Các nhà khoa học đã mô tả về thành phần hợp thành độc tố chết người của thủy triều đỏ. Họ đã khámphá ra phương pháp tổng hợp một hóa chất từ tảo biển để ngăn ngừa nhữngđộc tố này.

Hiểu được cơ chế xảy ra của thủy triều đỏ có thể giúp các nhà khoa học tính toán các mô hình ngăn ngừa những đợt bùng phát, mang ý nghĩa sinh thái học và giảm những thiệt hại kinh tế. Đơncử một ví dụ, ngành công nghiệp chế biến sò, vẹm của bang New England(Mỹ) phải hứng chịu thiệt hại hàng triệu đô la trong suốt đợt bùng phátnăm 2005, thủy triều đỏ đã giết chết 30 con lợn biển dọc theo bờ biểnbang Florida trong mùa xuân.

Khám phá được thực hiện bởi giáo sư Timothy Jamisonvà nghiên cứu sinh Ivan Vilotijevic, mở ra ánh sáng thấu hiểu cơ chế sinh ra thủy triều đỏ của tảo dinoflagellates (nhóm tảo đơn bào 2 roi),cũng như đẩy nhanh những cố gắng phát triển loại thuốc sơ nang có hợpchất gần gũi với độc tố của thủy triều đỏ.

Giáosư Tim Jamison (phải) & nghiên cứu sinh Vilotijevic - đồng tác giảcông trình khám phá những tổ chức bên trong thủy triều đỏ có thể gây ranhững đợt bùng phát độc tố ở tảo biển. Họ đang cầm mô hình các phân tửmà ở trong nước biển chúng sẽ biến đổi thành những thành phần điển hìnhcủa độc tố thủy triều đỏ. (Ảnh: Donna Coveney, MIT, web.mit.edu).

Thủy triều đỏ được biết đến dưới các đợt nở hoa bùng phát của tảo biển,tấn công và làm tổn thương hàng loạt đối với động vật biển giáp xác& thân mềm như cua, tôm, trai, sò, vẹm.Sẽ vô cùng nguy hiểm cho con người khi ăn phải những động vật đã bịnhiễm độc này. Cơ chế nhóm tảo dinoflagellates sinh ra những đợt thủytriều đỏ mang độc tố vẫn còn là một bí ẩn, nhưng đó có thể là một cơchế phòng thủ được triển khai xuất phát từ những thay đổi của các dònghải lưu như thay đổi nhiệt độ hay trạng thái quá tải của môi trường.

Một trong những thành phần độc tố cơ bản của thủy triều đỏ có tên gọi brevetoxin - một hợp chất cao phân tử rất khó tổng hợp, độc tố này có khả năng gây tê liệt hệ thần kinh rất mạnh.

22 năm trước, nhà hóa học Koji Nakanishi tại Đại họcColumbia đã đề xuất một chu trình, theo đó các phản ứng hóa học xảy ratheo từng bước, nhờ đó nhóm tảo dinoflagellates sinh ra brevetoxin bêncạnh các độc tố khác có trong thành phần thủy triều đỏ. Tuy nhiên, cácnhà hóa học đã thất bại khi cố gắng tái tạo ra thủy triều đỏ trongphòng thí nghiệm theo chu trình này. Quá nhiều thất bại đã khiến chogiả thuyết Nakanishi chưa bao giờ được chứng mính là đúng đắn.

"Rất nhiều người nghĩ rằng thực hiện các phản ứng tổng hợp độc tố theo từng bước là không thể", Jamison nói. "Bởigiả thuyết Nakanishi đưa ra nhiều giải thích rắc rối & phức tạp chonhững độc tố, dẫn đến rất nhiều khả năng xảy tùy theo phán đoán, nhưngcho đến nay vẫn chưa đưa ra được bằng chứng nào".

Khám phá bí mật thủy triều đỏ tt

"Rất nhiều người nghĩ rằng thực hiện các phản ứng tổng hợp độc tố theo từng bước là không thể", Jamison nói. "Bởigiả thuyết Nakanishi đưa ra nhiều giải thích rắc rối & phức tạp chonhững độc tố, dẫn đến rất nhiều khả năng xảy tùy theo phán đoán, nhưngcho đến nay vẫn chưa đưa ra được bằng chứng nào".

