Hình 14.15: Cơng thức cấu tạo của Tetrodotoxin
14.3.3. Nguồn ngốc TTX trong tự nhiên
Những nghiên cứu gần đây của David Berkowitz (Mỹ) và Llona Kryspin–sorensen (Đan Mạch) đã cung cấp bằng chứng thuyết phục rằng TTX cĩ nguồn ngốc từ vi khuẩn. Cá nĩc sống trong mơi trường khơng sản xuất TTX cho đến khi chúng cộng sinh với vi khuẩn và tích luỹ dần TTX. Bạch tuộc nhẫn xanh được tìm thấy ở Asustralian tích luỹ dần TTX trong tuyến nước bọt đặc biệt và chất độc này cĩ nguồn gốc từ vi khuẩn.
Quá trình cộng sinh giữa vi khuẩn và động vật ở biển đã diễn ra từ rất lâu. Hàng triệu năm về trước, lồi cá nĩc đã lợi dụng sự cộng sinh trong khả năng thu nhận dịng natri để cĩ thể miễn nhiễm đối với tác động của TTX. Bên cạnh đĩ, cĩ những sự thích nghi tương tự ở các lồi sinh vật cĩ saxitoxin, ciguatera hay các loại chất độc khác. Người ta đã biết rằng, các chất độc cĩ liên hệ với tetrodotoxin và anhydrotetrodotoxin được tổng hợp bởi rất nhiều loại vi khuẩn khác nhau, bao gồm cả họ Vibrionaceae, q.v., Pseudomonas sp., và
Photobacterium phosphoreum. Giống như việc chăn thả các lồi ăn cỏ,
những động vật biển khơng xương sống cũng như cĩ xương sống tích lũy, chứa các vi khuẩn này trong cơ thể, cung cấp cho chúng một mơi trường vật chủ thích hợp, đồng thời, như một sự trao đổi, chúng nhận lại sự bảo vệ khỏi tác hại của các chất độc sinh học ở biển.
a. Nghiên cứu hiện nay về nguồn ngốc hố sinh của TTX
Vào lúc TTX mới được phát hiện, giáo sư Anderson (Peter A. V. Anderson Ph.D.) ở trường đại học Santa Barbara, California cho rằng, mối quan tâm đặc biệt đáng được chú ý là những dịng natri ở lồi sứa (Phylum Cnidaria) và những con sán lá (Phylum Platyhelminthe). Dịng natri trong cơ thể lồi sứa hồn tồn khơng bị ảnh hưởng bởi tác động ngăn chặn dịng natri của TTX, trong khi đĩ những con sán lá (thường được cho là lồi cĩ quan hệ gần gũi nhất với lồi cĩ sợi châm Cnidaria) thì nhạy cảm với TTX. Ngày nay, nếu dùng các kỹ thuật phát triển vơ tính phân tử để nhận thấy được những thay đổi cấu trúc đi kèm với sự tiến triển của sự thu nhận TTX. Các nhà khoa học đã phát triển vơ tính dịng natri từ lồi sứa và kết hợp cục bộ ở
lồi sán lá. Sự kết hợp axít amin của lồi sứa cũng đáng được chú ý như ở dịng natri của động vật cĩ vú mặc dù chúng đã tách ra khỏi đường tiến hĩa của động vật cĩ vú gần một tỷ năm về trước (hay nĩi cách khác, lồi sứa tiến hĩa chậm hơn động vật cĩ vú gần một tỷ năm). Sự giống nhau này cĩ nghĩa là đã cĩ những sự kiềm chế, đè nén dữ dội, khốc liệt trong sự phát triển của những dịng natri này – những sự kiềm chế cĩ thể giúp ta nhận ra được cấu trúc cơ bản của sự liên kết TTX.”.
b. TTX– Một sự cộng sinh tiến hố với những nguồn gốc cổ xưa
Nĩi về sự tiến hĩa và nguồn gốc của TTX, ta hãy xem nghiên cứu xuất sắc của William H. Light: “Một sự kết hợp giữa vi khuẩn sản xuất TTX và các sinh vật cao cấp hơn đem lại những thuận lợi rõ ràng cho cả đơi bên. Vi khuẩn cĩ được một nơi an tồn, thuận tiện để sinh sống, ăn và sinh sản. Cịn những sinh vật chủ thì sử dụng chất độc vào mục đích tấn cơng hay tự vệ hoặc cả hai. Lồi bạch tuộc “đeo nhẫn xanh” sử dụng TTX như một loại nọc độc hữu hiệu trong việc làm tê liệt, khĩa chặt con mồi và đồng thời là một cơng cụ phịng thủ rất hiệu quả. Khi bị sinh sự, quấy rầy, lồi sa giơng uốn cong cái lưng đen màu bồ hĩng của chúng lại, để lộ ra màu đỏ cam sáng ở bề mặt bụng (trong tự nhiên đỏ và đen thường là những màu cảnh báo cho biết một chất độc rất nguy hiểm hay lồi động vật cĩ độc). Những con cá nĩc chậm chạp vụng về thường được các con thú ăn mồi bỏ qua, nhưng nếu chúng khơng cĩ chất độc để phịng vệ thì rất dễ trở thành con mồi ngon béo bở cho các lồi ăn mồi. Lồi cá nĩc hổ Nhật Bản (Fugu rubripes) là đối tượng của quá trình nghiên cứu sự liên kết gen mạnh. Một sự biến đổi liên kết trong axít amin của dịng ion natri ở những lồi này dẫn đến khả năng miễn nhiễm của chúng khỏi bị trĩi buộc, phong tỏa bởi TTX. Thay đổi sự kết hợp acid amin của protein làm thay đổi cấu trúc, và vì thế thay đổi chức năng của nĩ. Q trình tự chuyển hĩa xuất hiện ở mọi thời điểm trong các quần xã sinh vật. Hầu hết những sự thay đổi như thế đều trung tính hoặc bất lợi cho sự sống sĩt của sinh vật, nhưng thỉnh thoảng cĩ thể tạo thuận lợi cĩ chọn lọc. Trong trường hợp của lồi F. rubripes, một sự thay đổi nhỏ đã cho phép chúng kết hợp với vi khuẩn sản xuất TTX vào trong các
mơ của chúng và lồi cá này sử dụng chất độc cho sự thuận lợi riêng của nĩ.”.
Cũng thật thú vị khi nhận thấy là chất độc TTX và chất độc ở các lồi giáp xác khác (saxitoxin) cĩ sự sao chép phân tử lẫn nhau. Chúng gần như làm ức chế dịng ion natri, khĩa chặt enzyme và gây ra những phản ứng sinh lý học giống nhau. Những phân tử này cho thấy ví dụ về sự hội tụ của sự tiến hĩa hĩa sinh, saxitoxin cĩ nguồn gốc từ vi khuẩn cyano ở biển và TTX từ những sinh vật nhân nguyên thủy (chưa cĩ nhân điển hình).