4. Ngộ độc nhuyễn thể gây mất trí nhớ (ASP)
4.3.1. Các sinh vật nguồn
153
ASP đã được ghi nhận lần đầu tiên vào năm 1987 tại đảo Hoàng tử Edward ở Canada và độc tố gây ra hội chứng này được xác định là DA ( Bates và cộng sự, 1989). DA đã được phân lập trong những năm 1950 từ tảo đỏ Chondria armata (Ravn, 1995). Hai thập kỷ sau, DA được phát hiện trong các tảo đỏ Địa Trung Hải Alsidium corallinum (Todd, 1993). Một loài tảo cát, Amphora coffaeformis, cũng sản sinh DA (Lundholm và cộng sự, 1994).
Nguồn gốc của DA trong vụ ngộ độc ASP đầu tiên vào năm 1987 đã được mặc nhiên công nhận là do tảo đỏ Chondria baileyana, một loài được tìm thấy ở vùng biển Prince Edward Island. Tuy nhiên, tảo cát Pseudo-nitzschia pungens f.
multiseries được chỉ ra là loài sản sinh DA. Sự bùng phát ngộ độc thực phẩm ở người đã được truy xuất tới nguồn gây độc là vẹm xanh nuôi (Mytilus edulis) bị nhiễm độc với sự nhận dạng của Pseudo-nitzschia pungens f. multiseries (Bates và cộng sự, 1989).
DA được sản sinh bởi Pseudo-nitzschia pungens f. multiseries trong môi trường nuôi cấy cũng như trong điều kiện tự nhiên (Hasle và Fryxell, 1995). Trong Vịnh Fundy ở phía tây nam của Canada, Pseudonitzschia pseudodelicatissima là sinh vật sản sinh DA làm cho lượng DA trong nhuyễn thể hai mảnh vỏ tăng đến mức không được phép tiêu thụ ở người (Martin và cộng sự, 1993).
Một điều khác thường là phân lập P. pseudodelicatissima từ vịnh Galveston (Texas), vịnh Massachusetts (Massachusetts), vịnh Monterey (California) cũng như từ Đan Mạch và Úc đã không sản sinh DA thành công (Bates, 2000).
ASP cũng xuất hiện ở bờ biển phía Tây của Hoa Kỳ gây ra cái chết của bồ nông và chim cốc sau khi ăn cá cơm bị nhiễm độc DA. Trong khu vực đó, tảo Pseudo-nitzschia pennate australis được coi là nguồn sinh độc tố (Wright và Quilliam, 1995). Pseudo-nitzschia australis sản sinh DA trong môi trường nuôi cấy và cả trong điều kiện tự nhiên (Hasle và Fryxell, 1995).
Cả hai loài Pseudo-nitzschia delicatissima (syn. Nitzschia actydrophila) và Pseudo-nitzschia seriata đều được ghi nhận là đã sản sinh DA trong điều kiện nuôi cấy (Hasle và Fryxell, 1995). Pseudo-nitzschia pungens và Pseudo-nitzschia multiseries (syn. P. f. pungens multiseries) hiện nay được coi là loài riêng biệt bởi vì chúng có những khác biệt về hình thái học và di truyền (Wright và Quilliam, 1995).
Rhodes và cộng sự (1998) báo cáo đã phát hiện DA trong môi trường nuôi cấy của Pseudo-nitzschia fraudulenta và Pseudo-nitzschia turgidula có nguồn gốc từ New Zealand. P. multistriata đã được tìm thấy ở vùng biển Nhật Bản (Bates, 2000), nhưng phân lập từ Vịnh Naples gần đây cũng cho thấy khả năng sản xuất DA (Sarno và Dahlmann, 2000).
Kotaki và cộng sự (2000) báo cáo đã phân lập được một loài tảo sản xuất DA từ một ao nuôi tôm ở Việt Nam, mà sau này được xác định là Nitzschia navis-
154
varingica (Lundholm và Moestrup, 2000). Kotaki và cộng sự (2000) đã so sánh lượng tế bào DA của Nitzschia navis DA-varingica với DA sản sinh từ loài Pseudo-nitzschia. Khi so sánh lượng tế bào DA của Nitzschia navis-varingica với P. multiseries và P. seriata thì thấy lượng này ít hơn trong P. australis, nhưng nhiều hơn ở P. turgidula và P. pungens.
