Việc sử dụng rộng rãi thuốc trừ sâu tổng hợp đã dẫn đến nhiều vấn đề, bao gồm sự xuất hiện của các sinh vật kháng thuốc, suy thoái môi trường và gây hại cho sức khỏe con người. Do đó, các loại vi khuẩn mớithuốc trừ sâuan toàn cho sức khỏe con người và môi trường đang rất cần thiết. Trong nghiên cứu này, chất hoạt động bề mặt sinh học rhamnolipid do Enterobacter cloacae SJ2 sản xuất đã được sử dụng để đánh giá độc tính đối với ấu trùng muỗi (Culex quinquefasciatus) và mối (Odontotermes obesus). Kết quả cho thấy có tỷ lệ tử vong phụ thuộc vào liều giữa các lần xử lý. Giá trị LC50 (nồng độ gây chết 50%) sau 48 giờ đối với chất hoạt động bề mặt sinh học ấu trùng mối và muỗi được xác định bằng phương pháp khớp đường cong hồi quy phi tuyến tính. Kết quả cho thấy, giá trị LC50 sau 48 giờ (khoảng tin cậy 95%) của hoạt tính diệt ấu trùng và chống mối của chất hoạt động bề mặt sinh học lần lượt là 26,49 mg/L (phạm vi 25,40 đến 27,57) và 33,43 mg/L (phạm vi 31,09 đến 35,68). Theo xét nghiệm mô bệnh học, việc xử lý bằng chất hoạt động bề mặt sinh học gây tổn thương nghiêm trọng đến mô bào quan của ấu trùng và mối. Kết quả của nghiên cứu này chỉ ra rằng chất hoạt động bề mặt sinh học của vi khuẩn Enterobacter cloacae SJ2 là một công cụ tuyệt vời và có hiệu quả để kiểm soát Cx, quinquefasciatus và O. obesus.
Các nước nhiệt đới đang phải chịu một số lượng lớn các bệnh do muỗi truyền1. Sự liên quan của các bệnh do muỗi truyền là rất rộng rãi. Hơn 400.000 người chết vì sốt rét mỗi năm và một số thành phố lớn đang phải hứng chịu các dịch bệnh nghiêm trọng như sốt xuất huyết, sốt vàng da, sốt chikungunya và Zika.2 Các bệnh do véc tơ truyền có liên quan đến một trong sáu ca nhiễm trùng trên toàn thế giới, trong đó muỗi gây ra các trường hợp đáng kể nhất3 ,4. Culex, Anopheles và Aedes là ba chi muỗi thường liên quan nhất đến việc truyền bệnh5. Tỷ lệ mắc bệnh sốt xuất huyết, một bệnh nhiễm trùng do muỗi Aedes aegypti truyền, đã tăng lên trong thập kỷ qua và gây ra mối đe dọa đáng kể đối với sức khỏe cộng đồng4,7,8. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), hơn 40% dân số thế giới có nguy cơ mắc bệnh sốt xuất huyết, với 50–100 triệu ca mới xảy ra hàng năm ở hơn 100 quốc gia9,10,11. Sốt xuất huyết đã trở thành một vấn đề lớn về sức khỏe cộng đồng vì tỷ lệ mắc bệnh đã tăng lên trên toàn thế giới12,13,14. Anopheles gambiae, thường được gọi là muỗi Anopheles Châu Phi, là vật trung gian truyền bệnh sốt rét ở người quan trọng nhất ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới15. Virus Tây sông Nile, viêm não St. Louis, viêm não Nhật Bản và các bệnh nhiễm trùng do virus ở ngựa và chim được truyền qua muỗi Culex, thường được gọi là muỗi nhà thông thường. Ngoài ra, chúng cũng là vật mang các bệnh do vi khuẩn và ký sinh trùng16. Có hơn 3.000 loài mối trên thế giới và chúng đã tồn tại hơn 150 triệu năm17. Hầu hết các loài gây hại sống trong đất và ăn gỗ và các sản phẩm từ gỗ có chứa xenluloza. Mối Ấn Độ Odontotermes obesus là một loài gây hại quan trọng gây thiệt hại nghiêm trọng cho các loại cây trồng quan trọng và cây trồng trong đồn điền18. Ở các vùng nông nghiệp, tình trạng mối xâm nhập ở các giai đoạn khác nhau có thể gây ra thiệt hại kinh tế to lớn cho nhiều loại cây trồng, loài cây và vật liệu xây dựng. Mối cũng có thể gây ra các vấn đề về sức khỏe của con người19.
