Anatoxin-a là gì?

Anatoxin-a, còn được gọi là Yếu tố gây chết rất nhanh ( VFDF ), là một alkaloid amin hai vòng và cyanotoxin thứ cấp có độc tính thần kinh cấp tính. Nó được phát hiện lần đầu tiên vào đầu những năm 1960 ở Canada và được phân lập vào năm 1972. Độc tố này được sản xuất bởi nhiều loại vi khuẩn lam và đã được báo cáo ở Bắc Mỹ, Nam Mỹ, Trung Mỹ, Châu Âu, Châu Phi, Châu Á và Châu Đại Dương. Các triệu chứng ngộ độc anatoxin-a bao gồm mất khả năng phối hợp , co cứng cơ , co giật và tử vong do liệt hô hấp. Phương thức hoạt động của nó là thông qua thụ thể acetylcholine nicotinic (nAchR), nơi nó bắt chước sự liên kết của phối tử tự nhiên của thụ thể, acetylcholine. Như vậy, anatoxin-a đã được sử dụng cho mục đích y tế để điều tra các bệnh đặc trưng bởi mức độ acetylcholine thấp. Do độc tính cao và khả năng hiện diện trong nước uống, anatoxin-a gây ra mối đe dọa cho động vật, bao gồm cả con người. Trong khi các phương pháp phát hiện và xử lý nước tồn tại, các nhà khoa học đã kêu gọi nghiên cứu thêm để cải thiện độ tin cậy và hiệu quả. Anatoxin-a không được nhầm lẫn với guanitoxin (trước đây là anatoxin-a(S)), một loại độc tố lục lam mạnh khác có cơ chế hoạt động tương tự như cơ chế hoạt động của anatoxin-a và được tạo ra bởi nhiều loại vi khuẩn lam giống nhau, nhưng không liên quan về mặt cấu trúc.

Anatoxin-a được phát hiện khi nào?

Anatoxin-a lần đầu tiên được phát hiện bởi PR Gorham vào đầu những năm 1960, sau khi một số đàn gia súc chết do uống phải nước từ Hồ Saskatchewan ở Ontario, Canada, nơi có chứa tảo nở hoa độc hại . Nó được phân lập vào năm 1972 bởi JP Devlin từ vi khuẩn lam Anabaena flos-aquae.

Anatoxin-a xuất hiện khi nào?

Anatoxin-a là một chất độc thần kinh được sản xuất bởi nhiều loại vi khuẩn lam nước ngọt được tìm thấy trong các vùng nước trên toàn cầu.  Một số vi khuẩn lam nước ngọt được biết là có khả năng chịu mặn và do đó, anatoxin-a có thể được tìm thấy ở cửa sông hoặc các môi trường mặn khác. Sự nở hoa của vi khuẩn lam tạo ra anatoxin-a trong số các loại độc tố lam khác đang gia tăng tần suất do nhiệt độ tăng, sự phân tầng và hiện tượng phú dưỡng do dòng chảy chất dinh dưỡng. Sự nở hoa của tảo lam gây hại cho vi khuẩn lam này , được gọi là cyanoHABs, làm tăng lượng độc tố xyanua trong nước xung quanh, đe dọa sức khỏe của cả sinh vật dưới nước và trên cạn. Một số loài vi khuẩn lam sản xuất anatoxin-a không tạo ra các bông hoa trên mặt nước mà thay vào đó tạo thànhthảm sinh vật đáy . Nhiều trường hợp động vật chết liên quan đến anatoxin-a đã xảy ra do ăn phải thảm vi khuẩn lam sinh vật đáy đã tách ra dạt vào bờ.

