Nói đến vi sinh vật người ta thường nghĩ đến các loại vi trùng , virút , nấm gây bệnh hoặc làm hư hỏng thực phẩm, nguyên vật liệu…Thực ra số đó chiếm tỷ lệ rất nhỏ trong thế giới vi sinh vật mà cho đến nay chưa ai biết được trong thực tế có đến bao nhiêu triệu loài? Từ xa xưa người ta đã biết ứng dụng các vi sinh vật có ích. Ngay từ khoảng 2000-4000 năm trước Công nguyên người ta đã biết nấu rượu, làm giấm, làm tương, làm sữa chua, làm nở bột mỳ, làm bia đơn giản… Khoảng thế kỷ thứ 11 bắt đầu biết chủng đậu. Thế kỷ 12 biết chưng cất cồn. Thế kỷ 15 bắt đầu biết trồng nấm ăn. Vào khoảng 1880-1920 bắt đầu sản xuất acid lactic, men bánh mỳ, glycerin, acetone, butanol, amylase … Khoảng 1920-1940 bắt đầu sản xuất acid citric ,proteinase, riboflavin, sorbitol. Khoảng 19940-1950 bắt đầu sản xuất các chất kháng sinh như penicillin, tyrothricin, streptomycin, aureomycin, neomycin, amphotericin, cellulase, pectinase… Khoảng 1950-1960 bắt đầu sản xuất acid glutamic (để làm bột ngọt), lysine, terramycin, tetracyclin, erythromycin, kanamycin, nystatin, acid gluconic, peroxydase, gibberellin, glucose, protein đơn bào, acid salycilic… Khoảng 1960-1970 bắt đầu sản xuất acid gluconic, lipase, lactase, vancomycin, cephalosporin, ribostamycin, rifomycin, methicillin, gentamycin, các sản phẩm chuyển hóa steroid, lincomycin, các nucleotid (bột ngọt thế hệ mới), thuốc trừ sâu vi sinh…Khoảng 1970-1980 bắt đầu sản xuất bleomycin, adriamycin, vancomycin, acid aspartic, vitamin C, …Sau năm 1980 bắt đầu sản xuất cefatoxime, linozolid,phenylalanin, chế phẩm ức chế enzim…

Tất cả những sản phẩm lên đến vài trăm loại đó chỉ được coi là các sản phẩm lên men truyền thống và lên men cận đại. Nếu như năm 1928 khi Fleming phát hiện ra Penicillin từ nấm Penicillium notatum thì phải sau 27 năm mới được đưa vào sản xuất với hiệu suất chỉ có 40U/ml thì hiện nay việc sản xuất penicillin đã lên đến 90 000 U/ml (U là đơn vị), hoạt tính của chủng sản xuất đã tăng lên đến 2000 lần, độ thuần khiết lúc đầu chỉ khoảng 20% nhưng hiện nay đã nâng lên đến 99,9%. Công nghệ lên men đã phát triển đến mức rất cao với những nồi lên men với dung tích trên dưới 1 triệu lít (!), với các kỹ thuật cải tiến không ngừng- từ lên men từng mẻ (batch) chuyển sang lên men theo mẻ nhưng có bổ sung giống (fed batch), rồi đến lên men liên tục (chemostat) và gần đây là lên men chảy tràn (perfusion).

Các xạ khuẩn sinh kháng sinh thường gặp (ảnh trên) và loài xạ khuẩn mới đã phân lập được trong đại dương

Bước ngoặt của Công nghệ sinh học (CNSH) cũng là kỷ nguyên mới của sinh học bắt nguồn từ năm 1953 khi Watson (1928-) và Crick (1916-2004) khám phá ra cấu trúc củaADN, vật chất quyết định tính di truyền của mọi loài sinh vật .