Vấn đề kháng thuốc của vi sinh vật và sâu bệnh trong lĩnh vực dược phẩm và nông nghiệp ngày nay rất phức tạp20,21. Do đó, cả hai công ty nên tìm kiếm các chất kháng khuẩn mới tiết kiệm chi phí và thuốc trừ sâu sinh học an toàn. Thuốc trừ sâu tổng hợp hiện đã có sẵn và đã được chứng minh là có khả năng lây nhiễm và xua đuổi côn trùng có lợi không phải mục tiêu22. Trong những năm gần đây, nghiên cứu về chất hoạt động bề mặt sinh học đã được mở rộng do ứng dụng của chúng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Chất hoạt động bề mặt sinh học rất hữu ích và quan trọng trong nông nghiệp, cải tạo đất, khai thác dầu mỏ, loại bỏ vi khuẩn và côn trùng, và chế biến thực phẩm23,24. Chất hoạt động bề mặt sinh học hoặc chất hoạt động bề mặt vi sinh vật là các hóa chất hoạt động bề mặt sinh học do các vi sinh vật như vi khuẩn, nấm men và nấm tạo ra ở môi trường ven biển và các khu vực bị ô nhiễm dầu25,26. Chất hoạt động bề mặt và chất hoạt động bề mặt sinh học có nguồn gốc hóa học là hai loại được lấy trực tiếp từ môi trường tự nhiên27. Nhiều chất hoạt động bề mặt sinh học khác nhau được lấy từ môi trường sống ở biển28,29. Do đó, các nhà khoa học đang tìm kiếm các công nghệ mới để sản xuất chất hoạt động bề mặt sinh học dựa trên vi khuẩn tự nhiên30,31. Những tiến bộ trong nghiên cứu như vậy chứng minh tầm quan trọng của các hợp chất sinh học này đối với việc bảo vệ môi trường32. Bacillus, Pseudomonas, Rhodococcus, Alcaligenes, Corynebacterium và các chi vi khuẩn này là những đại diện được nghiên cứu kỹ lưỡng23,33.
Có nhiều loại chất hoạt động bề mặt sinh học với nhiều ứng dụng khác nhau34. Một lợi thế đáng kể của các hợp chất này là một số trong số chúng có hoạt tính kháng khuẩn, diệt ấu trùng và diệt côn trùng. Điều này có nghĩa là chúng có thể được sử dụng trong các ngành công nghiệp nông nghiệp, hóa chất, dược phẩm và mỹ phẩm35,36,37,38. Vì chất hoạt động bề mặt sinh học thường có thể phân hủy sinh học và có lợi cho môi trường nên chúng được sử dụng trong các chương trình quản lý dịch hại tổng hợp để bảo vệ cây trồng39. Do đó, kiến thức cơ bản đã được thu thập về hoạt tính diệt ấu trùng và chống mối của chất hoạt động bề mặt sinh học vi khuẩn do Enterobacter cloacae SJ2 tạo ra. Chúng tôi đã kiểm tra tỷ lệ tử vong và những thay đổi về mô học khi tiếp xúc với các nồng độ khác nhau của chất hoạt động bề mặt sinh học rhamnolipid. Ngoài ra, chúng tôi đã đánh giá chương trình máy tính Cấu trúc-Hoạt động định lượng (QSAR) được sử dụng rộng rãi Cấu trúc-Hoạt động sinh thái (ECOSAR) để xác định độc tính cấp tính đối với vi tảo, giáp xác và cá.
