6
Tạp chí KH-CN Nghệ An SỐ 11/2016 [25] NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI Tích lũy sinh học và độc tố môi trường n Dương Nguyễn 1. Tích luỹ sinh học Tích lũy sinh học (Bioaccumulation) là tổng hợp của hai quá trình tích tụ sinh học (bioconcentration) và phóng đại sinh học (biomagnification). Tích tụ sinh học thường đề cập đến sự hấp thu và tích tụ của một chất từ nước, là sự hấp thu trực tiếp của một chất bởi một sinh vật từ môi trường (như nước) qua da, mang, hoặc phổi. Ngược lại, tích lũy sinh học đề cập đến sự hấp thu từ tất cả các nguồn kết hợp như môi trường đất, nước, không khí, từ thức ăn… Điều kiện cần để tích lũy sinh học mạnh mẽ của một chất là mối quan hệ của nó đối với chất béo và phân hủy sinh học thấp, hoặc tồn tại dai dẳng trong môi trường [3]. Phóng đại sinh học (Biomagnification) đề cập đến sự tích tụ các chất độc qua các bậc dinh dưỡng trong chuỗi thức ăn. Nó là kết quả trong một sự gia tăng dần nồng độ của các độc tố trong cơ thể qua các bậc cao hơn của chuỗi thức ăn. Phóng đại sinh học xảy ra với các chất độc được lưu trữ lâu dài trong cơ thể, không được chuyển hóa và bài tiết nhanh chóng [3]. Một ví dụ phổ biến của phóng đại sinh học là thủy triều đỏ, tên gọi chung cho những hiện tượng được biết đến như là những đợt bùng phát tảo biển nở hoa. Những tảo này, đặc biệt là thực vật phù du, là những sinh vật nguyên sinh đơn bào, các sinh vật như thảo mộc có thể hình thành những đám dày đặc, có thể nhìn thấy ở gần bề mặt nước. Một số loài thực vật phù du, tảo chứa sắc tố quang hợp khác nhau về màu sắc từ xanh sang nâu đỏ. Các loại tảo Karenia brevis trong điều kiện nhất định phát triển nhanh chóng, và sắc tố xanthophyll của nó tạo ra một màu sắc đặc trưng trong nước. Bên cạnh đó, tảo K. brevis sản xuất brevetoxin, một chất độc thần kinh gây tử vong cho các loài cá và cả con người. Động vật có vỏ ăn trên tảo tích lũy độc tố trong mô của chúng và nếu những động vật khác và con người tiêu thụ cũng có thể dẫn đến ngộ độc. Các triệu chứng có thể bao gồm nổi mẩn ngứa ran ở ngón tay, ngón chân, cũng như: đau dạ dày và các biểu hiện khác của sự ngộ độc, bị kích ứng đường hô hấp ho, hắt hơi và chảy nước mắt [3][7]. Loại tảo Gonyaulax là nghiêm trọng bởi vì sinh vật này tạo Saxitoxin và Gonyautox- ins sẽ tích tụ trong động vật có vỏ và nếu ăn vào có thể dẫn đến ngộ độc gây liệt cơ (PSP) và cuối cùng dẫn đến tử vong (HAB 2000). . . Các cơ chế tích lũy sinh học và phóng đại sinh học, giải thích quá trình phóng đại sinh học về tính khả thi và tính đa dạng của con người ở tất cả các bậc dinh Tích lũy sinh học thông qua chuỗi thức ăn xâm nhập cơ thể các loài sinh vật và cả con người

Tích lũy sinh học và độc tố môi trường

  • Upload
    vukien

  • View
    245

  • Download
    6

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Tích lũy sinh học và độc tố môi trường

Tạp chíKH-CN Nghệ An

SỐ 11/2016 [25]

NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI

Tích lũy sinh học và độc tố môi trườngn Dương Nguyễn

1. Tích luỹ sinh họcTích lũy sinh học (Bioaccumulation) là

tổng hợp của hai quá trình tích tụ sinh học(bioconcentration) và phóng đại sinh học(biomagnification). Tích tụ sinh học thườngđề cập đến sự hấp thu và tích tụ của một chấttừ nước, là sự hấp thu trực tiếp của một chấtbởi một sinh vật từ môi trường (như nước)qua da, mang, hoặc phổi. Ngược lại, tích lũysinh học đề cập đến sự hấp thu từ tất cả cácnguồn kết hợp như môi trường đất, nước,không khí, từ thức ăn… Điều kiện cần đểtích lũy sinh học mạnh mẽ của một chất làmối quan hệ của nó đối với chất béo và phânhủy sinh học thấp, hoặc tồn tại dai dẳngtrong môi trường [3]. Phóng đại sinh học(Biomagnification) đề cập đến sự tích tụ cácchất độc qua các bậc dinh dưỡng trong chuỗithức ăn. Nó là kết quả trong một sự gia tăngdần nồng độ của các độc tố trong cơ thể quacác bậc cao hơn của chuỗi thức ăn. Phóngđại sinh học xảy ra với các chất độc được lưutrữ lâu dài trong cơ thể, không được chuyểnhóa và bài tiết nhanh chóng [3]. Một ví dụphổ biến của phóng đại sinh học là thủy triềuđỏ, tên gọi chung cho những hiện tượng

được biết đến như là những đợt bùng phát tảo biển nởhoa. Những tảo này, đặc biệt là thực vật phù du, lànhững sinh vật nguyên sinh đơn bào, các sinh vật nhưthảo mộc có thể hình thành những đám dày đặc, có thểnhìn thấy ở gần bề mặt nước. Một số loài thực vật phùdu, tảo chứa sắc tố quang hợp khác nhau về màu sắctừ xanh sang nâu đỏ. Các loại tảo Karenia brevis trongđiều kiện nhất định phát triển nhanh chóng, và sắc tốxanthophyll của nó tạo ra một màu sắc đặc trưng trongnước. Bên cạnh đó, tảo K. brevis sản xuất brevetoxin,một chất độc thần kinh gây tử vong cho các loài cá vàcả con người.

Động vật có vỏ ăn trên tảo tích lũy độc tố trong môcủa chúng và nếu những động vật khác và con ngườitiêu thụ cũng có thể dẫn đến ngộ độc. Các triệu chứngcó thể bao gồm nổi mẩn ngứa ran ở ngón tay, ngónchân, cũng như: đau dạ dày và các biểu hiện khác củasự ngộ độc, bị kích ứng đường hô hấp ho, hắt hơi vàchảy nước mắt [3][7]. Loại tảo Gonyaulax là nghiêmtrọng bởi vì sinh vật này tạo Saxitoxin và Gonyautox-ins sẽ tích tụ trong động vật có vỏ và nếu ăn vào cóthể dẫn đến ngộ độc gây liệt cơ (PSP) và cuối cùngdẫn đến tử vong (HAB 2000).. .

Các cơ chế tích lũy sinh học và phóng đại sinh học,giải thích quá trình phóng đại sinh học về tính khả thivà tính đa dạng của con người ở tất cả các bậc dinh

Tích lũy sinh học thông quachuỗi thức ăn xâm nhập cơ thể các loài sinh vật

và cả con người

Page 2: Tích lũy sinh học và độc tố môi trường

Tạp chíKH-CN Nghệ An

SỐ 11/2016 [26]

NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI

dưỡng được mô tả thông qua một ví dụkinh điển về tích lũy sinh học và phóng đạisinh học của DDT mà theo W.Cunninghamthì đây là loại thuốc trừ sâu của thế hệ đầutiên, rất độc và bền, nằm dai dẳng trong đấthơn 15 năm mới phân hủy hết (xem hìnhở dưới). DDT được sử dụng trong nôngnghiệp sau đó đi vào trong các mươngrạch, ao hồ, lúc này trong nước hồ có hàmlượng 1đv, sau đó tích lũy trong thực vậtphù du và vi khuẩn hoặc trầm tích tới1.000đv. Ở cấp độ tiếp theo trong chuỗithức ăn, động vật phù du ăn các thực vậtphù du nên đã tích lũy tới 10.000đv, tiếpđó là cá nhỏ ăn các động vật phù du nêntích lũy sinh học tăng lên đến 100.000đv.Cứ thế theo chuỗi thức ăn, cá lớn ăn cánhỏ, sự tích lũy được khuếch đại dần đến1.000.000đv, chim đại bàng hay con ngườiăn những con cá này tích lũy sinh học lênđến 10.000.000đv.

