Hiện nay, nhu cầu sử dụng các sản phẩm, chế phẩm tự nhiên có hoạt tính sinh học ứng dụng trong điều trị, chẩn đoán, phòng bệnh và nâng cao sức khỏe cho con người ngày càng tăng. Điều này đã chứng minh bằng việc trên thế giới cũng như ở Việt Nam có nhiều các sản phẩm, chế phẩm có các hoạt tính sinh học có giá trị như các chất chống oxy hóa, kháng khuẩn, kháng nấm, tăng cường miễn dịch và chất chống ung thư được sản xuất. Việc khai thác các sản phẩm tự nhiên được tách tinh chế từ nhiều nguồn khác nhau như từ thực vật, động vật và vi sinh vật. Trong các nguồn này các chế phẩm được sản xuất từ vi sinh vật đây được coi như là nguồn quan trọng và có nhiều ưu điểm, nhất là trong cung cấp nguồn vật liệu phục vụ cho chẩn đoán và điều trị trong lĩnh vực y dược. Trong số các hoạt chất sinh học có mầu sắc từ tự nhiên, một trong những hợp chất có hoạt tính sinh học có mầu sắc được biết đến đó là prodigiosin – sắc tố mầu đỏ (PG). PG hiện nay được biết đến là một chất chuyển hóa thứ cấp có mầu đỏ, có công thức hóa học là C20H25N3O. PG chỉ xuất hiện ở sau giai đoạn tăng trưởng của vi khuẩn, một số vi khuẩn có khả năng tổng hợp PG và khả năng sinh tổng hợp PG cũng khác nhau.

Prodigiosin đã được xác định có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm và kháng lại tế bào ung thư. Tác dụng kháng nấm của Prodigiosins được Wier R.H và cộng sự từ những năm 1952 đã ứng dụng thử nghiệm trong điều trị trên lâm sàng và xác định PG có hoạt tính diệt nấm Coccidioides immitis. PG cũng được xác định có tác dụng kháng các nấm Candida, Aspergillus, Penicillium, Cryptococcus và Histoplasma. Tác dụng chống ung thư của prodigiosin cũng được nhiều nghiên cứu thử nghiệm đánh giá trên các dòng tế bào ung thư như HeLa và Hep2.. Năm 2003 Campas. C và CS đã công bố kết quả thử nghiệm Prodigiosins trên mẫu của 32 bệnh nhân ung thư máu dòng lympho mãn tính. Trong những năm gần đây có nhiều nghiên cứu đã phát hiện tác dụng mới của PG như ức chế trên nhiều dòng tế bào ung thư và khả năng ức chế miễn dịch, gây ra chết theo chu trình (apoptosis) ở các dòng tế bào ung thư nhưng không ảnh hưởng tới các tế bào lành. Bên cạnh các đặc tính độc đáo của prodigiosin, sắc tố này cũng được ứng dụng làm chất tạo màu thực phẩm.

Để thu được prodigiosin hiện nay các nghiên cứu thường tập trung vào đối tượng sử dụng là chủng Serratia marcescens, bởi sinh tổng hợp prodigiosin từ S. marcescens cho sản lượng cao, dễ nuôi cấy, sắc tố prodigiosin thu được có hoạt tính cao. Hiện nay việc sử dụng các loại vi sinh vật được biến đổi đặc điểm di truyền đã được áp dụng trong việc sản xuất nhiều loại hợp chất thứ cấp khác nhau. Nhiều loại kháng sinh đã được sản xuất thành công trên các loài vi sinh vật tái tổ hợp. Một số chủng như Streptomyces coelicolor CH999 và S. lividans K4-114 đã được cải biến để tổng hợp các loại kháng sinh mới. Bên cạnh đó, một số hợp chất thứ cấp khác cũng đã được sản xuất thành công trên vi khuẩn E. coli như erythromycin.

Đối với sản xuất các sản phẩm tự nhiên bằng công nghệ sinh học, vi khuẩn thường cung cấp nhiều lợi thế hơn, bởi có thể nuôi cấy dễ dàng và đễ dàng kiểm soát là điều kiện tiên quyết cho các ứng dụng công nghệ sinh học. Hơn nữa, việc sử dụng vi sinh vật không gây độc hại, thậm chí nhiều chủng vi sinh vật đã được cấp giấy chứng nhận là an toàn. Để sinh tổng hợp được prodigiosin, từ những năm 1984 Steven A Dauenhauer và cộng sự đã nghiên cứu tách dòng và biểu hiện gen mã hóa sinh tổng hợp prodigiosin từ S. marcescens trên E. coli. Một hướng tiếp cận khác trong việc nghiên cứu khác sản xuất tái tổ hợp các hợp chất thứ cấp nói chung và prodigiosin nói riêng là cải biến các chủng gốc để tăng sự biểu hiện gen. Sản lượng acetone và alcohol thu được từ chủng Clostridium acetobutylicum cải biến đã tăng lên đáng kể nhờ việc tăng cường số bản copy của cấu trúc điều hoà sinh tổng hợp acetone và sản xuất Biotin bởi chủng Serratia sp. SB412. Điều này cho thấy việc sử dụng công nghệ DNA tái tổ hợp trong việc cải biến di truyền các chủng vi sinh vật để sản xuất tái tổ hợp các hợp chất thứ cấp đã được thực hiện rất thành công.