Trong nghiên cứu này, hoạt tính chống mối (độc tính) của chất hoạt động bề mặt sinh học tinh khiết ở nhiều nồng độ khác nhau từ 30 đến 50 mg/ml (với khoảng cách 5 mg/ml) đã được thử nghiệm trên mối Ấn Độ, O. obesus và loài thứ tư) Đánh giá. Ấu trùng giai đoạn Cx. Ấu trùng muỗi quinquefasciatus. Nồng độ LC50 của chất hoạt động bề mặt sinh học trong 48 giờ đối với O. obesus và Cx. C. solanacearum. Ấu trùng muỗi được xác định bằng phương pháp điều chỉnh đường cong hồi quy phi tuyến tính. Kết quả cho thấy tỷ lệ tử vong của mối tăng khi nồng độ chất hoạt động bề mặt sinh học tăng. Kết quả cho thấy chất hoạt động bề mặt sinh học có hoạt tính diệt ấu trùng (Hình 1) và hoạt tính chống mối (Hình 2), với giá trị LC50 48 giờ (95% CI) lần lượt là 26,49 mg/L (25,40 đến 27,57) và 33,43 mg/l (Hình 31,09 đến 35,68) (Bảng 1). Về độc tính cấp tính (48 giờ), chất hoạt động bề mặt sinh học được phân loại là “có hại” đối với các sinh vật được thử nghiệm. Chất hoạt động bề mặt sinh học được sản xuất trong nghiên cứu này cho thấy hoạt tính diệt ấu trùng tuyệt vời với tỷ lệ tử vong 100% trong vòng 24-48 giờ sau khi tiếp xúc.
Tính giá trị LC50 cho hoạt động diệt ấu trùng. Đường cong hồi quy phi tuyến tính (đường liền) và khoảng tin cậy 95% (khu vực tô bóng) cho tỷ lệ tử vong tương đối (%).
Tính giá trị LC50 cho hoạt động chống mối. Đường cong hồi quy phi tuyến tính (đường liền) và khoảng tin cậy 95% (khu vực tô bóng) cho tỷ lệ tử vong tương đối (%).
Vào cuối thí nghiệm, những thay đổi về hình thái và bất thường đã được quan sát dưới kính hiển vi. Những thay đổi về hình thái đã được quan sát thấy ở nhóm đối chứng và nhóm được xử lý ở độ phóng đại 40 lần. Như thể hiện trong Hình 3, sự suy giảm tăng trưởng xảy ra ở phần lớn ấu trùng được xử lý bằng chất hoạt động bề mặt sinh học. Hình 3a cho thấy Cx bình thường. quinquefasciatus, Hình 3b cho thấy Cx bất thường. Gây ra năm ấu trùng giun tròn.
Tác động của liều lượng chất hoạt động bề mặt sinh học dưới ngưỡng gây chết (LC50) lên sự phát triển của ấu trùng Culex quinquefasciatus. Hình ảnh kính hiển vi quang học (a) của Cx bình thường ở độ phóng đại 40 lần. quinquefasciatus (b) Cx bất thường. Gây ra năm ấu trùng giun tròn.
Trong nghiên cứu hiện tại, kiểm tra mô học của ấu trùng được xử lý (Hình 4) và mối (Hình 5) đã phát hiện ra một số bất thường, bao gồm giảm diện tích bụng và tổn thương cơ, lớp biểu mô và da. ruột giữa. Mô học đã tiết lộ cơ chế hoạt động ức chế của chất hoạt động bề mặt sinh học được sử dụng trong nghiên cứu này.
Bệnh học mô học của ấu trùng Cx tuổi thứ 4 chưa được xử lý bình thường. ấu trùng quinquefasciatus (kiểm soát: (a,b)) và được xử lý bằng chất hoạt động bề mặt sinh học (xử lý: (c,d)). Mũi tên chỉ biểu mô ruột đã được xử lý (epi), nhân (n) và cơ (mu). Thanh = 50 µm.
Bệnh học mô học của O. obesus bình thường không được xử lý (kiểm soát: (a,b)) và được xử lý bằng chất hoạt động bề mặt sinh học (xử lý: (c,d)). Mũi tên chỉ biểu mô ruột (epi) và cơ (mu) tương ứng. Thanh = 50 µm.
Trong nghiên cứu này, ECOSAR được sử dụng để dự đoán độc tính cấp tính của các sản phẩm chất hoạt động bề mặt sinh học rhamnolipid đối với các sinh vật sản xuất chính (tảo xanh), sinh vật tiêu thụ chính (bọ nước) và sinh vật tiêu thụ thứ cấp (cá). Chương trình này sử dụng các mô hình hợp chất cấu trúc-hoạt động định lượng tinh vi để đánh giá độc tính dựa trên cấu trúc phân tử. Mô hình sử dụng phần mềm cấu trúc-hoạt động (SAR) để tính toán độc tính cấp tính và dài hạn của các chất đối với các loài thủy sinh. Cụ thể, Bảng 2 tóm tắt nồng độ gây chết trung bình ước tính (LC50) và nồng độ hiệu quả trung bình (EC50) đối với một số loài. Độc tính nghi ngờ được phân loại thành bốn mức độ bằng cách sử dụng Hệ thống phân loại và ghi nhãn hóa chất hài hòa toàn cầu (Bảng 3).