Như vậy, ở mắt xích hay bậc dinhdưỡng trên cùng của chuỗi thức ăn khôngchỉ có tích lũy sinh học mà hàm lượng chấtđộc hại được “phóng đại”, nồng độ tănglên hàng chục triệu lần, đạt đến đỉnh caocủa chuỗi. Đặc biệt, hiện nay sự tích lũy

sinh học đối với các hợp chất hóa học bền, khó phângiải và độc hại (PBTs), các kim loại nặng (As, Hg, Pb,Cd, Tl, Cr. v.v. ) cũng độc hại đối với sinh vật ngay cảkhi ở một nồng độ thấp. Đây là nguyên nhân gây ra cácvụ ngộ độc thực phẩm [3][7].

2. Độc tố môi trường và tích lũy sinh họcGần đây đã có sự nhấn mạnh đáng kể của các vấn đề

tồn lưu dai dẳng các hóa chất độc hại, hoặc PBTs trongmôi trường. Ô nhiễm hóa chất được tích lũy sinh họcđến từ nhiều nguồn, do các hoạt động của con người thảira trong môi trường đất, nước, không khí, môi trườngsinh vật, trong sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, giaothông vận tải, khói bụi các nhà máy… tác động đến sinhvật. Chúng bao gồm các chất “nổi tiếng” như: polychlo-rinated biphenyls (PCBs); dioxin, furan; kim loạinặng. Các hợp chất PBTs là chất ô nhiễm gây ra nhữngrủi ro, vì độc hại, thậm chí với số lượng nhỏ, tồn tạitrong các hệ sinh thái, tích lũy sinh học trong các bậcdinh dưỡng của chuỗi thức ăn, có thể đi khoảng cách rấtxa thông qua thiết bị hoặc các sản phẩm, thực phẩm,hoặc môi trường. Thuốc trừ sâu là một ví dụ được nóiđến nhiều nhất trong các chất hóa học bền gây ô nhiễmvà tích lũy sinh học trong các sinh vật bao gồm tất cảcác thực vật, động vật, vi sinh vật. Mưa có thể rửa trôikhi phun thuốc trừ sâu nhưng lại được “thu gom” vàocác mương lạch, ao hồ sông suối, rồi chảy vào đạidương. Các hạt bụi, nguồn chính của chất gây ô nhiễm

Page 3: Tích lũy sinh học và độc tố môi trường

Tạp chíKH-CN Nghệ An

SỐ 11/2016 [27]

NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI

độc hại là sự hiện diện của các hợp chất từkhói công nghiệp và khí thải ô tô cũng trởvề đất theo cơn mưa rồi cũng lại tập trungvào các ao hồ, sông suối hay thấm sâu vàocác tầng đất đi vào các mạch nước ngầm.