Sau đó Boyer và Cohen đã thành công trong việc chuyển một gen mới vào tế bào vi khuẩn Escherichia coli, mở đầu cho kỷ nguyên Công nghệ di truyền (genetic engineering) hay còn gọi là Cuộc cách mạng về ADN tái tổ hợp (recombinant DNA revolution).Ngoài vi khuẩn E.coli ra người ta còn sử dụng nấm men rượu Saccharomyces cerevisiae để tiếp nhận các gen mới và tạo nên các vi sinh vật mang gen tái tổ hợp. Chúng chỉ là những vi sinh vật đã được nghiên cứu kỹ lưỡng về bản đồ di truyền nên được sử dụng như một công cụ để sản xuất ra các loại protein quý giá mà gen quy định protein đó đã được tái tổ hợp vào trong tế bào của chúng. Từ đó mở ra sự phát triển như vũ bão của CNSH . Hàng vạn Công ty được thành lập khắp mọi nơi và thu được những khoản lợi nhuận khổng lồ. Trong hội thảo thường niên của các nhà vi sinh học Châu Á vừa họp vào tháng 11 vừa qua (ACM-4) tại Indonesia GS Michael Goodfellow- khách mời của hội thảo đã cho biết hiện nay riêng về kháng sinh người ta đã tìm thấy được từ Xạ khuẩn 8700 loại (100-120 loại đã được sử dụng ), từ các Vi khuẩn khác 2900 loại (10-12 loại đã được dùng) và từ Nấm 4900 loại (30-35 loại đã được sử dụng) . Ngoài ra còn phát hiện được rất nhiều loại sản phẩm trao đổi chất khác có hoạt tính sinh học và có thể phục vụ cho rất nhiều lĩnh vực khác nhau (y học, trồng trọt, chăn nuôi, thú y, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp khai khoáng, công nghiệp dầu mỏ, bảo vệ môi trường…) . Trong số này có 900 sản phẩm từ Xạ khuẩn, 1400 sản phẩm từ các Vi khuẩn khác và 3700 sản phẩm từ Nấm.         

Nổi bật nhất là các sinh dược phẩm (biopharmaceuticals). Đó là insulin, kích tố sinh trưởng người (HGH), nhân tố tương quan dến kích tố sinh trưởng (GHRF),interferon (IFFNα, IFNβ, IFNγ ) lymphokine, interleukin-2, interleukine-3,nhân tố kích hoạt đại thực bào (MAF), nhân tố sinh trưởng tế bào-B (B-cell GF), streptokinase, urokinase, nhân tố kích hoạt plasmonogen mô, thymosis, albumin, nhân tố máu (BF) eythropoietin, thrombopoietin, nhân tố kích thích tạo tập đoàn (CSF, G-CSF), kích tố giải phóng gonadotropin (GnRH), ganodotropin kỳ mãn kinh (MGn), calcitonin, nhân tố sinh trưởng biểu bì (EGF), nhân tố hoại tử khối u (TNF), α-11 antitrypsin, atrial natriuetic peptide, kháng thể đơn dòng (MABs). Gene chip. các loại vaccine, kháng sinh ,aminoacid thế hệ mới sản xuất bằng các vi sinh vật mang gen tái tổ hợp …Tôi đã đến thăm nhiều Công ty CNSH rất lớn ở Hoa Kỳ ,Nhật, Đức, Bỉ, Hà Lan, Thái Lan,Trung Quốc…và thấy họ thu được lợi nhuận quá lớn ngay cả khi chỉ với những nồi lên men không lớn lắm. Tất nhiên với các hãng dược phẩm nổi tiếng thì các nồi lên men phải leo lên tầng gác thứ 5 mới nhìn thấy (qua hai lớp kính) nóc những nồi lên men khổng lồ đặt trong các phân xưởng tuyệt đối vô trùng và nhân viên được trang bị như các phi hành gia vũ trụ (!)