Kiểm soát các bệnh do véc tơ truyền, đặc biệt là các chủng muỗi và muỗi Aedes. Người Ai Cập, hiện đang làm việc khó khăn 40,41,42,43,44,45,46. Mặc dù một số loại thuốc trừ sâu có sẵn về mặt hóa học, chẳng hạn như pyrethroid và organophosphate, có phần có lợi, nhưng chúng gây ra những rủi ro đáng kể cho sức khỏe con người, bao gồm bệnh tiểu đường, rối loạn sinh sản, rối loạn thần kinh, ung thư và các bệnh về đường hô hấp. Hơn nữa, theo thời gian, những loài côn trùng này có thể trở nên kháng thuốc13,43,48. Do đó, các biện pháp kiểm soát sinh học hiệu quả và thân thiện với môi trường sẽ trở thành phương pháp kiểm soát muỗi phổ biến hơn49,50. Benelli51 đề xuất rằng việc kiểm soát sớm các véc tơ muỗi sẽ hiệu quả hơn ở các khu vực thành thị, nhưng họ không khuyến nghị sử dụng thuốc diệt ấu trùng ở các khu vực nông thôn52. Tom et al 53 cũng đề xuất rằng việc kiểm soát muỗi ở giai đoạn chưa trưởng thành sẽ là một chiến lược an toàn và đơn giản vì chúng nhạy cảm hơn với các tác nhân kiểm soát 54 .
Sản xuất chất hoạt động bề mặt sinh học bởi một chủng mạnh (Enterobacter cloacae SJ2) cho thấy hiệu quả nhất quán và đầy hứa hẹn. Nghiên cứu trước đây của chúng tôi báo cáo rằng Enterobacter cloacae SJ2 tối ưu hóa sản xuất chất hoạt động bề mặt sinh học bằng cách sử dụng các thông số lý hóa26. Theo nghiên cứu của họ, các điều kiện tối ưu để sản xuất chất hoạt động bề mặt sinh học bởi một phân lập E. cloacae tiềm năng là ủ trong 36 giờ, khuấy ở tốc độ 150 vòng/phút, pH 7,5, 37 °C, độ mặn 1 ppt, glucose 2% làm nguồn cacbon, nấm men 1%. chiết xuất được sử dụng làm nguồn nitơ để thu được 2,61 g/L chất hoạt động bề mặt sinh học. Ngoài ra, các chất hoạt động bề mặt sinh học được đặc trưng bằng TLC, FTIR và MALDI-TOF-MS. Điều này khẳng định rằng rhamnolipid là một chất hoạt động bề mặt sinh học. Chất hoạt động bề mặt sinh học glycolipid là lớp được nghiên cứu chuyên sâu nhất trong số các loại chất hoạt động bề mặt sinh học khác55. Chúng bao gồm các phần carbohydrate và lipid, chủ yếu là chuỗi axit béo. Trong số các glycolipid, đại diện chính là rhamnolipid và sophorolipid56. Rhamnolipid chứa hai nhóm rhamnose liên kết với axit mono- hoặc di-β-hydroxydecanoic 57 . Việc sử dụng rhamnolipid trong các ngành công nghiệp y tế và dược phẩm đã được xác lập rõ ràng 58 , ngoài việc sử dụng gần đây làm thuốc trừ sâu 59 .
