CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ AFLATOXIN 1. Lịch sử phát hiện Aflatoxin Vào cuối những năm 1950 và đầu những năm 1960, hơn 100 000 con gà tây ở các trang trại chăn nuôi ở Anh bị chết một cách bí ẩn, chỉ trong vòng một vài tháng kể từ khi xuất hiện các triệu chứng bất thường, người ta gọi là bệnh “Gà tây X” [5]. Những cuộc giải phẫu bệnh thú y đã cho thấy, những con vật này chết là do ăn bột lạc Brazin, loại thức ăn thường được dùng cho các trang trại chăn nuôi. Ngay sau đó, nhiều nghiên cứu chỉ ra bột lạc Brazin bị nhiễm một loại độc tố có nguồn gốc từ thực vật, cụ thể là độc tố nấm.
Năm 1961 lần đầu tiên các nhà khoa học đã phân lập được nấm Aspergillus flavus và xác định nó là một trong các loài nấm có khả năng tiết ra độc chất này. Loại độc tố này sau đó được đặt theo tên của chủng nấm này là Aflatoxin (AF) vào năm 1962 [18]. Năm 1966 - 1969, tại Mỹ, nghiên cứu các bệnh nhiễm AF là nguyên nhân gây viêm gan ở chó, ngộ độc ngô mốc ở Lợn và chất gây ung thư mạnh trong cá hồi [42, 43]. Cũng trong những năm này, mối liên hệ giữa aflatoxin và bệnh gan ở người cũng đã được thực hiện.
Năm 1974, một ổ dịch viêm gan do AF gây ra đã được báo cáo ở các bang Gujrat và Rajasthan ở Ấn Độ, dẫn đến ước tính có 106 ca tử vong [35]. Các ổ dịch kéo dài trong 2 tháng và được giới hạn ở những người có lương thực chính là ngô. Các mẫu ngô đã được thử nghiệm và phân tích cho thấy các mẫu chứa Aspergillus flavus [13, 35]. Các triệu chứng trong làng bao gồm cổ trướng và phù nề của vùng ngoại biên thấp hơn, cả hai triệu chứng của bệnh xơ gan và các bệnh gan khác.
Bởi vì aflatoxin gây ra mối đe dọa nghiêm trọng như chất gây ung thư, IARC đã đặt aflatoxin B 1 vào danh sách các chất gây ung thư ở người vào năm 1988. Đây là một số nghiên cứu dịch tễ học được thực hiện ở Châu Á và Châu Phi đã chứng minh mối liên quan tích cực giữa AF và tế bào gan. Một đợt bùng phát aflatoxin khác ảnh hưởng đến cả người và chó đã được báo cáo ở Tây Bắc Ấn Độ năm 1974 [13]. Một đợt bùng phát phơi nhiễm aflatoxin chính sau đó được ghi nhận ở Kenya vào năm 1981 [39, 44].
Từ những phát hiện ban đầu này, 3 các nghiên cứu chuyên sâu đã cho thấy nguy cơ tiếp xúc với aflatoxin gây ra các vấn đề nghiêm trọng cho sức khỏe con người và động vật trên toàn thế giới. Khám phá này cũng giúp nâng cao nhận thức về mối nguy hiểm tiềm tàng của nấm mốc trong các ca ngộ độc thức ăn. Các nghiên cứu khác sau đó còn chỉ ra rằng, aflatoxin còn được nhiều chủng nấm khác như A. Điều kiện sản sinh Aflatoxin Aflatoxin được sinh ra từ các loài nấm thuộc chi Aspergillus, chủ yếu là Aspergillus flavus và Aspergillus parasiticus (Hình 1.1) Ngoài ra nó cũng được sinh ra từ một số ít loài thuộc chi Penicillium.
Aspergillus phân bố rộng rãi trong tự nhiên, sinh trưởng dễ ràng trong đất, thực vật mục nát và ngũ cốc đang bị giảm sức đề kháng vi sinh vật và nó xâm nhập tất cả các loại chất hữu cơ trong điều kiện độ ẩm cao (ít nhất là 7%) và nhiệt độ cao. Nấm Aspergillus sản sinh aflatoxin trong điều kiện nhiệt độ từ 8 - 37 độ , tối ưu ở 25-28 độ; độ ẩm tương đối 83-88% (độ ẩm càng cao càng thuận lợi). Khí hậu nhiệt đới nóng ẩm như ở nước ta tạo điều kiện thuận lợi cho nấm mốc Aspergillus phát triển và sản sinh aflatoxin… Chúng có thể tạo khuẩn lạc và gây nhiễm vào các loại hạt trước khi thu hoạch, trong thu hoạch và trong quá trình bảo quản. Các loại nông sản thường bị nhiễm aflatoxin là ngũ cốc (ngô, kê, lúa miến, gạo, lúa mì), hạt có dầu (lạc, đậu tương, hạt hướng dương, hạt bông), gia vị (ớt, hạt tiêu đen, rau mùi, nghệ, gừng) và các loại quả hoặc hạt khác như hạt dẻ, dừa, … Aspergillus flavus 4 Aspergillus parasiticus Hình 1.