Anatoxin-một vi khuẩn lam sản xuất cũng đã được tìm thấy trong đất và thực vật thủy sinh. Anatoxin-a hấp thụ tốt vào các vị trí tích điện âm trong đất giàu chất hữu cơ giống như đất sét và yếu đối với đất cát. Một nghiên cứu cho thấy cả anatoxin-a liên kết và tự do trong 38% thực vật thủy sinh được lấy mẫu trên 12 hồ chứa Nebraskan, với tỷ lệ anatoxin-a liên kết cao hơn nhiều so với tự do. [số 8]

Nghiên cứu thực nghiệm đối với Anatoxin-a

Năm 1977, Carmichael, Gorham và Biggs đã thử nghiệm với anatoxin-a. Họ đưa vi khuẩn A. flos-aquae độc ​​hại vào dạ dày của hai con bê đực non, và quan sát thấy hiện tượng co giật cơ bắp và mất khả năng phối hợp xảy ra chỉ trong vài phút, trong khi cái chết do suy hô hấp xảy ra trong khoảng từ vài phút đến vài giờ.  Họ cũng xác định rằng thời gian hô hấp nhân tạo kéo dài không cho phép quá trình giải độc xảy ra và chức năng thần kinh cơ tự nhiên tiếp tục. Từ những thí nghiệm này, họ đã tính toán rằng liều gây chết tối thiểu qua đường miệng (MLD) (của tảo, không phải phân tử anatoxin), đối với bê là khoảng 420 mg/kg trọng lượng cơ thể. [

Cùng năm đó, Devlin và các đồng nghiệp đã phát hiện ra cấu trúc amin thứ cấp hai vòng của anatoxin-a. Họ cũng thực hiện các thí nghiệm tương tự như của Carmichael et al. trên chuột. Họ phát hiện ra rằng anatoxin-a giết chết chuột 2–5 phút sau khi tiêm vào màng bụng, trước đó là co giật, co thắt cơ, tê liệt và ngừng hô hấp, do đó có tên là Yếu tố gây tử vong rất nhanh. Họ xác định LD50 cho chuột là 250 µg/kg trọng lượng cơ thể.

Các thí nghiệm điện sinh lý được thực hiện bởi Spivak et al. (1980) trên ếch cho thấy anatoxin-a là chất chủ vận mạnh của loại cơ (α 1 ) 2 βγδ nAChR. Anatoxin-một chất ức chế thần kinh cơ khử cực gây ra, làm co cơ trực tràng của ếch, khử cực cơ sartorius của ếch, giải mẫn cảm và thay đổi điện thế hoạt động. Sau đó, Thomas và cộng sự, (1993) thông qua nghiên cứu của ông với tiểu đơn vị α 4 β 2 nAChR của gà biểu hiện trên tế bào M 10 của chuột và α 7 nAChR của gà biểu hiện trong tế bào trứng của Xenopus laevis , cho thấy anatoxin-a cũng là một chất chủ vận mạnh của nAChR tế bào thần kinh.

Độc tính của Anatoxin-a

Hiệu ứng

Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm sử dụng chuột cho thấy các tác động đặc trưng của ngộ độc cấp tính anatoxin-a qua tiêm trong màng bụng bao gồm co giật cơ , run, loạng choạng, thở hổn hển, tê liệt hô hấp và tử vong trong vòng vài phút. Cá ngựa vằn tiếp xúc với anatoxin – một loại nước bị ô nhiễm đã làm thay đổi nhịp tim.

Đã có trường hợp ngộ độc không gây chết người ở người uống nước từ suối và hồ có chứa nhiều loại vi khuẩn lam có khả năng tạo ra anatoxin-a. Ảnh hưởng của ngộ độc không gây chết người chủ yếu là đường tiêu hóa: buồn nôn, nôn, tiêu chảy và đau bụng.  Một trường hợp ngộ độc chết người đã được báo cáo ở Wisconsin sau khi một thiếu niên nhảy xuống ao bị nhiễm vi khuẩn lam.