Chất gây ô nhiễm độc hại có trong nướchoặc đất, nó có thể dễ dàng thâm nhập vàochuỗi thực phẩm. Ví dụ, trong nước, cácchất ô nhiễm hấp thụ hoặc dính vào các hạtnhỏ, bao gồm cả sinh vật phù du - nhữngsinh vật nhỏ sống ở nước. Các chất gây ônhiễm ở mức này không gây ra nhiều thiệthại trong thực phẩm. Tuy nhiên, khi mộtđộng vật phù du - những động vật nhỏ ăncác thực vật phù du thì tích lũy sinh học ởđó sẽ tăng lên tới chục lần và mức độ ônhiễm hóa chất độc lại tăng lên do chậmchuyển hóa hoặc bài tiết các chất gây ônhiễm. Một con cá nhỏ có thể ăn nhiềuđộng vật phù du. Như vậy, ở con cá sẽ cótới hàng trăm lần mức độ ô nhiễm độchại. Rồi một cá lớn lại ăn nhiều cá nhỏ nêntích lũy lên tới hàng triệu lần, động vật ănthịt trong đó có cả con người lại ăn cá lớnvà lại tích lũy tới hàng triệu triệu lần. Phépnhân này sẽ tiếp tục tăng lên trong suốtchuỗi thức ăn cho đến khi nồng độ cao củachất gây ô nhiễm đã được khuếch đại trongnhóm top động vật ăn thịt. Cho nên khi sốlượng các chất gây ô nhiễm có thể có đủnhỏ để không gây ra bất kỳ thiệt hại ở mứcthấp nhất trong chuỗi thức ăn, nhưng lượngchất độc hại được khuếch đại có thể gây rathiệt hại nghiêm trọng đối với các sinh vậtcao hơn trong chuỗi thức ăn. Hiện tượngnày được gọi là khuếch đại sinh học (bio-magnification).

Đến nay, đã xác định được các loạithuốc trừ sâu Clo hữu cơ bền độc hạigây ô nhiễm. Từ hế hệ đầu tiên (DDT,chlordane, và toxaphene) và sau này nhưpolychlorinated biphenyls (PCBs), dioxin,chất chống cháy brôm, nhưng cũng có mộtsố hợp chất hữu cơ kim loại, như metylthủy ngân và tributyltin (TBT). Do tích lũysinh học và độc tính mạnh mẽ của nó, mộtsố các chất này đã bị cấm ở Bắc Mỹ và TâyÂu sau năm 1970, nhưng người ta vẫn sử

dụng bất chấp lệnh cấm. Đáng chú ý là, sự tích lũy sinhhọc và khuếch đại cùng với các hợp chất có độc tínhcao, bền vững có khả năng tiêu diệt hoặc không thể sửachữa các thiệt hại hệ thống dinh dưỡng, đặc biệt là cácbậc dinh dưỡng cao hơn trên toàn cầu. Những kết quảnghiên cứu cho thấy, nó có thể phá vỡ hệ nội tiết, gâyung thư hoặc làm cho gen khiếm khuyết, suy yếu hệthống miễn dịch. Nhiều hóa chất tích tụ sinh học tantrong chất béo có xu hướng cư trú chủ yếu ở các màngsinh chất, các liposome trong tế bào hoặc ở các chất béotrong máu, trong sữa. Điều này giải thích tại sao các hóachất tích tụ sinh học tan trong chất béo thường được tìmthấy ở nồng độ cao trong sữa mẹ giàu chất béo [6].Ngoài ra, các chất tích tụ sinh học này cũng có thể được“gửi gắm” ở nơi khác, bao gồm cả xương, cơ bắp, hoặcnão. Nghiên cứu về hải cẩu và cá heo, các nhà nghiêncứu tìm thấy dấu hiệu cho thấy khi bị ô nhiễm bởi cácchất hữu cơ dai dẳng (POPs) sẽ bị ức chế hệ thống miễndịch và nội tiết. Sự suy yếu của hệ thống miễn dịch ảnhhưởng đến sự lây lan của dịch bệnh, chẳng hạn như bệnhđã giết chết hàng ngàn con hải cẩu ở Biển Bắc năm 1988và 2002.

Con người chủ yếu ăn POPs từ thức ăn và nước uống,nhưng cũng thu nhận nó từ không khí (chủ yếu là do hítphải các hạt bụi) và qua da (thông qua tiếp xúc trực tiếpvới hóa chất). Nồng độ cao nhất của POP thường đượctìm thấy trong các loài động vật ở biển và con người, cảhai đều là ở đầu của chuỗi thức ăn. Sự tích lũy sinh họccác chất độc hại đến từ nhiều nguồn. Thuốc trừ sâu làmột ví dụ về một chất gây ô nhiễm và tích lũy trong cácsinh vật đáng lo ngại nhất. Khi nghiên cứu về các hợpchất hữu cơ độc hại gây ô nhiễm môi trường biển liênquan đến polychlorinated biphenyls (PCBs), một độc tốđiển hình trong đó khoảng 130 dạng đã được sử dụngthương mại. Độc tính của PCBs khác nhau đáng kể giữa

