Cách phát hiện và loại bỏ độc tố

2.5 Độc tố của tảo

2.5.2 Cách phát hiện và loại bỏ độc tố

 Kỹ thuật PCR [10]

Ngày nay, kỹ thuật phân tử được áp dụng trên các môi trường biển để phát hiện nhanh chóng, cụ thể và nhạy cảm hơn những vi tảo độc hại. Hơn nữa cần xác định số lượng loài cụ thể trong hiện tượng HABs, tránh mất thời gian hơn so với phương pháp truyền thống (sử dụng kính hiển vi). Người ta đã nghiên cứu các gen trong đó có chuỗi dữ liệu lớn và hữu ích để đánh giá sự biến đổi gen trong gen mã hóa hoặc không mã hóa để thiết kế mồi oligonucleotide hoặc các đầu dò cụ thể để kiểm tra từng sinh vật trong HABs. Các xét nghiệm phân tử cũng được dùng để xác định đơn vị phân loại thực vật phù du (sinh vật gây độc cho biển) liên quan đến mức độ biến đổi di truyền trong một loài hay chi hoặc nhóm.

Loài được xác định dựa trên sự phân kỳ phân tử hoặc tích lũy các đột biến giữa các cá thể đơn lẻ hoặc nhóm cá thể trong lựa chọn mã hóa hay các vùng không mã hóa của hạt nhân hoặc bộ gen. Khái niệm này cũng được dùng để phân tích sự phát sinh loài.

Cùng với những tác hại do hiện tượng HABs gây ra ngày càng tăng trên thế giới mà bao gồm nhiều nguyên nhân trong đó phần lớn là do con người. Do đó việc nghiên cứu, giám sát để có thể thiết kế được một hệ thống cảnh báo sớm phát hiện các loài độc hại là hết sức cần thiết.

30

Trong đó phương pháp phân tử để phát hiện các loài HABs được sử dụng rất phổ biến trong các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới. Không có quy chuẩn cụ thể trong việc chọn loại đầu dò để tiến hành thí nghiệm và phát hiện loài trong hiện tượng HABs. Mà việc lựa chọn đầu dò cũng như kỹ thuật cho một loài nhất định thường dựa vào nền tảng kỹ thuật và trang thiết bị phòng thí nghiệm có sẵn. Những phương pháp phân tử tiên tiến để phát hiện và giám sát các HABs có thể áp dụng cùng với phương pháp truyền thống hoặc tạo thành các phương pháp thay thế cho những phương pháp truyền thống. Đối với phương pháp truyền thống phụ thuộc vào kính hiển vi, việc phân tích độc tố và các sắc tố tốn thời gian và đòi hỏi người tiến hành thử nghiệm phải có chuyên môn và kỹ năng cao. Các kỹ thuật phân tử hiện nay nhiều thuận lợi bao gồm nhanh hơn, chính xác hơn và phát hiện được nhiếu loài hơn mà yêu cầu về chuyên môn của người làm thí nghiệm không cao lắm, đồng thời các phương pháp hiện đại cho phép kiểm tra được nhiều mẫu hơn.

Trên thực tế, dựa trên kỹ thuật PCR có thể phát hiện được nhiều loài thực vật phù du mà nếu dùng kính hiển vi thì không thể phát hiện được, đồng thời khi nồng độ tế bào thấp hoặc trong mẫu môi trường có chứa hỗn hợp nhiều loài khác nhau thì phương pháp này vẫn chiếm ưu thế hơn. Phương pháp PCR luôn được thực hiện cùng với phương pháp quan sát bằng kính hiển vi. Khi quan sát với kính hiển vi người ta có thể nhận dạng được loài có hại xuất hiện trong mẫu sau đó tiến hành với PCR để nhận diện chính xác loài có hại đó. Các tế bào mục tiêu có thể được phát hiện trong các mẫu môi trường có chứa hỗn hợp quần thể sinh vật phù du ngay cả khi nồng độ thấp và tế bào dưới giới hạn phát hiện của kính hiển vi và cả khi loài mục tiêu không phải là sinh vật chính trong hệ sinh vật phù du. Nói chung kỹ thuật PCR cho kết quả cao hơn so với khi dùng kính hiển vi. Trong trường hợp của Ostreopsis spp việc xác định O. ovata và O. siamensis có thể được xác nhận chỉ bằng phân tích PCR, do sự biến đổi hình thái của những loài này.