Lộ trình tiếp xúc đối với Anatoxin-a

Bằng miệng

Nuốt phải nước uống hoặc nước giải trí bị nhiễm anatoxin-a có thể gây hậu quả chết người vì anatoxin-a được phát hiện là hấp thụ nhanh qua đường tiêu hóa trong các nghiên cứu trên động vật.  Hàng chục trường hợp động vật chết do ăn phải anatoxin – một loại nước bị ô nhiễm từ hồ hoặc sông đã được ghi nhận, và nó cũng được cho là nguyên nhân gây ra cái chết của một người. Một nghiên cứu cho thấy rằng anatoxin-a có khả năng liên kết với các thụ thể acetylcholine và gây ra tác dụng độc hại với nồng độ trong phạm vi phân tử nano (nM) nếu ăn phải.

Da

Tiếp xúc qua da là hình thức tiếp xúc có nhiều khả năng nhất với độc tố xyanua trong môi trường. Tiếp xúc giải trí với nước sông, suối và hồ bị nhiễm tảo nở hoa đã được biết là gây kích ứng da và phát ban. Nghiên cứu đầu tiên xem xét tác dụng gây độc tế bào trong ống nghiệm của anatoxin-a đối với sự tăng sinh và di cư của tế bào da người cho thấy rằng anatoxin-a không có tác dụng ở nồng độ 0,1 µg/mL hoặc 1 µg/mL và tác dụng gây độc yếu ở nồng độ 10 µg/mL chỉ sau một thời gian dài tiếp xúc (48 giờ).

Hít phải

Hiện không có dữ liệu về độc tính khi hít phải của anatoxin-a, mặc dù một vận động viên trượt nước đã bị suy hô hấp nghiêm trọng sau khi họ hít phải bình xịt nước có chứa một loại độc tố thần kinh của vi khuẩn lam, saxitoxin. Việc hít phải bình xịt nước có chứa anatoxin-a có thể gây ra hậu quả tương tự.

Cơ chế gây độc của Anatoxin-a

Anatoxin-a là một chất chủ vận của cả hai thụ thể acetylcholine nicotinic α 4 β 2 và α 4 nicotinic có trong CNS cũng như các nAchRs loại cơ (α 1 ) 2 βγδ có mặt ở điểm nối thần kinh cơ . [1] (Anatoxin-a có ái lực với các thụ thể loại cơ này lớn hơn khoảng 20 lần so với acetylcholine. Tuy nhiên, cyanotoxin có ít tác dụng đối với các thụ thể acetylcholine muscarinic; nó có độ chọn lọc thấp hơn 100 lần đối với các loại thụ thể này so với nAchRs. Anatoxin-a cũng cho thấy hiệu lực trong CNS ít hơn nhiều so với trong các mối nối thần kinh cơ. Ở các tế bào thần kinh vùng hồi hải mã và thân não, nồng độ anatoxin-a cần thiết để kích hoạt nAchRs cao gấp 5 đến 10 lần so với nồng độ cần thiết trong PNS.

Trong những trường hợp bình thường, acetylcholine liên kết với nAchRs trong màng tế bào thần kinh sau khớp thần kinh, gây ra sự thay đổi về hình dạng trong miền ngoại bào của thụ thể, từ đó mở ra lỗ chân lông của kênh. Điều này cho phép các ion Na + và Ca 2+ di chuyển vào tế bào thần kinh, gây khử cực tế bào và tạo ra điện thế hoạt động , cho phép co cơ. Chất dẫn truyền thần kinh acetylcholine sau đó tách ra khỏi nAchR, nơi nó nhanh chóng bị acetylcholinesterase phân cắt thành acetate và choline.

Anatoxin-a liên kết với các nAchR này gây ra tác dụng tương tự trong tế bào thần kinh. Tuy nhiên, liên kết anatoxin-a là không thể đảo ngược và phức hợp anatoxin-a nAchR không thể bị phá vỡ bởi acetylcholinesterase . Do đó, nAchR tạm thời bị khóa mở và sau một khoảng thời gian sẽ trở nên vô cảm. Ở trạng thái giải mẫn cảm này, các nAchR không còn cho phép các cation đi qua, điều này cuối cùng dẫn đến sự tắc nghẽn truyền dẫn thần kinh cơ.