Page 4: Tích lũy sinh học và độc tố môi trường

Tạp chíKH-CN Nghệ An

SỐ 11/2016 [28]

NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI

các chất đồng loại và có xu hướng giốngnhư dioxin là một trong những chất đồngloại độc hại nhất [9]. Theo Cơ quan Bảo vệMôi trường Mỹ (EPA), nó gây ra ung thưở động vật, nhiễm độc thần kinh và có thểgây ung thư ở người[5]. Vì thế, mức ô

nhiễm tối đa cho phép trong nước uống ở Hoa Kỳ đượcđược thiết lập là bằng 0, nhưng vì các công nghệ xử lýnước chưa phải là tối ưu nên vẫn tồn tại ở mức 0,5 phầntỷ [6]. Khi nghiên cứu về ô nhiễm môi trường biển bởiPCBs cho thấy, sự tích lũy sinh học và khuếch đại sinhhọc của PCBs như sau:

PCBs từ các nguồn khác nhau theonước chảy vào biển và hàm lượng PCBs là0,000002ppm trong nước biển, ở cặn tầngđáy có hàm lượng 0,005-0,16ppm, rồi tíchlũy sinh học và tăng dần trong các bậc dinhdưỡng của chuỗi thức ăn từ thực vật phùdu đến động vật phù du, đến động vậtkhông xương sống (invertebrates), đến cá,chim biển, thú biển (hải cẩu) thì hàm lượngPCBs rất lớn (160ppm) - tăng đến 80 triệulần. Do đó, khi nước biển bị ô nhiễm PCBsmà con người ăn các sinh vật biển đó thìrất tai hại. Nói chung, khi con người tiếpxúc với PCBs thông qua thực phẩm, hoặchít thở không khí ô nhiễm, hoặc tiếp xúcvới da, một số PCBs có thể thay đổi cáchợp chất khác trong cơ thể. Những hợpchất hoặc PCBs không thay đổi có thểđược bài tiết trong phân hoặc có thể vẫncòn trong cơ thể của con người trong nhiềunăm, với thời gian bán sống của nó ướctính khoảng 10-15 năm [4a]. PCBs tích tụtrong chất béo, mỡ, sữa. PCBs được tíchlũy và tăng dần trong các mắt xích củachuỗi thức ăn hoặc qua sữa mẹ hoặc dotiếp xúc trong tử cung thông qua chuyểngiao PCBs qua nhau gây ngộ độc. Việc đưaPCBs như một PBT có thể góp phần vào

khả năng hòa tan thấp của nó trong nước, có tính ổn địnhcao, thuận lợi cho lưu thông tầm xa của nó và tích tụtrong sinh vật.

PBTs là những hóa chất chất độc hại được tồn tại lâutrong môi trường, tích lũy sinh học trong con người vàđộng vật hoang dã. Bởi thế, miễn là nó vẫn còn trongthương mại thì nó có thể được thải vào môi trường, đedọa sức khỏe của con người và động vật hoang dã. Bảnchất của rủi ro sẽ phụ thuộc vào tính chất độc hại cụ thểcủa nó, kích thước của quần thể tiếp xúc hoặc hệ sinhthái, mức độ và thời gian tiếp xúc. Nhưng vì sự bền bỉvà khả năng tích lũy sinh học, một khi mức độ tiếp xúclà đủ để gây ra những tác động bất lợi cho con người,vật nuôi, hoặc động vật hoang dã thì tác động của nókhông dễ dàng đảo ngược. Ảnh hưởng của PBTs có thểbao gồm gia tăng bệnh tật, mất khả năng sinh sản, làmthay đổi trong các cấu trúc quần thể của cá, và ô nhiễmcác mô trong cá và tôm cua. Con người và các sinh vậtkhác, tiêu thụ động vật có vỏ hoặc cá bị ô nhiễm với cácchất ô nhiễm tích tụ sinh học bền vững thì sẽ có khảnăng tích lũy các hóa chất này[7]. Điều này có thể làmcho các sinh vật có nguy cơ đột biến, gây quái thai hoặcgây ung thư. Các mối tương quan đã được tìm thấy giữaphơi nhiễm cao với các hỗn hợp PCBs và những thayđổi trong các enzym gan, gan to, và các hiệu ứng về danhư phát ban đã được cảnh báo.