Sự tương tác của chất hoạt động bề mặt sinh học với vùng kỵ nước của ống hút hô hấp cho phép nước đi qua khoang khí khổng, do đó làm tăng sự tiếp xúc của ấu trùng với môi trường nước. Sự hiện diện của chất hoạt động bề mặt sinh học cũng ảnh hưởng đến khí quản, có chiều dài gần bề mặt, giúp ấu trùng dễ dàng bò lên bề mặt và thở. Kết quả là, sức căng bề mặt của nước giảm. Vì ấu trùng không thể bám vào bề mặt nước nên chúng rơi xuống đáy bể, phá vỡ áp suất thủy tĩnh, dẫn đến tiêu hao năng lượng quá mức và chết đuối38,60. Ghribi61 cũng thu được kết quả tương tự, trong đó chất hoạt động bề mặt sinh học do Bacillus subtilis sản xuất có hoạt tính diệt ấu trùng đối với Ephestia kuehniella. Tương tự như vậy, hoạt tính diệt ấu trùng của Cx. Das và Mukherjee23 cũng đánh giá tác dụng của lipopeptide vòng đối với ấu trùng quinquefasciatus.
Kết quả của nghiên cứu này liên quan đến hoạt động diệt ấu trùng của chất hoạt động bề mặt sinh học rhamnolipid đối với Cx. Việc tiêu diệt muỗi quinquefasciatus phù hợp với các kết quả đã công bố trước đây. Ví dụ, chất hoạt động bề mặt sinh học gốc surfactin do nhiều loại vi khuẩn thuộc chi Bacillus sản xuất được sử dụng. và Pseudomonas spp. Một số báo cáo ban đầu64,65,66 đã báo cáo hoạt động diệt ấu trùng của chất hoạt động bề mặt sinh học lipopeptide từ Bacillus subtilis23. Deepali và cộng sự. 63 phát hiện ra rằng chất hoạt động bề mặt sinh học rhamnolipid phân lập từ Stenotropomonas maltophilia có hoạt tính diệt ấu trùng mạnh ở nồng độ 10 mg/L. Silva và cộng sự. 67 đã báo cáo hoạt động diệt ấu trùng của chất hoạt động bề mặt sinh học rhamnolipid đối với Ae ở nồng độ 1 g/L. Aedes aegypti. Kanakdande và cộng sự. 68 báo cáo rằng chất hoạt động bề mặt sinh học lipopeptide do Bacillus subtilis sản xuất gây ra tỷ lệ tử vong chung ở ấu trùng Culex và mối với thành phần ưa béo của Eucalyptus. Tương tự, Masendra et al. 69 báo cáo tỷ lệ tử vong của kiến thợ (Cryptotermes cynocephalus Light.) là 61,7% trong thành phần n-hexane và EtOAc ưa béo của chiết xuất thô E.
Parthipan et al 70 đã báo cáo việc sử dụng thuốc diệt côn trùng của chất hoạt động bề mặt sinh học lipopeptide do Bacillus subtilis A1 và Pseudomonas stutzeri NA3 sản xuất chống lại Anopheles Stephensi, một vectơ truyền ký sinh trùng sốt rét Plasmodium. Họ quan sát thấy ấu trùng và nhộng sống sót lâu hơn, có thời gian đẻ trứng ngắn hơn, vô sinh và có tuổi thọ ngắn hơn khi được xử lý bằng các nồng độ chất hoạt động bề mặt sinh học khác nhau. Các giá trị LC50 quan sát được của chất hoạt động bề mặt sinh học B. subtilis A1 lần lượt là 3,58, 4,92, 5,37, 7,10 và 7,99 mg/L đối với các trạng thái ấu trùng khác nhau (tức là ấu trùng I, II, III, IV và giai đoạn nhộng). Trong khi đó, chất hoạt động bề mặt sinh học đối với giai đoạn ấu trùng I-IV và giai đoạn nhộng của Pseudomonas stutzeri NA3 lần lượt là 2,61, 3,68, 4,48, 5,55 và 6,99 mg/L. Sự chậm trễ trong quá trình phát triển của ấu trùng và nhộng sống sót được cho là kết quả của những rối loạn sinh lý và chuyển hóa đáng kể do xử lý bằng thuốc trừ sâu gây ra71.
Chủng Wickerhamomyces anomalus CCMA 0358 tạo ra chất hoạt động bề mặt sinh học có hoạt tính diệt ấu trùng 100% đối với muỗi Aedes. aegypti trong khoảng thời gian 24 giờ 38 cao hơn so với báo cáo của Silva và cộng sự. Một chất hoạt động bề mặt sinh học được sản xuất từ Pseudomonas aeruginosa sử dụng dầu hướng dương làm nguồn carbon đã được chứng minh là có thể tiêu diệt 100% ấu trùng trong vòng 48 giờ 67 . Abinaya và cộng sự.72 và Pradhan và cộng sự.73 cũng đã chứng minh tác dụng diệt ấu trùng hoặc diệt côn trùng của chất hoạt động bề mặt do một số phân lập của chi Bacillus tạo ra. Một nghiên cứu được công bố trước đây của Senthil-Nathan và cộng sự. phát hiện ra rằng 100% ấu trùng muỗi tiếp xúc với đầm phá thực vật có khả năng chết. 74.
