Streptomyces là chi nổi tiếng nhất trong nhóm xạ khuẩn Actinomycetes (thuộc ngành Actinobacteria), được gọi là xạ khuẩn vì khuẩn lạc mọc theo hình phóng xạ. Vi khuẩn Streptomyces dạng sợi đơn bào, phân nhánh. Sợi xạ khuẩn gọi là khuẩn ti. Có 2 loại: Khuẩn ti khí sinh, vươn ra ngoài không khí, từ các sợi này tạo cuống sinh bào tử và sinh sản bằng bào tử vô tính. Khuẩn ti cơ chất, cắm sâu vào môi trường để thu nhận nước và chất dinh dưỡng. Khuẩn ti phát triển thành hệ khuẩn ti. Xạ khuẩn là nhóm có khả năng sinh các chất có hoạt tính sinh học quan trọng như các enzim, axit hữu cơ, đặc biệt là chất kháng sinh. Hầu hết các kháng sinh có trên thì trường là do xạ khuẩn sinh ra. Các kháng sinh có nguồn gốc từ xạ khuẩn có tính phổ kháng khá rộng. Là kháng sinh có tính chất chọn lọc. Khả năng kháng khuẩn của kháng sinh là một đặc điểm quan trọng để phân loại xạ khuẩn. Nhiều chủng xạ khuẩn có khả năng tổng hợp đồng thời 2 hay nhiều chất kháng sinh có cấu trúc hóa học và có tác dụng tương tự nhau. Quá trình sinh tổng hợp kháng sinh phụ thuộc vào cơ chế điều chỉnh đa gen, ngoài các gen chịu trách nhiệm tổng hợp kháng sinh, còn có các enzyme chịu trách nhiệm tổng hợp các tiền chất và cofactor.

Giống như hầu hết các Actinobacteria khác, Streptomyces là vi khuẩn Gram (+), bộ gen có tỉ lệ G-X cao. Vi khuẩn này được tìm thấy chủ yếu trong đất và thảm thực vật mục nát.

Một số hoạt chất và sản phẩm tiêu biểu từ xạ khuẩn:

• Thuốc kháng sinh: streptomycin, erythromycin, tetracyclin, neomycin, chloramphenicol, vancomycin, gentamicin.
• Thuốc kháng nấm: nystatin, amphotericin.
• Thuốc chống ung thư: doxorubicin, bleomycin, mitomycin.
• Thuốc ức chế miễn dịch: rapamycin.
• Thuốc diệt cỏ: bialaphos.

Các kháng sinh được sản xuất công nghiệp, dạng tinh khiết được sử dụng phổ biến ở nước ta:

-         Blastixindin do S. griseochromogenes.

-         Kasugamixin do S. kasugaensis.

-         Validamixin do S. hygroscopycus sinh ra.

Các kháng sinh này được dùng để chống các bệnh khô vằn, đạo ôn rất có kết quả.

Xạ khuẩn là vi sinh vật hoại sinh, không độc với sức khỏe con người, vật nuôi và môi trường, nên cũng được dùng để sản xuất chế phẩm. Các chủng có hoạt lực cao được nhân giống, sau đó chuyển sang nuôi trong môi trường xốp với nguyên liệu là than bùn, có bổ sung thêm đường và chất khoáng, nuôi ở 30 độ C, độ ẩm 50% trong năm ngày, sau đó sấy khô ở 50 độ C rồi đóng gói. Chế phẩm cũng được sử dụng như trên để chống nấm và vi khuẩn gây bệnh.

Đặc điểm xạ khuẩn Streptomyces

Streptomyces có cấu trúc giống nấm và một số người lầm tưởng Streptomyces là nấm. Nhánh của chúng có sự sắp xếp của các tế bào hình sợi thành một mạng lưới gọi là sợi nấm. Chúng có thể chuyển hóa các hợp chất khác nhau bao gồm: đường, rượu, acid amin, và các hợp chất thơm bằng cách sản xuất các enzyme thủy phân ngoại bào. Do gen của chúng lớn nên trao đổi chất của chúng cũng đa dạng, trong đó có hàng trăm nhân tố phiên mã kiểm soát biểu hiện gen, cho phép chúng đáp ứng nhu cầu cụ thể.

Streptomyces sinh bào tử, tạo mùi đặc trưng, là kết quả từ sản sinh geosmin trong quá trình chuyển hóa các chất.

·   Ứng dụng xạ khuẩn Streptomyces trong nuôi trồng thủy sản

Các nghiên cứu cho thấy rằng các thức ăn bổ sung Streptomyces có thể bảo vệ cá và tôm không bị nhiễm các mầm bệnh cũng như gia tăng sự phát triển của các sinh vật dưới nước.