Hai chất đồng phân đối ảnh của anatoxin-a, chất đồng phân đối ảnh dương , (+)-anatoxin-a, mạnh hơn 150 lần so với chất đồng phân đối ảnh âm tổng hợp, (-)-anatoxin-a. [20] Điều này là do (+)-anatoxin-a, cấu trúc s- cis enone, có khoảng cách 6,0 Å giữa nhóm nitơ và carbonyl của nó , tương ứng tốt với khoảng cách 5,9 Å phân tách nitơ và oxy trong acetylcholine.

Ngừng hô hấp , dẫn đến thiếu oxy cung cấp cho não, là tác động gây chết người và rõ ràng nhất của anatoxin-a. Việc tiêm anatoxin-a vào chuột nhắt, chuột cống, chim, chó và bê với liều lượng anatoxin-a gây chết người đã chứng minh rằng cái chết xảy ra trước một chuỗi các cơ co giật , giảm cử động, suy sụp, thở phì phò, tím tái và co giật . Ở chuột, anatoxin-a cũng ảnh hưởng nghiêm trọng đến huyết áp và nhịp tim, đồng thời gây nhiễm toan nặng.

Các trường hợp nhiễm độc đối với Anatoxin-a

Nhiều trường hợp động vật hoang dã và gia súc chết do anatoxin-a đã được báo cáo kể từ khi phát hiện ra nó. Chó nhà chết do độc tố cyanotoxin, được xác định bằng cách phân tích chất chứa trong dạ dày, đã được quan sát thấy ở Lower North Island ở New Zealand năm 2005, ở miền đông nước Pháp năm 2003, ở California của Hoa Kỳ năm 2002 và 2006, ở Scotland năm 1992, ở Ireland năm 1997 và 2005, ở Đức năm 2017 và 2020 Trong mỗi trường hợp, những con chó bắt đầu co giật cơ trong vòng vài phút và chết trong vài giờ. Nhiều trường hợp tử vong ở gia súc phát sinh từ việc tiêu thụ nước bị nhiễm vi khuẩn lam tạo ra anatoxin-a đã được báo cáo ở Hoa Kỳ, Canada và Phần Lan từ năm 1980 đến nay.

Một trường hợp ngộ độc anatoxin-a đặc biệt thú vị là trường hợp của những con hồng hạc nhỏ hơn ở Hồ Bogoria ở Kenya . Chất độc cyanotoxin, được xác định trong dạ dày và phân của các loài chim, đã giết chết khoảng 30.000 con hồng hạc vào nửa cuối năm 1999 và tiếp tục gây ra cái chết hàng loạt hàng năm, tàn phá quần thể chim hồng hạc. Chất độc được đưa vào cơ thể gia cầm thông qua nguồn nước bị nhiễm vi khuẩn lam phát sinh từ các suối nước nóng ở lòng hồ.

Tính ổn định và suy thoái của Anatoxin-a

Anatoxin-a không ổn định trong nước và các điều kiện tự nhiên khác, và khi có ánh sáng tia cực tím trải qua quá trình phân hủy quang học, được chuyển đổi thành các sản phẩm ít độc hơn dihydroanatoxin-a và epoxyanatoxin-a. Sự phân hủy quang học của anatoxin-a phụ thuộc vào độ pH và cường độ ánh sáng mặt trời nhưng không phụ thuộc vào oxy, cho thấy rằng sự phân hủy bởi ánh sáng không đạt được thông qua quá trình oxy hóa quang học.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng một số vi sinh vật có khả năng phân hủy anatoxin-a. Một nghiên cứu do Kiviranta và cộng sự thực hiện năm 1991 cho thấy chi vi khuẩn Pseudomonas có khả năng phân hủy anatoxin-a với tốc độ 2–10 μg/ml mỗi ngày.  Các thí nghiệm sau đó được thực hiện bởi Rapala và đồng nghiệp (1994) đã hỗ trợ những kết quả này. Họ đã so sánh tác động của trầm tích đã khử trùng và không khử trùng đối với sự phân hủy anatoxin-a trong suốt 22 ngày và nhận thấy rằng sau thời gian đó, các lọ chứa trầm tích đã khử trùng cho thấy mức độ anatoxin-a tương tự như khi bắt đầu thí nghiệm, trong khi lọ có trầm tích không khử trùng cho thấy giảm 25-48%.