Prodigiosin có thể thu nhận từ vi sinh vật, nếu sử dụng chủng vi khuẩn tự nhiên hiệu suất sinh tổng hợp prodigiosin không cao và không chủ động trong sản xuất vì vậy việc phân lập gen mã hóa prodigiosin biểu hiện vào vi khuẩn hoặc có sự can thiệp bằng kỹ thuật gen đến vi khuẩn để tạo chủng tái tổ hợp cho phép dễ kiểm soát chủng giống, sinh tổng hợp prodigiosin với hiệu suất cao, ổn định và dễ thu nhận sản phẩm. Có thể dễ dàng tách chiết, tinh sạch thu nhận prodigiosin từ dịch nuôi cấy vi khuẩn. Với công nghệ từ vi sinh vật tái tổ hợp có thể giúp tăng năng suất và mở rộng sản xuất. Ngoài ra, nhu cầu tiêu thụ các hợp chất thiên nhiên có hoạt tính sinh học và có lợi cho sức khỏe đang là nhu cầu lớn ở Việt Nam. Việc sản xuất được prodigiosin tại Việt Nam sẽ giúp mọi người có cơ hội tiếp cận với nguồn dược phẩm quý.

Học viện Quân y là đơn vị có kinh nghiệm trong nghiên cứu, đào tạo và khám chữa bệnh, có đầy đủ các trang thiết bị và đội ngũ cán bộ giàu kinh nghiệm. Là đơn vị có uy tín trong sản xuất tạo ra các sản phẩm, thực phẩm chức năng có chất lượng và đã có mặt trên thị trường. Đồng thời được sự hỗ trợ và phối hợp chặt chẽ trong nghiên cứu của Viện Nghiên cứu Hệ gen và Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam. Học viện Quân y đã được Bộ Công Thương cho phép thực hiện nhiệm vụ cấp nhà nước “Nghiên cứu công nghệ sản xuất prodigiosin từ vi khuẩn tái tổ hợp ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm”. Mã số: ĐT.07.17/CNSHCB.

Từ nhu cầu và tính cấp thiết như trên, nhóm nghiên cứu của Học viện Quân y cùng với đơn vị phối hợp do TS. Đỗ Minh Trung làm chủ nhiệm đề tài đã thực hiện nghiên cứu này. Sau 2 năm nghiên cứu đã tạo chủng vi khuẩn tái tổ hợp Serratia sp HVQY có khả năng sinh tổng hợp prodigiosin. Prodigiosin qua các bước tách tinh sạch sau phân tích đánh giá và định lượng nồng độ và được xác định cấu trúc. Kết quả xác định được sản phẩm thu nhận được từ vi khuẩn tái tổ hợp là prodigiosin có công thức hóa học là C20H25N3O, khối lượng phân tử là 323,4 Da. Chủng vi khuẩn tái tổ hợp được lên men và tách tinh sạch để thu nhận và tạo sản phẩm prodigiosin, sản phẩm này được phân tích, đánh giá hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm và kháng tế bào ung thư, đồng thời sản phẩm được xây dựng tiêu chuẩn chất lượng nhằm ứng dụng tạo ra các sản phẩm có lợi có ích cho cộng đồng.

Từ sản phẩm prodigiosin đã ứng dụng vào sản xuất viên nang thực phẩm chức năng Prodigiosin, nước uống có chứa prodigiosin (Prosin). Các sản phẩm prodigiosin, viên nang và nước uống có chứa prodigiosin tạo được được phân tích, đánh giá, thử nghiệm và đánh giá độc tính cấp và độc tính bán trường diễn trên động vật thực nghiệm. Kết quả các sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng và có hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm C. Albican, C. neoformance và kháng một số dòng ung thư in vitro sau 24 giờ như: làm thay đổi hình dạng và ức chế mạnh gây chết tế bào ung thư gan Hep3B (IC50: 5,5 µg/ml), ung thư vú MCF7 (IC50: 6,53 µg/ml), ung thư phổi H460 (IC50: 5,8 µg/ml), ung thư thanh quản Hep2 (IC50: 6,8 µg/ml) và không thấy ảnh hưởng đến tế bào bình thường ở nồng độ prodigiosin thử nghiệm. Sản phẩm viên nang, nước Prosin không gây độc tính cấp và không ảnh hưởng đến  sự phát triển trọng lượng cơ thể, không độc với cơ quan tạo máu, không ảnh hưởng đến chức năng và mô bệnh học gan, thận của chuột cống trắng ở liều thử nghiệm.

Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học để phát triển nâng cao sản lượng và tạo ra các sản phẩm có giá trị là cần thiết. Ở Việt Nam cũng có một vài công trình công bố nghiên cứu về prodigiosin từ vi khuẩn S. marcescens nhưng cũng chỉ dừng lại ở phân lập tuyển chọn và đánh giá hoạt tính sản phẩm thu nhận được. Với sản phẩm tạo được của đề tài, hiện nay trên thị trường cũng chưa thấy một sản phẩm prodigiosin nào tương tự như sản phẩm của đề tài sản xuất ra đồng thời với lợi thế về chủng giống tạo được, nguồn nguyên liệu sử dụng cho lên men tách tinh sạch tạo chế phẩm prodigiosin ổn định, sẵn có trên thị trường và dễ mua, với kinh nghiệm, uy tín trong việc sản xuất các sản phẩm đã có uy tín trên thị trường phục vụ trong lĩnh vực y dược của Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụng sản xuất Thực phẩm chức năng, Học viện Quân y và các đơn vị phối hợp, việc đưa sản phẩm có chứa prodigiosin của đề tài hy vọng sẽ có chỗ đứng bền trên thị trường.

Thông qua Đề án Công nghệ sinh học trong công nghiệp chế biến để triển khai các nghiên cứu tạo ra các sản phẩm, đây là bước khởi đầu là tiền đề hỗ trợ cho các nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực công nghệ sinh học trong sản xuất để tạo ra các sản phẩm an toàn cho sức khỏe cộng đồng, góp phát triển kinh tế theo hướng bền vững thân thiện với môi trường.