4.3.2 Các điều kiện cần thiết để phát triển.
Các đợt nở hoa của Pseudo-nitzschiac độc có thể trở thành hiện tượng xuất hiện định kỳ, và cần thiết phải xác định xem có thể dự báo được thời điểm cũng như vị trí xuất hiện định kỳ của các đợt nở hoa này hay không. Kể từ khi vụ ngộ độc ASP đầu tiên xảy ra tại Canada vào năm 1987, sinh thái học cá thể của P.
pungens f. multiseries đã được nghiên cứu sâu. Mặc dù nó đã được ghi nhận là xuất hiện nhiều ở nhiệt độ lạnh, nhưng nó vẫn có thể tồn tại ở nơi có nhiệt độ lên đến 30oC (Villac và cộng sự, 1993a). Sự phát triển và quang hợp tối ưu của P.
pungens f. multiseries đã được kết luận là diễn ra trong khoảng nhiệt độ từ 15-20
oC. Tuy nhiên các đợt ra hoa trái mùa của P. pungens f. multiseries đã được quan sát vào cuối mùa thu hay mùa đông khi nhiệt độ nước xuống thấp (-1 đến 3oC).
Bởi vì nhiệt độ cho sự phát triển tối ưu cao hơn rất nhiều so với khoảng nhiệt độ này nên một điều dễ thấy là còn có các yếu tố khác có ảnh hưởng đến sự phát triển của hoa hơn là nhiệt độ (Van Apeldoorn và cộng sự, 1999).
Trong các nghiên cứu của Lewis và cộng sự (1993) tỉ lệ tăng trưởng cao nhất của P. pungens f. multiseries đã được quan sát ở 20 oC và 25 oC. Nồng độ tế bào cao nhất ở pha tăng trưởng tĩnh xảy ra ở 5 oC đến 15 oC và giảm ở 20-25 oC.
Nước lạnh giàu dinh dưỡng với nồng độ nitơ cao nổi lên từ đáy biển (ví dụ như đã tìm thấy tại Monterey Bay, California) có thể đã kích thích sự gia tăng mật độ của P. pungens f. multiseries (Villac và cộng sự, 1993b). Đã có báo cáo về bằng chứng trực tiếp của sự gia tăng số lượng tế bào với một lượng dù nhỏ của lượng dinh dưỡng nổi cùng nước lạnh. Từ năm 1991 đến năm 1994 trên các bờ biển phía tây của Hoa Kỳ, các đợt ra hoa của P. australis phổ biến nhất và tồn tại lâu hơn trong thời gian cuối mùa hè và mùa thu khi các điều kiện thủy văn có liên quan với sự kết thúc của mùa chất dinh dưỡng dưới đáy nổi lên cùng nước lạnh và thường được đặc trưng bởi nhiệt độ cao hơn trên mặt biển, sự phân tầng nhiệt, và nồng độ của các chất dinh dưỡng thấp hơn. Các chất dinh dưỡng có thể là nhân tố quan trọng hơn đối với sự phát triển của sinh vật phù du so với tác động trực tiếp của sự thay đổi nhiệt độ theo mùa. P. seriata, một loài Pseudo-nitzschia sản sinh DA, đã được tìm thấy ở biển Barents gần Spitsbergen ở phía bắc nước Đức về phía Nam (vịnh Kiel, Baltic) và ở phía tây Đại Tây Dương từ bờ biển phía tây và phía đông Greenland đến 45o N Canada. P. seriata dường như bị giới hạn với nước lạnh và đạt đến vĩ độ thấp, chỉ vào mùa đông. Nó được biết đến tại Thái Bình Dương từ Alaska đến British Columbia / Washington và nó có thể được dự kiến sẽ xảy ra cũng ở miền bắc Nhật Bản.
155
P. seriata dường như không thích hợp với nước lạnh và chúng chỉ lan đến vùng khí hậu lạnh trong mùa đông. Chúng xuất hiện tại Thái Bình Dương từ Alaska đến British Columbia / Washington và nó cũng được dự kiến sẽ xuất hiện ở miền bắc Nhật Bản.
Trong chi Pseudo-nitzschia, sự sản sinh DA khác nhau rất nhiều từ loài này sang loài khác, và đó là điều quan trọng để có thể phân biệt các loài. Mối quan hệ giữa Pseudo-nitzschia spp. sản sinh DA và các điều kiện môi trường chưa được tìm hiểu rõ ràng.