3. Công nghệ sinh học xử lý PCBsPCBs được cấu tạo bởi các nguyên tử Cácbon, Hyđrô

Page 5: Tích lũy sinh học và độc tố môi trường

Tạp chíKH-CN Nghệ An

SỐ 11/2016 [29]

NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI

và Clo. Các nguyên tử này có khả năng tạocác liên kết khác nhau nên chúng có thể tạora nhiều loai phân tử PCBs với mức độ độchại khác nhau. Hiện nay, hơn 350 PFCskhác nhau được biết và tồn tại. Xử lý ônhiễm bởi PCBs không thể thực hiện đượcbằng hương pháp hóa học mà phải bằngphương pháp sinh học và nay đã có nhữngtiến bộ đáng kể đang được thực hiện trongcác nỗ lực để làm giảm tích lũy sinh họccủa các hợp chất độc hại. Các văn bảnpháp luật cũng đã cấm việc sử dụng cáchợp chất nhất định nhằm giảm mức độ độchại trong môi trường, trong chuỗi thứcăn. Đồng thời, các vi sinh vật biến đổi gencũng được dùng để kiểm soát các chất độchại, đặc biệt người ta đã phân lập đượcnhiều chủng vi khuẩn có thể trực tiếp loạibỏ các hợp chất độc hại từ môi trường. Bởithế, hơn 40 năm qua, sự ô nhiễm môitrường của các polychlorinated biphenyls(PCBs) trong các mẫu động vật hoang dãvề PCBs đã được công bố, trong đó baogồm các nghiên cứu về phân hủy sinh họcPCBs và các độc chất. Các nghiên cứu vềsự phân giải PBCs của vi sinh vật trongnhững năm qua đã cung cấp cái nhìn sâusắc đáng kể vào các lĩnh vực sinh thái vikhuẩn, hóa sinh và di truyền phân tử[10].

Theo Loeffler, giáo sư trường Xâydựng và Kỹ thuật môi trường (Hoa Kỳ),tình hình với PCBs là phức tạp hơn vì nóđang có trong trầm tích sông, hồ thay vìmôi trường nước ngầm và dưới bề mặt.Loeffler dự đoán rằng, công nghệ xử lýsinh học để giải quyết các PCBs giải độcsẽ được phát triển đầu tiên cho các hồ,chẳng hạn như phần bị ô nhiễm PCBs củahồ Hartwell ở Nam Carolina, sau đó, sẽđược tinh chế để làm sạch các trầm tíchsông, nơi tốc độ dòng chảy lớn và xử lýsinh học có thể khó khăn hơn để thực hiện.Phát triển công nghệ xử lý sinh học trongsản xuất vi sinh vật dọn dẹp PCBs sẽ cungcấp một thay thế cho nạo vét bùn đất và xửlý tại bãi chôn lấp, đó là phương phápthường được sử dụng nhất để loại bỏPCBs. Bởi nạo vét bùn đất còn gây tranh

cãi vì bản chất của phương pháp này và nguy cơ lây lancác chất ô nhiễm [4]. Loeffler cho rằng có lẽ điều nàysẽ ảnh hưởng đến quá trình ra quyết định, và xử lý sinhhọc sẽ được thực hiện vì nó có thể tiết kiệm hàng triệuđô la dành cho các dự án nạo vét gây tranh cãi. Qua mộtloạt các thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã xác địnhđược vi khuẩn độc đáo thuộc chi Dehalococcoides córất nhiều chủng “chịu trách nhiệm” về khử Clo trongAroclor 1260. Các vi khuẩn này thay thế các nguyên tửclo trong Aroclor 1260 với hydro, nhiên liệu tăng trưởngcủa nó và thực hiện quá trình thoái hóa, phân giải. Nócó thể khử độc và sẽ xảy ra nhanh hơn. Thay vì phải“tham gia” nhiều thập kỷ, các vi khuẩn có thể làm suygiảm PCBs trong một vài năm.