Đánh giá tác động dưới ngưỡng gây chết của thuốc trừ sâu đối với sinh học côn trùng là rất quan trọng đối với các chương trình quản lý dịch hại tổng hợp vì liều lượng/nồng độ dưới ngưỡng gây chết không giết chết côn trùng nhưng có thể làm giảm quần thể côn trùng ở các thế hệ tương lai bằng cách phá vỡ các đặc điểm sinh học10. Siqueira et al75 đã quan sát thấy hoạt động diệt ấu trùng hoàn toàn (tỷ lệ tử vong 100%) của chất hoạt động bề mặt sinh học rhamnolipid (300 mg/ml) khi thử nghiệm ở nhiều nồng độ khác nhau từ 50 đến 300 mg/ml. Giai đoạn ấu trùng của các chủng Aedes aegypti. Họ đã phân tích tác động của thời gian đến khi chết và nồng độ dưới ngưỡng gây chết đối với sự sống sót của ấu trùng và hoạt động bơi lội. Ngoài ra, họ quan sát thấy tốc độ bơi giảm sau 24–48 giờ tiếp xúc với nồng độ dưới ngưỡng gây chết của chất hoạt động bề mặt sinh học (ví dụ: 50 mg/mL và 100 mg/mL). Các chất độc có vai trò dưới ngưỡng gây chết đầy hứa hẹn được cho là có hiệu quả hơn trong việc gây ra nhiều thiệt hại cho các loài gây hại tiếp xúc76.
Các quan sát mô học về kết quả của chúng tôi chỉ ra rằng chất hoạt động bề mặt sinh học do Enterobacter cloacae SJ2 sản xuất làm thay đổi đáng kể các mô của ấu trùng muỗi (Cx. quinquefasciatus) và mối (O. obesus). Những bất thường tương tự đã được gây ra bởi các chế phẩm tinh dầu húng quế ở An. gambiaes.s và An. arabica đã được mô tả bởi Ochola77. Kamaraj và cộng sự78 cũng mô tả những bất thường về hình thái tương tự ở ấu trùng An. Stephanie đã tiếp xúc với các hạt nano vàng. Vasantha-Srinivasan và cộng sự79 cũng báo cáo rằng tinh dầu túi chăn cừu đã gây tổn thương nghiêm trọng đến các lớp biểu mô và buồng của Aedes albopictus. Aedes aegypti. Raghavendran và cộng sự đã báo cáo rằng ấu trùng muỗi đã được xử lý bằng chiết xuất sợi nấm 500 mg/ml của một loại nấm Penicillium tại địa phương. Ae cho thấy tổn thương mô học nghiêm trọng. aegypti và Cx. Tỷ lệ tử vong là 80. Trước đây, Abinaya và cộng sự. Ấu trùng tuổi thứ tư của An đã được nghiên cứu. Stephensi và Ae. aegypti đã tìm thấy nhiều thay đổi về mặt mô học ở Aedes aegypti được xử lý bằng exopolysaccharides của B. licheniformis, bao gồm manh tràng dạ dày, teo cơ, tổn thương và mất tổ chức của hạch thần kinh72. Theo Raghavendran và cộng sự, sau khi xử lý bằng chiết xuất nấm P. daleae, các tế bào ruột giữa của muỗi được thử nghiệm (ấu trùng tuổi thứ 4) cho thấy sưng lòng ruột, giảm nội dung tế bào và thoái hóa nhân81. Những thay đổi về mặt mô học tương tự cũng được quan sát thấy ở ấu trùng muỗi được xử lý bằng chiết xuất lá echinacea, cho thấy tiềm năng diệt côn trùng của các hợp chất được xử lý50.