Vậy trước một tình huống, một xu thế như vậy chúng ta nên nghĩ thế nào về nền CNSH ở nước ta?. Có thể nói chúng ta chưa làm được cả các sản phẩm lên men đơn giản nhất như acid citric (thay chanh), acid acetic (thay giấm),aceton, butanol, glycerine… những sản phẩm của thế kỷ 19 (!). Chúng ta đứng thứ 13 trên thế giới về dân số nhưng cho đến nay hoàn toàn nhập khẩu các loại vitamin và thuốc kháng sinh (!).Tuy nhiên chúng ta đã có những nhà máy lên men khổng lồ và rất hiện đại để sản xuất bột ngọt, lysine và bia. Đáng tiếc hầu hết là của nước ngoài hoặc liên doanh với nước ngoài. Chúng ta có thể tự hào về hệ thống lên men sản xuất các loại vaccine đạt trình độ quốc tế ở Hà Nội, Nha Trang, Đà Lạt, TP Hồ Chí Minh. Còn các sản phẩm khác thì sao? Chúng ta không thể đi theo bước chân của các nước đi trước, vì sản phẩm gì làm ra cũng chỉ với lượng nhỏ bé và chắc chắn với giá thành cao hơn rất nhiều lần so với nhập khẩu. Ai cũng thấy không có nhà máy sản xuất chất kháng sinh là vô lý, nhưng với tình trạng kháng thuốc nhanh chóng như hiện nay thì liệu ta biết bắt đầu với loại kháng sinh gì và giá thành sẽ cao hơn đến đâu?

Tuy nhiên phải thấy rằng nguyên liệu để làm ra các loại sản phẩm CNSH quý giá từ vi sinh vật chủ yếu chỉ là gỉ đường (phụ phẩm của các nhà máy đường) và tinh bột sắn. Quan niệm cho rằng trồng sắn thì hỏng đất, chế biến sắn thì hỏng môi trường chỉ đúng khi trồng sắn theo phương thức lạc hậu (không bón phân, không tưới nước) và xử lý môi trường ở các cơ sở chế biến sắn một cách phản khoa học. Chúng ta còn nhiều đất trống đồi trọc, nguyên liệu để phục vụ các nhà máy sản xuất các sản phẩm quý giá nhờ vi sinh vật còn rất rộng lớn. Chúng ta tuy là một nước nghèo nhưng lại vô cùng giàu có về tính đa dạng vi sinh vật.

Trong Chương trình ACM hợp tác với các nước Châu Á năm nào Việt Nam cũng tìm được không ít các loài vi sinh vật mới về khoa học và không thể thiếu các loài có giá trị kinh tế cao. Năm 2009 ACM-6 đã có quyết định tổ chức tại Việt Nam chính vì những cố gắng có hiệu quả của các nhà vi sinh vật học Việt Nam trong việc vừa phát hiện loài mới vừa tìm cách ứng dụng có hiệu quả vào nhiều lĩnh vực kinh tế quan trọng (làm mất mùi rác và chế biến rác hữu cơ thành phân bón chất lượng cao, xử lý nước thải, sản xuất thực phẩm lên men truyền thống có giá trị xuất khẩu, sản xuất phân vi sinh vật cho cây họ Đậu, sản xuất thạch dừa để làm chất kết dính gỗ, sản xuất một số enzim đắt tiền bằng kỹ thuật tái tổ hợp, sản xuất các chế phẩm kiểm định vi sinh vật có hại và nhất là các thành tựu to lớn trong lĩnh vực y học dự phòng…).      

Việc Nhà nước cho phép thành lập Viện Vi sinh vật học và CNSH (IMBT,trực thuộc ĐHQG Hà Nôi) cùng với việc Việt Nam gia nhập Liên hiệp các Hội vi sinh vật học quốc tê (IÚM) và chuẩn bị gia nhập Liên đoàn thế giới bảo quản vi sinh vật (WFCC) là những tiền đề rất mới để đẩy mạnh CNSH theo hướng sản xuất các sản phẩm đắt tiền và có giá trị ứng dụng hoặc giá trị xuất khẩu cao từ vi sinh vật. Đại học Liège vừa ký kết liên doanh cùng sản xuất với IMBT những sản phẩm chất lượng cao phục vụ trong nước và xuất khẩu… Tất cả đang mở ra một giai đoan mới của thời kỳ mở cửa và hội nhập quốc tế về CNSH vi sinh vật.

Trong một tương lai không xa chúng ta hy vọng sẽ chứng kiến một nền công nghiệp vi sinh vật (microbiological industry) của Việt Nam mà tất nhiên quy mô còn lớn hơn nhiều lần so với là bia và bột ngọt!

In bài viết