Điều kiện ở các vùng nước nông với lưu thông bị hạn chế có thể cung cấp điều kiện có ý nghĩa đặc biệt với sự dư thừa nitơ vô cơ cần thiết để tạo điều kiện sản sinh DA (Van Apeldoorn và cộng sự, 1999). Ngay cả sự sản xuất độc tố của cùng một loài cũng có thể thay đổi theo khu vực địa lý mà chúng có mặt. Ví dụ, P.
pseudodelicatissima từ Vịnh Fundy, New Brunswick, Canada, tạo ra lượng DA cao trong động vật có vỏ thân mềm, trong khi một số chủng của loài này ở vịnh Galveston (Texas), vịnh Massachusetts (Massachusetts), vịnh Monterey (California), Đan Mạch và Úc không sản sinh DA (Bates, 2000).
P. pungens f. multiseries đã nở hoa mạnh nhất tại Canada vào năm 1987 sau một đợt khô bất thường vào cuối mùa hè, sau cơn mưa rất lớn vào đầu tháng chín. Một mối quan hệ giữa cây họ đậu có nitrate và sự phát triển mạnh của P.
pungens f. multiseries đã được quan sát và điều này xảy ra chủ yếu là do những dòng chảy nước ngọt hình thành sau những cơn mưa (Villac và cộng sự, 1993a;
Villac và cộng sự, 1993b). Các nghiên cứu về mật độ tế bào ở cửa sông Cardigan (Prince Edward Island, Canada) cho thấy mật độ tế bào khoảng 3 x 105/ lít có thể là cần thiết trước khi lượng DA trong nhuyễn thể hai mảnh vỏ vượt quá 20 mg/kg – 20 mg/kg là mức có thể chấp nhận được ở thực phẩm dành cho con người (Dickey và cộng sự, 1992a). Vụ ngộ độc DA vào mùa thu năm 1991 tại vùng biển của tiểu bang Washington ở bờ biển phía tây của Hoa Kỳ cũng đã xảy ra sau một thời gian nóng, khô kỷ lục, kéo dài 45 ngày tiếp theo là những cơn mưa vào giữa tháng mười (Horner và Postel, 1993).
Các nghiên cứu trong hàng loạt môi trường nuôi cấy cho thấy sự sản sinh DA từ P. multiseries chỉ xảy ra trong pha tĩnh và không rõ ràng trong kỳ tăng trưởng theo cấp số nhân (Bates và cộng sự, 1991). Tuy nhiên trong các nghiên cứu sau này (Bates, 2000), Sự sản sinh DA từ P. multiseries và P. seriata trong các môi trường nuôi cấy được ghi nhận là đã bắt đầu trong giai đoạn cuối của pha tăng trưởng theo cấp số nhân và tiếp tục phát triển nhanh hơn trong pha tĩnh. Ngược lại, P. australis và P. pseudodelicatissima cho thấy DA được sản sinh trong hầu hết các giai đoạn của pha tăng trưởng theo cấp số nhân mà không được sinh ra trong pha tĩnh. Các thông tin về P. pseudodelicatissima không hoàn toàn phù hợp vì một chủng từ vùng biển Washington đã sản sinh DA trong cả giai đoạn cuối của pha tăng trưởng theo cấp số nhân và trong cả pha tĩnh (Bates, 2000). Kotaki và cộng sự
156
(2000) nghiên cứu động lực của quá trình sản sinh DA bởi Nitzschia varingica- navis và tìm thấy động lực của độc tố tương tự như đối với P. multiseries và P.
seriata, cụ thể là DA bắt đầu được sản sinh trong giai đoạn cuối của pha tăng trưởng theo cấp số nhân và tiếp tục được sản sinh nhanh hơn trong pha tĩnh.
Sự sản sinh DA bởi P. seriata cũng phụ thuộc vào nhiệt độ, DA được sản sinh với một lượng lớn hơn tại 4oC so với 15oC (Van Apeldoorn và cộng sự, 1999).
Lewis và cộng sự (1993) đã chứng minh rằng tốc độ sản xuất DA của P.
pungens f. multiseries trong pha tăng trưởng tĩnh có thể bị giảm rất nhiều chỉ bởi sự sụt giảm nhỏ về nhiệt độ. Tuy nhiên, ngay cả khi nồng độ và tốc độ sản sinh DA là thấp ở nhiệt độ thấp, số lượng tế bào cao cũng có thể cho phép sản xuất đủ DA để gây độc cho nhuyễn thể có vỏ. Các nghiên cứu của Lewis và cộng sự (1993) tiếp tục chứng minh rằng mật độ dòng photon thí nghiệm không có tác dụng rõ ràng đối với tốc độ sản xuất DA ban đầu hoặc tốc độ tăng trưởng của P.
pungens f. multiseries.