Việc sử dụng phần mềm ECOSAR đã nhận được sự công nhận quốc tế82. Nghiên cứu hiện tại cho thấy độc tính cấp tính của chất hoạt động bề mặt sinh học ECOSAR đối với vi tảo (C. vulgaris), cá và bọ nước (D. magna) nằm trong phạm trù “độc tính” do Liên hợp quốc định nghĩa83. Mô hình độc tính sinh thái ECOSAR sử dụng SAR và QSAR để dự đoán độc tính cấp tính và lâu dài của các chất và thường được sử dụng để dự đoán độc tính của các chất ô nhiễm hữu cơ82,84.
Paraformaldehyde, đệm natri phosphat (pH 7,4) và tất cả các hóa chất khác được sử dụng trong nghiên cứu này đều được mua từ Phòng thí nghiệm HiMedia, Ấn Độ.
Sản xuất chất hoạt động bề mặt sinh học được thực hiện trong bình Erlenmeyer 500 mL chứa 200 mL môi trường Bushnell Haas vô trùng bổ sung 1% dầu thô làm nguồn carbon duy nhất. Một tiền nuôi cấy Enterobacter cloacae SJ2 (1,4 × 104 CFU/ml) đã được tiêm chủng và nuôi cấy trên máy lắc quỹ đạo ở 37°C, 200 vòng/phút trong 7 ngày. Sau thời gian ủ, chất hoạt động bề mặt sinh học được chiết xuất bằng cách ly tâm môi trường nuôi cấy ở 3400×g trong 20 phút ở 4°C và phần dịch nổi thu được được sử dụng cho mục đích sàng lọc. Các quy trình tối ưu hóa và đặc tính của chất hoạt động bề mặt sinh học đã được áp dụng từ nghiên cứu trước đó của chúng tôi26.
Ấu trùng Culex quinquefasciatus được lấy từ Trung tâm Nghiên cứu Tiên tiến về Sinh học Biển (CAS), Palanchipetai, Tamil Nadu (Ấn Độ). Ấu trùng được nuôi trong các thùng nhựa chứa đầy nước khử ion ở nhiệt độ 27 ± 2°C và quang kỳ 12:12 (sáng:tối). Ấu trùng muỗi được cho ăn dung dịch glucose 10%.
Ấu trùng Culex quinquefasciatus đã được tìm thấy trong các bể tự hoại hở và không được bảo vệ. Sử dụng các hướng dẫn phân loại tiêu chuẩn để xác định và nuôi ấu trùng trong phòng thí nghiệm85. Các thử nghiệm diệt ấu trùng đã được tiến hành theo các khuyến nghị của Tổ chức Y tế Thế giới86 . SH. Ấu trùng tuổi thứ tư của quinquefasciatus được thu thập trong các ống kín theo nhóm 25 ml và 50 ml với khoảng cách không khí bằng hai phần ba dung tích của chúng. Chất hoạt động bề mặt sinh học (0–50 mg/ml) được thêm vào từng ống riêng lẻ và bảo quản ở 25 °C. Ống đối chứng chỉ sử dụng nước cất (50 ml). Ấu trùng chết được coi là những ấu trùng không có dấu hiệu bơi trong thời gian ủ bệnh (12–48 giờ)87 . Tính tỷ lệ tử vong của ấu trùng bằng phương trình. (1)88.
Họ Odontotermitidae bao gồm loài mối Ấn Độ Odontotermes obesus, được tìm thấy trong các khúc gỗ mục nát tại Cơ sở Nông nghiệp (Đại học Annamalai, Ấn Độ). Kiểm tra chất hoạt động bề mặt sinh học này (0–50 mg/ml) bằng các quy trình thông thường để xác định xem nó có gây hại hay không. Sau khi sấy trong luồng không khí tầng trong 30 phút, mỗi dải giấy Whatman được phủ một chất hoạt động bề mặt sinh học ở nồng độ 30, 40 hoặc 50 mg/ml. Các dải giấy đã phủ và chưa phủ được thử nghiệm và so sánh ở giữa đĩa Petri. Mỗi đĩa Petri chứa khoảng ba mươi con mối O. obesus đang hoạt động. Mối đối chứng và mối thử nghiệm được cho giấy ướt làm nguồn thức ăn. Tất cả các đĩa được giữ ở nhiệt độ phòng trong suốt thời gian ủ. Mối chết sau 12, 24, 36 và 48 giờ89,90. Sau đó, phương trình 1 được sử dụng để ước tính tỷ lệ tử vong của mối ở các nồng độ chất hoạt động bề mặt sinh học khác nhau. (2).
