Vi khuẩn quang hợp không chỉ có khả năng tổng hợp mà còn tích lũy các sắc tố carotenoid, đặc biệt nổi bật là astaxanthin. Astaxanthin nhận được sự quan tâm lớn từ ngành nuôi trồng thủy sản bởi khả năng đem lại màu sắc rực rỡ cho các loài cá, tôm và cua.
Astaxanthin tổng hợp thường được bổ sung vào thức ăn nuôi trồng thủy sản nhằm gia tăng màu sắc của thịt và thu hút người tiêu dùng.
Carotenoid là nhóm sắc tố tự nhiên có ý nghĩa lớn trong y học và công nghệ sinh học, được sản xuất từ nhiều loại vi sinh vật và thực vật. Những sắc tố này không chỉ đa dạng về cấu trúc mà còn có nhiều chức năng sinh học như tạo màu, bảo vệ khỏi ánh sáng và thu gom năng lượng. Chúng cũng là tiền chất của nhiều hormone. Carotenoid đã được ứng dụng trong thương mại làm chất màu thực phẩm, bổ sung vào thức ăn chăn nuôi, và gần đây là trong mỹ phẩm và dược phẩm.
Astaxanthin, một loại carotenoid, có liên quan mật thiết với các carotenoid khác như beta-carotene, zeaxanthin, lutein. Loại sắc tố này có hoạt tính chống oxy hóa cao và được cho là giúp bảo vệ khỏi oxy hóa quang học, viêm nhiễm, ung thư, lão hóa và các bệnh liên quan đến tuổi tác.
Astaxanthin được tìm thấy trong các mô của các loài động vật biển như cá tráp đỏ, cá hồi và tôm hùm. Các sinh vật như nấm men Phaffia rhodozyma, tảo lục Haematococcus pluvialis, vi khuẩn Gram dương Brevibacterium và vi khuẩn Gram âm Agrobacterium aurantiacum cũng sản xuất astaxanthin. Đáng chú ý, các chi vi khuẩn quang hợp như Rhodobacter, Rhodovulum và Roseobacter có chứa carotenoid của chuỗi spheroidene dưới dạng sắc tố quang hợp.
Trong một nghiên cứu, việc sản xuất astaxanthin từ vi khuẩn quang hợp Rhodovulum sulfidophilum đã tỏ ra hiệu quả, nhờ vào sự phong phú của các nhóm tiền chất và khả năng lưu trữ carotenoid. Đột biến hóa học bằng etylmethane sulfonat đã tạo ra các đột biến với con đường tổng hợp carotenoid đã được sửa đổi ở phytoene. Các đột biến ổn định màu xanh lá và màu xám đã được chọn.
Astaxanthin trong nuôi trồng thủy sản có thể tăng cường hệ miễn dịch của động vật
Các đột biến màu xanh lá chứa neurosporene hoặc chloroxanthin là carotenoid chính của chúng, trong khi các đột biến màu xám tích lũy chủ yếu phytoene. Trước đây, việc sản xuất beta-carotene trong Rhodovulum sulfidophilum thông qua nhân bản gen crtI (phytoene dehydrogenase) và crtY (lycopene cyclase) của Erythrobacter longus. Qua đó, một số biến đổi di truyền có thể tăng sản lượng carotenoid trong Rhodovulum sulfidophilum. Điều này chứng tỏ kết hợp kĩ thuật di truyền và chuyển hóa có thể tạo ra các sản phẩm công nghệ sinh học có giá trị.
Astaxanthin có vai trò quan trọng trong chống oxy hóa, chống viêm, tăng cường miễn dịch và thúc đẩy tăng trưởng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng astaxanthin trong chế độ ăn có thể giảm căng thẳng oxy hóa và cải thiện phản ứng miễn dịch, khả năng kháng bệnh và hiệu suất tăng trưởng của nhiều loại cá và giáp xác. Vì vậy, việc sử dụng astaxanthin trong nuôi trồng thủy sản không chỉ nâng cao hệ miễn dịch của động vật thủy sản, mà còn giúp giảm tỷ lệ tử vong và làm giảm thiểu việc sử dụng kháng sinh.
Vi khuẩn quang hợp màu tím
Astaxanthin đang dần khẳng định tầm quan trọng trong nuôi trồng thủy sản nhờ những lợi ích to lớn đối với các loài cá và giáp xác. Dữ liệu hiện có cho thấy việc sử dụng astaxanthin làm chất bổ sung thức ăn không chỉ không gây hại mà còn có lợi cho sức khỏe và tăng trưởng của động vật thủy sản. Bên cạnh việc cải thiện sắc tố và tăng trưởng, astaxanthin còn tăng cường hệ miễn dịch, phản ứng viêm và khả năng kháng bệnh của các loài có giá trị kinh tế. Đây là ứng cử viên tiềm năng để ngăn ngừa một số bệnh liên quan đến stress oxy hóa.
Với những ưu điểm đáng kể đã nêu, astaxanthin sẽ là một sản phẩm sinh học hứa hẹn và an toàn cho sự phát triển bền vững của ngành nuôi trồng thủy sản trong tương lai. Tuy nhiên, việc sản xuất astaxanthin với quy mô lớn vẫn còn gặp nhiều thách thức, bao gồm việc tuân thủ các tiêu chuẩn chất lượng và an toàn cũng như chi phí sản xuất.