Nghiên cứu chỉ ra rằng, vi khuẩn Dehalococcoideshoạt động trong các môi trường nuôi cấy cũng góp phầnkhử Clo của PCB tại chỗ (trong các trầm tích ở sông) vàcùng sử dụng loài vi sinh vật khác sẽ phân hủy và khửđộc hoàn toàn PCBs [8]. Loeffler và các đồng nghiệp củaông tiếp tục nghiên cứu vi khuẩn Dehalococcoides. Họhy vọng sẽ phát triển các công cụ sinh học phân tử đểnhanh chóng làm tăng sự hiện diện của các vi sinh vậtnày với quần thể lớn trong môi trường. Bên cạnh đó, ởHoa Kỳ, các nhà nghiên cứu cũng xác định được mộtnhóm vi khuẩn có thể khử độc một loại phổ biến củapolychlorinated biphenyls (PCBs), đã gây ô nhiễm hơn250 địa điểm, trong đó có trầm tích ở sông, hồ và bướcđầu tiên hướng tới một chiến lược xử lý sinh học mộtcách tự nhiên để giải độc hóa chất trong các trầm tíchvà nước ngầm. Các kết quả nghiên cứu được công bốngày 15/4/216 trên tạp chí Vi sinh học môi trường ứngdụng (Applied Environmental Microbiology). Sau đó,các nhà nghiên cứu công nghệ Georgia Frank Loefflervà Kirsti Ritalahti phân lập từ đất bị ô nhiễm lâu dàiPCBs còn thu dược các chủng vi khuẩn

Page 6: Tích lũy sinh học và độc tố môi trường

Tạp chíKH-CN Nghệ An

SỐ 11/2016 [30]

NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI

Alcaligenes xylosoxidans, Pseudomonasstutzeri hay ở trầm tích thu được các chủngOchrobactrum anthropi và Pseudomonasveronii và nuôi cấy để tăng sinh khối vàtăng sản xuất enzyme phân giảiPCBs[9]. PCBs và s-triazines (một loạithuốc diệt cỏ) là những hợp chất độc hạicó thể đóng vai trò như chất gây rối loạnnội tiết và gây ung thư. Do đó, tình trạng ônhiễm môi trường với s-triazines (ATZ) vàPCBs là mối quan tâm ngày càng tăng. Visinh vật đóng vai trò chính trong việc loạibỏ các chất hữu cơ bền vững gây ô nhiễm(POPs) từ môi trường. Các vi khuẩn khácnhau có thể làm suy giảm s-triazines vàPCBs đã được đặc trưng. Sự phân giảithuốc diệt cỏ ATZ do vi khuẩn bằng phảnứng thủy phân xúc tác bởi enzim amido-hydrolases mã hóa bởi gen ATZ và phângiải PCBs là công việc của rất nhiều vikhuẩn khác. Hỗn hợp thương mại thườngbao gồm hàng trăm hợp chất đồng loại bềnvững nên làm suy giảm hay phân hủy đượcnó là không dễ dàng. Theo Margaret Find-lay, mặc dù trong tự nhiên có xảy ra sựphân hủy PCBs ở điều kiện yếm khí vớitốc độ khoảng 5% mỗi thập kỷ. Như vậy,có nghĩa rằng PCBs có thể tồn tại trongmôi trường một thời gian rất dài [1].