Bates và các cộng sự (1991) phát biểu rằng sự sẵn có của nitrat ngoài tế bào hoặc các nguồn nitơ khác và sự hiện diện của ánh sáng là cần thiết để sản sinh DA trong pha tĩnh. Điều kiện đặc biệt về dinh dưỡng cũng là một yếu tố quan trọng trong việc thúc đẩy sản sinh DA từ Pseudonitzschia pungens f. multiseries.
Sự sản sinh DA được tăng cường rất nhiều khi có một áp lực lớn xuất hiện đối với quần thể tảo sau một thời gian phát triển mạnh. Quá trình sản sinh được tăng tốc bởi một trong ba yếu tố trong thời kỳ chuyển tiếp từ trạng thái ổn định sang môi trường nuôi cấy hóa hàng loạt khi sự tăng trưởng chậm lại và sự hấp thụ silicat hoặc phosphate được giảm bớt (Van Apeldoorn và cộng sự, 1999).
Các loài Pseudo-nitzschia, P. australis, được xác định trong vụ ngộ độc DA năm 1991 tại Monterey Bay (California) trên bờ biển phía tây của Hoa Kỳ, dường như là một đối tượng cư trú phổ biến của vùng biển này. Vào thời điểm P.
australis nở hoa năm 1991, khu vực Monterey Bay đã trải qua mùa khô, các vùng nước phân tầng vừa phải, nhiệt độ bề mặt là 13-14oC, độ mặn là 30-33 và chất dinh dưỡng tương đối cạn kiệt. Sự cạn kiệt chất dinh dưỡng phổ biến nhất vào cuối mùa hè và mùa thu sau thời kỳ chất dinh dưỡng dưới đáy nổi lên trên bề mặt cùng với nước lạnh (Villac và cộng sự, 1993a). Một khu vực tương đối hạn chế của vịnh Monterey được mô tả như một vùng có chất dinh dưỡng tầng đáy nổi ngầm liên tục; đây là khu vực mà nước bị chặn lại bởi con đường dọc theo bờ biển nên đã hạn chế luồng nước ngoài khơi. Lượng tế bào DA trong P. australis được cho rằng có sự tương quan với nồng độ silicat (Bates và cộng sự, 1991). Những tác động của sự giới hạn silicat và phosphate trong quá trình sản sinh DA của P. multiseries đã được kiểm tra trong các nghiên cứu ở môi trường nuôi cấy gián đoạn và môi trường nuôi cấy liên tục. Sản xuất DA với một lượng lớn hơn đã được chứng minh dưới điều kiện cung cấp ít silicat hơn ngay trong cùng tốc độ tăng trưởng, rất có
157
khả năng là hoa P. multiseries tự nhiên đã sản sinh một lượng lớn DA trong một điều kiện đặc biệt về silicat. Một đợt ra hoa trước của một loài tảo khác hoặc một đợt ra hoa kéo dài của P. multiseries có thể làm cạn kiệt silicat trong nước biển.
Khi hoa của P. multiseries sản sinh độc tố đạt được chiều cao của nó trong vịnh Cardigan, Canada vào tháng Mười Hai năm 1987, nồng độ silicat xuống thấp và đạt 0,62 mM, và sau đó 10 ngày lượng DA đạt mức đỉnh điểm. Điều đó chứng minh rằng sự hạn chế phosphate trong môi trường nuôi cấy cũng tăng cường quá trình sản sinh DA. Việc xảy ra đồng thời quá trình sản xuất DA với tốc độ cao trong trạng thái ổn định với sự hấp thu chất dinh dưỡng ở tốc độ thấp và với một lượng lớn adenosine triphosphate (ATP) tiếp tục cho thấy rằng sự tổng hợp DA cần một lượng đáng kể ATP như là một nguồn năng lượng hữu cơ (Van Apeldoorn và cộng sự, 1999).
Trong một nghiên cứu của Pan và cộng sự (1998), sự sản sinh DA của P.
multiseries có thể được tăng cường khi chuyển hóa cơ bản được nhấn mạnh bởi sự giới hạn của Si, P và có thể là các chất dinh dưỡng thiết yếu khác như vitamin và khoáng vi lượng. Các dưỡng chất cần thiết này, khi hạn chế, có thể là:
• Giảm sự trao đổi chất cơ bản, do đó tạo ra các tiền chất cần thiết, các hợp chất cao năng, và
• Ưu tiên sự biểu hiện của các gen liên quan đến sinh tổng hợp DA. Trong trường hợp hạn chế Si và P, sự tổng hợp DNA và sự tiến triển thông qua chu trình phân chia tế bào bị chậm lại, có lẽ việc kéo dài hoặc bắt giữ các tế bào trong giai đoạn của quá trình phân chia tế bào là có lợi nhất cho việc sản sinh DA.