Việc sản xuất một loạt các hợp chất hóa học phổ rộng của Streptomyces đã mang lại lợi thế về sản xuất các hợp chất đối kháng và kháng khuẩn tiềm năng mà có thể có giá trị để dùng làm chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản. Khả năng sản xuất các hợp chất đối kháng có thể giúp các chế phẩm sinh học cạnh tranh các chất dinh dưỡng và các địa điểm gắn bó trong vật chủ.

Khả năng sản xuất bacteriocins, siderophores, enzyme (protease, amylase, lipase), hydrogen peroxide và các axit hữu cơ đã được ghi nhận từ các chế phẩm sinh học dùng trong nuôi trồng thủy sản. You et al. (2005) ghi nhận một chủng Streptomyces. sinh ra siderophores hoạt động và cho rằng việc sử dụng Streptomyces sp có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của mầm bệnh Vibrio sp. bởi sự cạnh tranh đối với sắt trong môi trường nước.

Ngoài ra, Streptomyces cũng đã được chứng minh sản sinh các hợp chất ức chế và chất chuyển hóa có liên quan đến sự suy giảm của việc hình thành màng sinh học, hoạt động cảm biến chống lại các tác nhân gây bệnh (You et al., 2007) và các hoạt động chống độc lực vi khuẩn Vibrio sp. (Iwatsuki et al., 2008). Bên cạnh hiệu ứng ức chế vi khuẩn gây bệnh trong nuôi trồng thủy sản, Streptomyces cũng đã được ghi nhận có các hoạt động chống virus, đặc biệt đối với các virus gây hội chứng đốm trắng (WSSV; Jenifer et al, 2015).

·   Ứng dụng xạ khuẩn Streptomyces trong nông nghiệp

Việc sử dụng kháng sinh trong trồng trọt nhằm mục đích như chống bệnh do nấm gây ra trên rau quả và cây trồng, chống bệnh do vi khuẩn gây ra, diệt côn trùng và cỏ dại… kiềm chế các bệnh thực vật sinh ra từ đẩt.

So với thuốc hóa học, dùng các chất kháng sinh trong bảo vệ thực vật vừa có tác dụng nhanh, dễ phân hủy, có tác dụng chọn lọc cao, độ độc thấp không gây ô nhiễm môi trường, còn có khả năng ức chế các vi sinh vật đã kháng thuốc hóa học. Chất kháng sinh và dịch lên men các chủng sinh kháng sinh còn dùng xử lý các hạt giống với mục đích tiêu diệt nguồn bệnh ở bên ngoài và trong hạt, diệt bệnh cả ở các bộ phận nằm trên đất của cây và khử trùng đất.

Sự đối kháng giữa các vi sinh vật trong đất là cơ sở của biện pháp sinh học phòng chống bệnh cây. Sự có mặt của xạ khuẩn đối kháng trong đất làm giảm rõ rệt tỉ lệ mắc bệnh của cây. Thông thường một loại xạ khuẩn đối kháng có thể ức chế một vài loại nấm gây bệnh nhưng có những loài hoạt động rộng có thể ức chế nhiều tác nhân gây bệnh có trong đất.

Không phải tất cả có hoạt tính kháng nấm in vitro (trong ống nghiệm) đều thể hiện trong đất (khoảng 4 – 5 %) nhưng chúng có vai trò quan trọng trong việc ức chế nấm gây bệnh và ngăn ngừa khả năng nhiễm bệnh cho cây. Đây là quy luật cân bằng sinh học trong tự nhiên. Nếu sự cân bằng mất đi, lập tức sẽ nảy sinh ra bệnh khi trong đất có mầm gây bệnh.

Xạ khuẩn chống nấm ngoài việc tiết kháng sinh, còn tác dụng lên khu hệ vi sinh vật thông qua các enzyme phân giải. Ngoài ra, nhiều xạ khuẩn còn tiết ra chất sinh trưởng thực vật cũng như kích thích các khu hệ vi sinh vật có lợi trong vùng rễ.

Năm 2002 tại Ấn Độ đã phân lập được chủng Streptomyces sp. 201 có khả năng sinh kháng sinh mới là z – methylheptyl iso- nicotinate, chất kháng sinh này có khả năng kháng được nhiều loại nấm gây bệnh như Furasium oxysporum, F. solina…..

Ở Việt Nam cũng sử dụng nhiều chế phẩm kháng sinh trong bảo vệ thực nhập khẩu từ Trung Quốc hay Nhật Bản và đã phân lập được một số chủng xạ khuẩn có khả năng chống Pyricularia oryae gây bệnh đạo ôn và F. oxysporum gây bệnh thối rễ ở thực vật.