Các mẫu được giữ trong đá và đóng gói trong các ống nhỏ chứa 100 ml dung dịch đệm natri phosphat 0,1 M (pH 7,4) và được gửi đến Phòng thí nghiệm bệnh lý nuôi trồng thủy sản trung ương (CAPL) của Trung tâm nuôi trồng thủy sản Rajiv Gandhi (RGCA). Phòng thí nghiệm mô học, Sirkali, Quận Mayiladuthurai, Tamil Nadu, Ấn Độ để phân tích thêm. Các mẫu được cố định ngay lập tức trong paraformaldehyde 4% ở 37°C trong 48 giờ.
Sau giai đoạn cố định, vật liệu được rửa ba lần bằng dung dịch đệm natri phosphat 0,1 M (pH 7,4), khử nước từng bước trong etanol và ngâm trong nhựa LEICA trong 7 ngày. Sau đó, chất này được đặt trong khuôn nhựa chứa đầy nhựa và chất trùng hợp, rồi đặt trong lò nung nóng đến 37°C cho đến khi khối chứa chất này được trùng hợp hoàn toàn.
Sau khi trùng hợp, các khối được cắt bằng máy cắt vi phẫu LEICA RM2235 (Rankin Biomedical Corporation 10.399 Enterprise Dr. Davisburg, MI 48.350, Hoa Kỳ) thành các khối có độ dày 3 mm. Các phần được nhóm lại trên các phiến kính, mỗi phiến kính có sáu phần. Các phiến kính được sấy khô ở nhiệt độ phòng, sau đó nhuộm hematoxylin trong 7 phút và rửa bằng nước chảy trong 4 phút. Ngoài ra, bôi dung dịch eosin lên da trong 5 phút và rửa sạch bằng nước chảy trong 5 phút.
Độc tính cấp tính được dự đoán bằng cách sử dụng các sinh vật thủy sinh từ các mức nhiệt đới khác nhau: LC50 cá 96 giờ, LC50 D. magna 48 giờ và EC50 tảo xanh 96 giờ. Độc tính của chất hoạt động bề mặt sinh học rhamnolipid đối với cá và tảo xanh được đánh giá bằng phần mềm ECOSAR phiên bản 2.2 dành cho Windows do Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ phát triển. (Có sẵn trực tuyến tại https://www.epa.gov/tsca-screening-tools/ecological-struct-activity-relationships-ecosar-predictive-model).
Tất cả các thử nghiệm về hoạt động diệt ấu trùng và chống mối đều được thực hiện theo ba lần. Hồi quy phi tuyến tính (log của các biến đáp ứng liều) của dữ liệu tử vong ấu trùng và mối đã được thực hiện để tính nồng độ gây chết trung bình (LC50) với khoảng tin cậy 95% và các đường cong đáp ứng nồng độ được tạo ra bằng Prism® (phiên bản 8.0, GraphPad Software) Inc., Hoa Kỳ) 84, 91.
Nghiên cứu hiện tại cho thấy tiềm năng của các chất hoạt động bề mặt sinh học của vi khuẩn do Enterobacter cloacae SJ2 sản xuất như các tác nhân diệt ấu trùng muỗi và chống mối, và công trình này sẽ góp phần vào việc hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động diệt ấu trùng và chống mối. Các nghiên cứu mô học về ấu trùng được xử lý bằng chất hoạt động bề mặt sinh học cho thấy tổn thương ở đường tiêu hóa, ruột giữa, vỏ não và tăng sản tế bào biểu mô ruột. Kết quả: Đánh giá độc tính về hoạt động diệt mối và diệt ấu trùng của chất hoạt động bề mặt sinh học rhamnolipid do Enterobacter cloacae SJ2 sản xuất cho thấy rằng phân lập này là một loại thuốc trừ sâu sinh học tiềm năng để kiểm soát các bệnh do véc tơ truyền ở muỗi (Cx quinquefasciatus) và mối (O. obesus). Cần phải hiểu độc tính môi trường cơ bản của chất hoạt động bề mặt sinh học và tác động tiềm tàng của chúng đối với môi trường. Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá rủi ro môi trường của chất hoạt động bề mặt sinh học.
Thời gian đăng: 09-04-2024