Làm sạch PCBs thường liên quan đếnnạo vét đất chất đầy rác thải có PCBs. Vídụ, để nạo vét trầm tích bị ô nhiễm vớiPCBs của sông Hudson, người ta đã phảidành ra tới 561 triệu USD để nạo vét 2,6triệu cubic yards (m3, đv của Anh) và ngay

cả sau khi nạo vét, xung quanh dó vẫn còn PCBs. Trướcđây, các nhà nghiên cứu đã không thể phân lập được cácvi khuẩn mạnh mẽ hơn vì nó “gắn bó” với các trầmtích. Tuy nhiên, Margaret Findlay và nhà khoa họcnhư tiến sĩ Samuel Fogel ở New Jersey đã thu đượctừ một mẫu nước ngầm trong môi trường bị ô nhiễmvới polychlorinated biphenyls (PCBs) - một thành viêncủa chi Dehalococcoides và cho vào môi trường nuôicấy để phát triển [6]. Đặc biệt, theo đánh giá của cácnhà nghiên cứu, vi khuẩn phát triển trong môi trườngkhông gây bệnh, và không gây ảnh hưởng bất lợi trongmôi trường tự nhiên. Quan trọng hơn là không phảitrông đợi đến hàng thập kỷ, mà chỉ trong vòng 18 tuần,44% của PCBs đã bị phân giải. Sản phẩm cuối cùng củasự phân giải đó là CO2 và HCl. Tuy nhiên các vi khuẩnnày cũng không làm thay đổi độ pH của nước do để lạinồng độ của các HCl ở mức 1-2 phần triệu (1-2ppm).Đây là bước đột phá quan trọng và sẽ là một sự thay thếhiệu quả chi phí nạo vét hàng triệu triệu m3 đất bùn vàvận chuyển đến bãi chôn lấp[1]. Do PCBs có tới hàngtrăm hợp chất đồng loại, có số nguyên tử Clo trong phântử khác nhau nên phải sử dụng nhiều chủng vi sinh vậtcả kỵ khí và hiếu khí. PCBs có số Clo cao hơn phải khửbởi các vi sinh vật kỵ khí. Khi đó, PCBs bị phân giảiđến biphenyl, từ đó cho acetyl-CoA rồi theo con đườngtricacboxylic acid (TAC hay chu trình Crep) để cho sảnphẩm cuối cùng là CO2 và H2O. PCBs có Clo thấp bịoxy hóa bởi các vi khuẩn hiếu khí. Các vi khuẩn hiếukhí phá vỡ phân tử PCBs, và sản phẩm cuối cùng là CO2

và axid clohiđric. Theo Công ước Stockholm, phải loạibỏ PCBs vào năm 2025. Từ năm 2002, Việt Nam làthành viên thứ 14 của Công ước này. Cho dù Việt Namđã và đang thực hiện nhiều dự án liên quan song việcquản lý, xử lý an toàn PCBs vẫn còn nhiều khó khăn dochưa có chính sách hợp lý và chế tài đủ mạnh./.

Tài liệu tham khảo1. Ayesha Monga Kravetz,et al (2012), Unique Bacteria Fights Man, Made Chemical Mess. 2. Beek, Bernd.(2000), “Bioaccumulation: New Aspects and Developments”, In Handbook of Environmental Chem-

istry, Vol. 2: New York. 3. Campbell, Neil A. và Jane B Reece, 2002, Bi ology, 6th ed. Pearson, SanFransico.4. Georgia Institute of Technology (2007), Bacteria That Degrade PCBs. 5. Mary Beth Leigh1et al (2006), Polychlorinated Biphenyl (PCB), Degrading Bacteria Associated with Trees in a PCB-

Contaminated Site. 6. Michael Seeger et al (2010), Soil Sci, Plant Nutr. 10 (3). 7. Steven Gilbert (mai 30, 2014), Biomagnification. 8. Sarah Malburg (2010), Pesticides in Fish and Water and the Effects of Bioaccumulation.9. Slavomíra Murínová et al-(2014), Degradation of polychlorinated biphenyls (PCBs) by four bacterial isolates ob-

tained from the PCB, contaminated soil and PCB-contaminated sediment.10. U.S.Environmental Protection Agency (2013), “Health Effects of PCBs”.