Timothy Jamison và Ivan Vilotijevic đã làm việc cùngnhau để đưa ra bằng chứng đầu tiên minh chứng giả thuyết Nakanishi.Nghiên cứu của họ cũng sẽ giúp thúc đẩy nỗ lực tìm ra những loại thuốcmới, brevenal - loại chất ức chế chống lại những ảnh hưởng củabrevetoxin, cũng được sinh ra trong thủy triều đỏ, hứa hẹn tiềm năng tolớn trong cách điều trị chứng sơ nang (CF - cystic fibrosis).

"Giờ đây chúng tôi có thể điều chế những phân tửphức tạp một cách nhanh chóng, chúng tôi hy vọng sẽ dễ dàng tìm kiếmđược những chất bảo vệ chống lại thủy triều đỏ & thậm chí phép điềutrị chứng sơ nang hiệu quả hơn", Jamison cho biết.

Cho đến giờ, nhóm nghiên cứu mới chỉ tổng hợp đượcvài milligrams độc tố thủy triều đỏ và các hợp chất có liên quan nhờ sửdụng phương pháp không phân tầng, đây là kết quả đầy cố gắng của rấtnhiều người.

Quá trình tổng hợp phụ thuộc vào hai nhân tố then chốt - phản ứng mồi & xảy ra dưới nước.

Rất nhiều độc tố trong thủy triều đỏ bao gồm chuỗimắt xích dài gồm 6 thành phần mạch vòng móc nối với nhau liên tiếp. Tuynhiên, thành phần khởi đầu của chuỗi độc tố là một phân tử rượu mạch vòng hướng đến 5 thành phần còn lại. Để tổng hợp được độc tố thủy triều đỏ, các nhà nghiên cứu đã gắn một "mẫu" gồm 6 vòng thành phần vào mắt xích -o-của phân tử rượu. Đó là biện pháp đơn giản nhưng rất hiệu quả để khởiđộng các đợt phản ứng dẫn dắt chuỗi phản ứng tạo ra độc tố thủy triềuđỏ.

"Bí quyết nằm ở chỗ tạo ra một cú hích nhẹ phù hợp và mọi việc sẽ diễn ra êm xuôi", Jamison nói.

Các nhà nghiên cứu suy xét rằng trong quần thể tảo dinoflagellates, phản ứng ban đầu được kích hoạt bởi một enzyme thay vì một "mẫu" cung cấp sẵn.

Chìa khóa thành công của phương pháp tổng hợp này nằm ở chỗ bố trí phản ứng trong nước.Nước thường là dung môi yếu cho các phản ứng hữu cơ, bởi vậy phần lớncác phản ứng trong phòng thí nghiệm thường được thực hiện trong cácdung môi hữu cơ. Tuy nhiên, khi Viltijevic dùng nước làm dung môi chophản ứng với quan điểm cho rằng phản ứng sẽ xảy ra nhanh hơn & cóchọn lọc hơn.

Jamison cho biết, mặc dù đó có thể là một trùng hợpkhi chuỗi phản ứng xảy ra tốt hơn trong nước. Nhưng thực tế tảodinoflagellates là một thực thể sống của biển bởi thế mà nước có thể làthành phần liên hệ trực tiếp với quá trình sinh ra độc tố hoặc đóng vaitrò quan trọng.

Theo kết quả này, các nhà nghiên cứu tin tưởng rằngnhững nhà hóa học hữu cơ nên thường xuyên thử nghiệm các phản ứng trongmôi trường nước cũng như môi trường dung môi hữu cơ.

Nghiên cứu được tài trợ bởi Viện khoa học y học quốc gia, Phòng thí nghiệm nghiên cứu Merck, Boehringer Ingelheim, và MIT.

"Đó là một bước tiến đầy giá trị trong chuỗi công việc phức tạp tiếp theo", John Schwab, giám đốc quản lý các nghiên cứu hóa học hữu cơ tại Viện khoa học y học quốc gia nói. "Điềuđó không chỉ cho phép các nhà hóa học tổng hợp các loại hỗn hợp phân tửquan trọng dễ dàng hơn mà còn cung cấp chìa khóa để thấu hiểu cách màtự nhiên tạo ra cùng một dạng phân tử".

Nguồn baiviet.phanvien.com