Tuy nhiên, việc hạn chế nitơ đã dẫn đến kết quả là thiếu các tế bào nitơ tự do, do đó hạn chế sự tổng hợp của độc tố có thành phần nitơ này. Việc cung cấp liên tục các hợp chất trung gian photophosphorylated cao năng (ví dụ như ATP hoặc NADP) là cần thiết cho sự tổng hợp DA.
Subba Rao và cộng sự (1998) báo cáo rằng các môi trường nuôi cấy của P.
multiseries sản xuất DA với lượng cao hơn đáng kể (230 fg / tế bào) nhờ vào sự làm giàu lithium (385.6 mM) so với các môi trường nuôi cấy đối chứng (135 fg / tế bào). Nitơ, phốt phát hoặc silicat không bị hạn chế trong các môi trường nuôi cấy.
Có sự suy đoán rằng các vụ ngộ độc DA có thể được hạn chế theo các mùa khi xảy ra sự phân tầng hoặc cạn kiệt nguồn dinh dưỡng hoặc hạn chế ở các vùng gần bờ biển nơi các đợt ra hoa phát triển mạnh đã làm cạn kiệt các chất dinh dưỡng hòa tan. Tuy nhiên quan sát thực địa ở Monterey Bay cho thấy DA được sản xuất bởi tế bào lớn P. australis với mật độ tế bào thấp và nồng độ chất dinh dưỡng trung bình (Van Apeldoorn và cộng sự, 1999).
Môi trường nuôi cấy thuần chủng Pseudo-nitzschia multiseries được ghi nhận là sản xuất ít DA hơn các môi trường nuôi cấy có chứa vi khuẩn gốc. Các
158
chủng vi khuẩn phân lập từ hai dòng P. multiseries không thuần chủng được đưa lần lượt lại vào môi trường nuôi cấy của ba chủng P. multiseries thuần chủng. Vi khuẩn ảnh hưởng không đáng kể đến tốc độ phân chia hoặc năng suất của tế bào.
Tuy nhiên, chúng nâng cao khả năng sản sinh DA lên 2-95 lần (đối với mỗi tế bào gốc) tùy theo từng môi trường nuôi cấy thuần, và tùy thuộc vào P. multiseries và các dòng vi khuẩn được sử dụng (Van Apeldoorn và cộng sự, 1999).
Để có sự hiểu biết rõ hơn về cơ chế sản sinh DA của P. multiseries, nhiều nghiên cứu cần tiếp tục được thực hiện để làm sáng tỏ:
Các chi tiết của các con đường sinh tổng hợp.
Cơ chế của enzym tham gia vào con đường này.
Mối quan hệ giữa sinh tổng hợp DA và chu kỳ phân chia tế bào.
Sự phân chia tế bào của sinh tổng hợp DA.
Các yếu tố môi trường khác có thể gây ra sự sản sinh DA.
Hơn nữa các nghiên cứu này cần được mở rộng cho các loài Pseudo- nitzschia sản sinh DA chứ không chỉ với P. multiseries, để xác nhận tính phổ biến của các cơ chế này (Pan và cộng sự, 1998).
4.3.3 Môi trường sống.
Pseudo-nitzschia là loải tảo được phân bố rộng rãi và theo Hasle và Fryxell (1995) nhiều loài khác được đề cập trong chương 4.3.1 đã được tìm thấy trong các vùng nước sau đây:
P. multiseries:
Đại Tây Dương: vùng biển Bắc Mỹ, châu Âu và Nam Mỹ.
Thái Bình Dương: vùng biển Bắc Mỹ và Đông Bắc Á, Nhật Bản (Kotaki và cộng sự, 1999).
P. pseudodelicatissima:
Đại Tây Dương: vùng biển Châu Âu và Châu Phi (eo biển Đan Mạch đến Tây Bắc châu Phi, bao gồm Na Uy và vùng nước ven biển Đan Mạch, Skagerrak, Kiel Bay), Canada và Hoa Kỳ (Bắc cực đến Vịnh Mexico) và Nam Mỹ (Argentina) (Ferrario và cộng sự, 1999).
Thái Bình Dương: vùng biển California và British Columbia, vùng ven biển của Penn Cove, Washington (Trainer và cộng sự, 1998a).
P. australis
Đại Tây Dương: các vùng nước ven biển của Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha, Tây Nam Phi và Argentina.
Thái Bình Dương: các vùng nước ven biển của Peru, Chile, New Zealand, Mexico (Vịnh California) (Hernández-Becerril, 1998), phía tây bờ biển