 Sử dụng các cảm biến axit nucleic [13]

Một hệ thống cảm biến sinh học cầm tay để phân tích tại chỗ của tảo độc hại đã được phát triển trong dự án EU ALGADEC. Xác định tảo độc hại dựa trên thăm dò phân tử mà cụ thể là rRNA mục tiêu của nó. Một sandwich-hybridization và 2 đầu dò gắn nhãn được sử dụng để phát hiện các rRNA. Một đầu dò cố định trên cảm biến sinh học này, liên kết với RNA-sợi phân lập từ các sinh vật mục tiêu. Còn đầu dò thứ 2 là digoxigen cũng liên kết với các sợi

31

RNA. Sau khi ủ với một phức hợp kháng thể chống lại enzyme digoxigenin, thêm chất nền và một phản ứng khử oxy hóa-diễn ra. Các kết quả cho thấy tín hiệu điện và số lượng RNA tỷ lệ thuận với nhau. Việc thích ứng với các cảm biến và các xét nghiệm đặc hiệu thăm dò được thực hiện bằng cách sử dụng các chủng phòng thí nghiệm với các loài liên quan chặt chẽ để tránh dương tính giả và để đảm bảo rằng chỉ có các chủng mong muốn được phát hiện. Trong một dự án mới, các thiết bị ALGADEC sẽ được tự động hoá, tối ưu hóa và thực hiện thành một hệ thống FerryBox.

Phương pháp kính hiển vi có thể xác định số lượng các loài vi tảo ở cấp ngành hoặc chi. Tuy nhiên, việc xác định các loại tảo đơn bào đòi hỏi một kiến thức rộng về phân loại, bởi vì các chủng độc và không độc hại có thể thuộc về cùng một loài và do đó chúng có hình thái giống nhau (ví dụ: Alexandrium tamarense…). Do đó, một giám sát được tiến hành để cải thiện sao cho phương pháp phát hiện trở nên nhanh chóng và đếm được chính xác số tảo độc hại là rất quan trọng bởi vì các phương pháp theo dõi dựa trên kính hiển vi ánh sáng tốn nhiều thời gian và công sức nếu như có nhiều mẫu.

Đối với các đầu dò phải thường xuyên kiểm tra vì theo thời gian cùng với sự thay đổi của môi trường ở từng khu vực có thể phát sinh loài mới (trong nhánh) khi đó phải thiết kế mồi mới thì mới có thể phát hiện được loài này. Đồng thời cũng phải thường xuyên kiểm tra lại bằng cách dùng BLAST.

Sandwich hybridization đại diện cho một phương pháp thăm dò dựa trên DNA (RNA) để xác định mục tiêu nhanh chóng. Sử dụng 2 đầu dò là oligonucleotide còn mục tiêu là rRNA. Một đầu dò gắn cố định vào bề mặt rắn và gắn bổ sung với rRNA mục tiêu, còn đầu dò thứ 2 cũng gắn vào rRNA mục tiêu nhưng nó có thêm kháng thể enzyme phản ứng với chất nền hình thành nên dòng điện.

 ELISA (cảm biến để kiểm tra chất độc của tảo đối với thủy sản) [12]

Để đối mặt với nguy cơ nhiễm độc rất cao của hải sản, thủ tục nhanh chóng phân tích dựa trên việc sử dụng điện cảm biến miễn dịch dùng một lần để phát hiện phycotoxins, gần đây đã phát triển và áp dụng trực tiếp trong các mẫu động vật có vỏ sau khi khai thác. Những nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào các axit domoic (DA) và saxitoxin (STX). DA là chất

32

độc gây ra hiện tượng mất trí nhớ của con người (ASP), trong khi STX là tác nhân gây hội chứng ngộ độc bại liệt (PSP). (cả hai đều không mùi và không vị).