Nấm Aspergillus flavus và Aspergillus parasiticus và các bào tử nấm được nhìn dưới kính hiển vi, độ phóng đại 600 lần [58, 59]. Aflatoxin cũng có thể xuất hiện trong sữa của động vật được cho ăn bằng thức ăn nhiễm aflatoxin. Tỷ lệ aflatoxin từ thức ăn nhiễm vào sữa ở bò sữa trung bình là 1-2%. Tuy nhiên, bò tiêu thụ một lượng thức ăn lớn, tỷ lệ mang aflatoxin M1 vào sữa có thể đạt 6,2%.
Đặc điểm của Aflatoxin 1. Cấu trúc hóa học và phân loại Aflatoxin là một độc chất thuộc nhóm mytocoxin, có khả năng gây ngộ độc, tổn thương gan và ung thư cho động vật và con người nếu tiêu thụ thường xuyên. Có khoảng 20 chất chuyển hóa nấm liên quan đến aflatoxin được sản xuất chủ yếu bởi loài Aspergillus flavus, A. parasiticus, trong đó 6 loại điển hình bao gồm AFB 1, AFB 2, AFG1, AFG 2, AFM 1 và AFM 2 [22].
Chúng là các phân tử difuranocoumarins với hai chuỗi cấu trúc hóa học quan trọng bao gồm chuỗi difurocoumarocyclopentenone (AFB 1, AFB 2, AFM1, AFM 2 và aflatoxicol) và chuỗi difurocoumarolactone (AFG 1, AFG2). Chữ “B” và “G” đề cập đến màu huỳnh quang xanh lam (Blue) và xanh lục (Green) được tạo ra bởi aflatoxin dưới ánh sáng tia cực tím trên bản sắc ký lớp mỏng, trong khi số chỉ số 1 và 2 cho biết các hợp chất lớn và nhỏ, tương ứng. AFM1 và AFM2 là các chất chuyển hóa tương ứng của AFB1 và AFB2 xuất hiện trong dịch cơ thể [25, 26]. Cấu trúc 2 nhóm Aflatoxin điển hình B và G [16].
Aflatoxin B 1 và B 2 được sinh ra bởi nấm A. parasiticus, còn aflatoxin G 1 và G2 được sinh ra bởi nấm A. Cấu trúc của chúng được khám phá bởi nhóm nghiên cứu của Büchi vào năm 1963 (AFB 1 và AFG1), năm 1965 (AFB 2 và AFG 2) [7, 8]. Nhóm nghiên cứu này cũng đã làm sáng tỏ hoàn toàn hóa học lập thể của aflatoxin nhóm B và G bằng sự phân dã hóa học.
Về mặt cấu trúc, những hợp chất aflatoxin gồm 5 vòng, có một vòng furo furan (B và C), một vòng thơm 6 cạnh (A), một vòng lactone 6 cạnh (D) và một vòng pentanone 5 cạnh hoặc một vòng lactone sáu cạnh (E). Các aflatoxin nhóm B có một vòng cyclopentane trong khi đó nhóm G có chứa vòng lactone [24]. Trong số các aflatoxin được đề cập thì aflatoxin B 1 là loại phổ biến nhất và có mặt trong hơn 75% các mẫu thực phẩm và thức ăn chăn nuôi được kiểm tra có nhiễm aflatoxin [9, 19, 27]. Các nhóm Aflatoxin khác [16].
Aflatoxin M 1 và M2 là các dẫn xuất hydroxyl hóa của aflatoxin B 1 và B2, thường được gọi là “độc tố sữa”. Aflatoxin M1 là chất chuyển hóa của aflatoxin B1 trên người và động vật (trong sữa mẹ có thể phơi nhiễm tới mức ng) còn aflatoxin M 2 là chất chuyển hóa của aflatoxin B2 trong sữa của bò được cho ăn thức ăn nhiễm độc tố aflatoxin B2. Trong cấu trúc của chúng có nhóm hydroxy ở điểm giao nhau của hai vòng furan. Mặc dù là dẫn xuất của aflatoxin B 1 và B2, aflatoxin M 1 và M 2 vẫn giữa được tính bền nhiệt trong quá trình chế biến sữa [52].