Phát hiện Anatoxin-a thế nào?

Có hai loại phương pháp phát hiện anatoxin-a. Các phương pháp sinh học liên quan đến việc lấy mẫu cho chuột và các sinh vật khác thường được sử dụng trong thử nghiệm độc tính sinh thái, chẳng hạn như tôm ngâm nước muối ( Artemia salina ), ấu trùng của loài giáp xác nước ngọt Thamnocephalus platyurus và các ấu trùng côn trùng khác nhau. Các vấn đề với phương pháp này bao gồm việc không thể xác định liệu đó là anatoxin-a hay một chất độc thần kinh khác gây ra cái chết. Một lượng lớn vật liệu mẫu cũng cần thiết cho thử nghiệm như vậy. Ngoài các phương pháp sinh học, các nhà khoa học đã sử dụng phương pháp sắc ký để phát hiện anatoxin-a. Điều này rất phức tạp do sự phân hủy nhanh chóng của chất độc và thiếu các tiêu chuẩn thương mại sẵn có cho anatoxin-a.

Sức khỏe cộng đồng đối với Anatoxin-a

Mặc dù tần suất tương đối thấp của anatoxin-a so với các cyanotoxin khác, độc tính cao của nó (liều gây chết người chưa được biết đối với con người, nhưng ước tính là dưới 5 mg đối với nam giới trưởng thành) có nghĩa là nó vẫn được coi là một mối đe dọa nghiêm trọng đối với các sinh vật trên cạn và dưới nước, đáng kể nhất là đối với vật nuôi và con người. Anatoxin-a bị nghi ngờ có liên quan đến cái chết của ít nhất một người. [Mối đe dọa gây ra bởi anatoxin-a và các độc tố xyanua khác đang gia tăng khi cả phân bón chảy tràn, dẫn đến hiện tượng phú dưỡng ở các hồ và sông, đồng thời nhiệt độ toàn cầu cao hơn góp phần làm tăng tần suất và tỷ lệ nở hoa của vi khuẩn lam.

Quy định về nước đới với Anatoxin-a

Tổ chức Y tế Thế giới năm 1999 và Cục bảo vệ môi sinh Hoa Kỳ EPA năm 2006 đều đưa ra kết luận rằng không có đủ dữ liệu về độc tính của anatoxin-a để thiết lập mức tiêu thụ hàng ngày có thể chấp nhận được (TDI) chính thức, mặc dù một số nơi đã triển khai mức của riêng họ.

Hoa Kỳ

Mức tư vấn về nước uống

Anatoxin-a không được quy định theo Đạo luật Nước uống An toàn SDWA, nhưng các tiểu bang được phép tạo tiêu chuẩn riêng cho các chất gây ô nhiễm không được kiểm soát. Hiện tại có bốn tiểu bang đã thiết lập mức anatoxin-a trong nước uống như trong bảng dưới đây. Vào ngày 8 tháng 10 năm 2009, EPA đã công bố Danh sách Ứng cử viên gây ô nhiễm nước uống thứ ba (CCL) bao gồm anatoxin-a (trong số các chất độc cyanotoxin khác), chỉ ra rằng anatoxin-a có thể có trong hệ thống nước công cộng nhưng không được quy định bởi EPA. Sự hiện diện của Anatoxin-a trên CCL có nghĩa là nó có thể cần được EPA quy định trong tương lai, trong khi chờ thêm thông tin về ảnh hưởng sức khỏe của nó ở người.

Canada

Tỉnh Québec của Canada có Giá trị tối đa được chấp nhận trong nước uống đối với anatoxin-a là 3,7 µg/L.

New Zealand

New Zealand có Giá trị tối đa được chấp nhận cho nước uống đối với anatoxin-a là 6 µg/L.

Nguồn wikipedia.org