Nói chung cùng với sự phát triển của khoa họa kỹ thuật ngày nay người ta đã nghiên cứu rất nhiều phương pháp để phát hiện tảo độc hại chủ yếu là phải có ưu thế nhanh chóng và tiện dụng. Phần ở trên chỉ dừng ở những phương pháp chung nhất phổ biến cho các phòng thí nghiệm điều này cũng không tránh khỏi các phương pháp trên đã khá “lỗi thời” so với hiện nay.

b. Loại bỏ độc tố

 Phương pháp SPE (solid-phase extraction)

Phương pháp này chỉ dừng ở mức độ chiết xuất các độc tố từ động vật có vỏ hay từ môi trường bị nhiễm độc bởi tảo để phân tích chất độc đó. Việc phân tích độc tố bao gồm xác định cấu trúc và tính chất đặc trưng của nó để có những hướng xử lý phù hợp cho từng độc tố cụ thể. Đây là việc làm thiết thực xong thực tế cho thấy phương pháp này tốn nhiều thời gian, công sức và tiền bạc hơn nữa lượng độc tố tồn tại trong các đối tượng trên là tương đối thấp.

Trong phương pháp này người ta tiến hành qua một bước lọc để giải phóng chất độc trong tế bào ở dạng không hòa tan sau đó các độc tố mới được hấp thụ ở cột chất lỏng. SPE tiến hành chiết xuất được acid okadaic (OA) và dinophysistoxin-2 (DTX-2). Cùng với các nghiên cứu sau này phương pháp SPE đã được đơn giản hóa hơn và áp dụng để chiết xuất được các độc tố sau azaspiracids, pectenotoxins, spirolides và microcystins. Đồng thời đây cũng là phương pháp hữu ích trong việc thu nhận ở quy mô lớn những sản phẩm có hoạt tính sinh học từ môi trường biển và nước ngọt.

 Xử lý nước có chứa độc tố của vi khuẩn lam:

Hiện nay nguồn nước uống thường bị nhiễm độc tố do vi khuẩn lam sản xuất ra đã gây không ít trở ngại cho việc cung cấp nước sạch cho người dân, bên cạnh đó nếu sử dụng với nồng độ tới hạn sẽ gây ra bệnh về gan, thận và thần kinh cho con người như đã đề cập ở trên. Vi khuẩn lam theo phân loại có khoảng 150 chi với khoảng 2000 loài và có ít nhất 40 loài trong số này sinh độc tố gây độc. Do đó mà vấn đề xử lý nguồn nước bị nhiễm Cyanobacteria đã được các nhà khoa học quan tâm hơn cả và đề ra một số biện pháp xử lý như sau: xử lý bằng

33

Clo, phương pháp siêu lọc… nhưng có thể phương pháp xử lý bằng Ozon được đánh giá là hiệu quả nhất. Tuy nhiên nếu lượng độc tố là quá lớn thì việc xử lý sẽ hạn chế do đó gây nguy hiểm cho người sử dụng.

Việc khó khăn trong vấn đề xử lý là tất cả các độc tố do Cyanobacteria sản xuất ra (cyanotoxins) đều tan trong nước. Có thể dựa vào hiện tượng đông tụ để xử lý bằng cách cho các hóa chất như clorua sắt hoặc sulfat nhôm vào để làm keo tụ các tế bào Cyanobacteria trong nước, sau đó dễ dàng loại bỏ hơn. Hiệu quả của phương pháp này phụ thuộc rất nhiều vào việc tối ưu hóa liều lượng các chất trên và pH keo tụ. Đồng thời trong quá trình đông tụ các tế bào này vẫn có thể sản sinh ra chất độc.