Các aflatoxin được tìm thấy khác có nhóm hydroxyl thay vì nhóm cacbonyl ở vòng E (R0, RB1, RB 2, H1). Chúng được hình thành bằng chuyển hóa sinh học hoặc hóa học với natri borohydride. Ở một số aflatoxin, vòng D hoặc E mở. Aflatoxin B 3 còn được gọi là parasiticol, vì nó là lần đầu tiên phân lập từ Aspergillus parasiticus.
Tất cả các aflatoxin thể hiện trong Hình 1.3 là các sản phẩm chuyển hóa trao đổi chất từ aflatoxin nhóm B. Tính chất hóa học và tính chất vật lý 1. Tính chất vật lý Các aflatoxin là các tinh thể màu vàng, tan trong các dung môi phân cực như chloroform, methanol, acetone, đặc biệt là dimethylsulfoit (dung môi thường được sử dụng để đưa aflatoxin vào động vật thí nghiệm), chúng có thể tồn tại trong các dung môi này nhiều năm nếu được giữ trong điều kiện lạnh và tránh sáng. Tính tan của aflatoxin trong nước dao động từ 10- 20 mg/L.
Chúng rất bền với nhiệt, không bị phá hủy khi đun nấu thông thường hay thanh trùng, dễ bị tia tử ngoại phá hủy, đun trong nồi áp suất, xử lý bằng các chất oxy hóa. Aflatoxin nhóm B có tính phát huỳnh quang màu xanh lam, trong khi đó nhóm G lại có khả năng phát huỳnh quang màu xanh lục dưới ánh sáng tử ngoại. Do đó, chúng ta có thể dựa vào tính phát quang này để nhận biết và phân biệt giữa nhóm B và G. Tính chất hóa học Trong phân tử aflatoxin có vòng lactone nên dễ bị thủy phân bởi các bazo mạnh, nên có thể dùng kiềm để xử lý thực phẩm nhiễm aflatoxin.
Tuy nhiên khi axit hóa thì các aflatoxin lại được tái tạo. Ở nhiệt độ cao sẽ làm mở vòng decarboxylation, dẫn đến mất mát các nhóm methoxy từ vòng thơm. Nhiều tác nhân oxy hóa như hypochloride natri, thuốc tím, chlorine, H 2O2, ozone, … phản ứng với aflatoxin và thay đổi cấu trúc phân tử của chúng, một số phản ứng làm mất huỳnh quang. Sự chuyển hóa và bài tiết aflatoxin Quá trình loại bỏ (trao đổi chất và bài tiết) của các chất hóa học khỏi cơ thể liên quan đến hai giai đoạn chính.
Giai đoạn I chuyển hóa các chất hóa học có liên quan đến việc bổ sung một nhóm cực nhỏ chứa cả các điện tích dương và âm được thêm vào xenobiotics giống như aflatoxin bởi quá trình oxy hóa, acetyl hóa và thủy phân và làm cho nó vô hại. Giai đoạn I chủ yếu được trung gian bởi các hệ thống enzyme Cytochrome P450 (CYP450). Chuyển hóa giai đoạn II liên quan đến các phản ứng liên hợp sulfate, glucuronide, glutathione và amino acid. 8 Sự chuyển hóa của AFB 1 đã được nghiên cứu bởi Wild và cộng sự, 2002; Gallagher và cộng sự, 1996; Vondracek và cộng sự, 2001 (Hình 1.
Aflatoxin trải qua quá trình chuyển hóa pha I bởi phản ứng oxy hóa bao gồm phản ứng epoxid hóa, hydrat hóa, hydroxyl hóa và phản ứng oxy hóa O-demethyl hóa liên quan đến siêu họ enzyme Cytochrome P450s (CYP450s) để tạo AFB1- exo-8,9-epoxide (AFBO), AFB2a, AFM 1, AFQ 1 và AFP1. AFBO là chất gây ung thư trong khi các chất chuyển hóa khác ít độc hơn và được liên kết với các phân tử khác để nhanh chóng bài tiết qua mật và nước tiểu. Quá trình chuyển hóa aflatoxin B 1 trong cơ thể (1A2: CYP1A2, 3A4: CYP3A4, 3A5: CYP3A5, GST: Glutathione S-transferase, AFAR: aflatoxin aldehyde reductase, aflatoxin-S-G: aflatoxin-glutathione) [54].