. Trần Hoàng Dũng, CCAH là bộ sưu tập vi tảo bản địa đầu tiên của Thành phố đạt chuẩn quốc tế. Đây là hạ tầng sinh học quan trọng, giúp Việt Nam chủ động nguồn giống vi tảo phục vụ nghiên cứu, đào tạo và phát triển công nghiệp sinh học.

Sàng lọc dinh dưỡng và định hướng ứng dụng

Song song với nghiên cứu đa dạng di truyền, nhóm đã tiến hành sàng lọc 117 chủng phân lập, nhóm xác định được 20 chủng triển vọng ban đầu, có giá trị dinh dưỡng cao. Các chủng vi tảo này được nuôi trong bình 2 lít, với thời gian 5 - 12 ngày tùy loài. Sinh khối khô đạt 0,9 - 1,47 g/L, tương đương 1,39 - 2,20 g mỗi bình, độ ổn định cao. Thành phần dinh dưỡng cho thấy protein chiếm 27- 45% khối lượng khô, lipid 20 - 38%, carbohydrate 8- 18% và tro 5 - 25%.

Phân tích acid béo ghi nhận hàm lượng EPA cao ở Thalassiosira và Chaetoceros, DHA nổi bật ở Isochrysis và Tisochrysis. Nhóm tảo lục như Chlorella, Desmodesmus, Ankistrodesmus, Coelastrella, Neochloris giàu protein và lipid. Trong khi các vi khuẩn lam như Leptolyngbya và Roholtiella giàu protein và sắc tố phycobiliprotein (sắc tố protein tan trong nước, có vai trò hấp thụ ánh sáng trong quang hợp của tảo, được ứng dụng làm chất tạo màu tự nhiên, chất chống oxy hóa và chất phát huỳnh quang trong y sinh).

Từ kết quả đánh giá tổng hợp, 12 chủng tiềm năng nhất đã được lựa chọn. Tất cả đều đạt ngưỡng an toàn về vi sinh và kim loại nặng. Những kết quả này mở ra khả năng ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản (thức ăn tươi sống, premix omega-3), thực phẩm chức năng, dược phẩm và sản xuất sắc tố thiên nhiên.

Việc chủ động nguồn vi tảo giàu dinh dưỡng từ hệ sinh thái bản địa, giúp giảm phụ thuộc nhập khẩu, đồng thời tạo nền tảng cho chuỗi giá trị dinh dưỡng xanh.

Bộ dữ liệu “gen - chủng - tính trạng” được xem như bản đồ vi tảo bản địa đầu tiên của Thành phố Hồ Chí Minh, phục vụ quan trắc sinh thái và hoạch định bảo tồn tại Cần Giờ. Đồng thời, việc hình thành bộ sưu tập đạt chuẩn quốc tế, giúp Thành phố chủ động tiếp cận và thực thi các nguyên tắc chia sẻ lợi ích nguồn gene theo thông lệ toàn cầu.

Đây không chỉ là một thành tựu nghiên cứu, mà còn là bước khởi đầu cho chiến lược phát triển kinh tế sinh học, gắn với bảo tồn đa dạng sinh học và khai thác bền vững tài nguyên vi sinh vật bản địa.

Trên cơ sở kết quả đạt được, nhóm nghiên cứu đề xuất tiếp tục mở rộng thu mẫu ở các sinh cảnh khác (nước ngọt, ruộng đồng, đất rừng) nhằm hoàn thiện Bộ sưu tập CCAH và nâng cao tỷ lệ chủng thuần có barcode đầy đủ. Đồng thời, cần đẩy mạnh nghiên cứu phát sinh chủng loài đa marker và phân tích omics (phương pháp nghiên cứu toàn diện các phân tử sinh học như gen, protein, chất chuyển hóa trong sinh vật), cho các dòng dõi đặc hữu hoặc có dấu hiệu mới, để tạo nền tảng mô tả loài mới.

Nhóm nghiên cứu cho rằng, nên phát triển quy trình nhân nuôi sinh khối quy mô pilot, ứng dụng hệ photobioreactor (nuôi tảo bằng ánh sáng), để đánh giá năng suất và khả năng thương mại hóa 12 chủng tiềm năng. Đồng thời, tăng cường hợp tác quốc tế để chia sẻ dữ liệu, trao đổi nguồn gene và bảo đảm quyền lợi quốc gia.

Nhóm nghiên cứu mong muốn được Thành phố Hồ Chí Minh tiếp tục đầu tư và hỗ trợ thương mại hóa các chủng vi tảo bản địa giàu ω-3, protein và sắc tố tự nhiên, hướng tới hình thành các sản phẩm ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản, thực phẩm chức năng và dược phẩm./.

Kiều Anh