Còn đối với phương pháp tuyển nổi chất hòa tan (DAF) thì mỗi loài Cyanobacteria lại phải có cách xử lý khác nhau. Tuy nhiên trong một nhà máy xử lý nước thì người ta thường kết hợp nhiều phương pháp khác nhau để có hiệu quả tốt nhất. Việc kết hợp như sau: tiền xử lý vôi, lắng lọc bằng cát. keo tụ với FeCl3, xử lý với Clo và lọc than hoạt tính. Độc tính của mẫu sau đó được đem thử nghiệm với chuột và thấy các phương pháp Clo hóa, keo tụ hoặc lọc cát không thể phá hủy được độc tố. Chỉ có bước cuối cùng đó là lọc bằng than hoạt tính dạng bột (PAC) với tỷ lệ 1:10 đến 1:100 (độc tố: than hoạt tính) thì có thể loại bỏ được nồng độ độc tới 3 μg/ml. Tuy nhiên việc sử dụng than hoạt tính lại hình thành màng sinh học và làm giảm đáng kể khả năng hoạt động của bộ lọc để hấp thu chất độc. Hơn nữa với nồng độ 0,15μg microcystinLR/L và một ít microcystin sẽ được loại bỏ nếu dùng than hoạt tính với sự hiện diện của màng sinh học hoặc chất hữu cơ tự nhiên.

Lọc là phương pháp thường sử dụng sau khi keo tụ nhưng lại không hiệu quả trong việc loại tế bào Cyanobacteria. Và việc xử lý đòi hỏi phải thường xuyên rửa bộ lọc nếu không độc tố có thể tiếp tục được sinh ra trong thiết bị (do vẫn còn chứa các tế bào Cyanobacteria) khi đó chẳng những không lọc được độc tố sau này mà còn làm gia tăng thêm. Hơn nữa phương pháp này không làm giảm đáng kể độc tố. Phương pháp lọc Clo: được xem là không thực sự hiệu quả. Mặc dù đã được kiểm tra nồng độ độc tố ở mức an toàn nhưng khi cho thử nghiệm với chuột thì chuột vẫn bị tổn thương gan. Và người ta dự đoán rằng do độc tính bán cấp tức là việc lọc độc tố chưa hoàn toàn dẫn đến hình thành những sản phẩm phụ do quá trình Clo hóa.

34

Xử lý bằng tia UV: Microcystins rất ổn định dưới ánh sáng mặt trời tự nhiên trong khi với tia cực tím UV nó lại bị phân hủy. Kết hợp với xúc tác TiO2 và tia UV có thể phân hủy nhanh chóng microcystin-LR,-YR, và YA trong vòng chưa tới 5 phút. Hiệu quả của phương pháp này chủ yếu dựa vào tải trọng hữu cơ của nước.

Phương pháp mới xuất hiện gần đây là vi lọc (MF) và siêu lọc (UF). Phương pháp này cũng chưa được nghiên cứu một cách kỹ lưỡng song hiệu quả của nó nhìn chung là cao. Người ta không phát hiện được chất độc sau khi lọc. Từ đây người ta có thể hi vọng một màng nano với kích thước lỗ nhỏ và trong lượng phân tử thấp.

Ozon hóa: ở các nước châu Âu và Bắc Mỹ từ lâu người ta đã biết sử dụng ozon để khử trùng, loại bỏ màu sắc hoặc khử mùi. Trong những năm gần đây các nhà nghiên cứu đã sử dụng ozon trong xử lý nước. Ozon tấn công vào gốc tự do và những nguyên tử mang điện tích âm như N, P, O và C. Ozon là một trong những tác nhân oxy hóa mạnh nhất và tiềm năng của nó để phá hủy chất độc Cyanobacteria đã được điều tra trong 10 năm qua. Điều đặc biệt là người ta nhận thấy microcystin giảm xuống chỉ sau 2 giây ozon hóa. Phản ứng của ozon với nodularin cũng xảy ra rất nhanh. Phản ứng oxy hóa của ozon với độc tố Cyanobacteria luôn cạnh tranh với các hợp chất hữu cơ khác trong nước. Kết quả là, các chất hữu cơ tự nhiên là một trong những yếu tố quan trọng nhất để xem xét về động lực học chất độc.

Nói chung việc xử lý độc tố vi tảo ở quy mô lớn, quy mô công nghiệp chủ yếu là xử lý nước có chứa độc tố của vi khuẩn lam còn đối với những độc tố khác chỉ dừng ở mức độ chiết xuất để lấy mẫu nghiên cứu.