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, cần có các biện pháp sinh học mới.thuốc trừ sâuCần khẩn cấp tìm ra các chất hoạt động bề mặt sinh học an toàn cho sức khỏe con người và môi trường. Trong nghiên cứu này, chất hoạt động bề mặt sinh học rhamnolipid do Enterobacter cloacae SJ2 sản sinh được sử dụng để đánh giá độc tính đối với ấu trùng muỗi (Culex quinquefasciatus) và mối (Odontotermes obesus). Kết quả cho thấy tỷ lệ tử vong phụ thuộc vào liều lượng giữa các phương pháp điều trị. Giá trị LC50 (nồng độ gây chết 50%) sau 48 giờ đối với chất hoạt động bề mặt sinh học trên 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 diệt mối của chất hoạt động bề mặt sinh học lần lượt là 26,49 mg/L (khoảng 25,40 đến 27,57) và 33,43 mg/L (khoảng 31,09 đến 35,68). Theo kết quả kiểm tra mô bệnh học, việc điều trị bằng chất hoạt động bề mặt sinh học đã gây tổn thương nghiêm trọng đến các mô bào quan của ấu trùng và mối. Kết quả nghiên cứu này chỉ ra rằng chất hoạt động bề mặt sinh học do Enterobacter cloacae SJ2 sản sinh là một công cụ tuyệt vời và có tiềm năng hiệu quả trong việc kiểm soát muỗi Cx quinquefasciatus và O. obesus.
Các quốc gia nhiệt đới phải đối mặt với số lượng lớn các bệnh do muỗi truyền1. Tầm quan trọng của các bệnh do muỗi truyền rất rộng lớn. Hơn 400.000 người chết vì sốt rét mỗi năm, và một số thành phố lớn đang trải qua dịch bệnh của các bệnh nghiêm trọng như sốt xuất huyết, sốt vàng da, chikungunya và Zika2. Các bệnh do côn trùng truyền bệnh liên quan đến một trong sáu ca nhiễm trùng trên toàn thế giới, trong đó muỗi gây ra các trường hợp nghiêm trọng nhất3,4. Culex, Anopheles và Aedes là ba loài muỗi thường liên quan đến việc truyền bệnh5. Tỷ lệ mắc sốt xuất huyết, một bệnh nhiễm trùng do muỗi Aedes aegypti truyền, đã tăng lên trong thập kỷ qua và đặt 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 sốt xuất huyết, với 50-100 triệu ca mắc mới hàng năm ở hơn 100 quốc gia9,10,11. Sốt xuất huyết đã trở thành một vấn đề sức khỏe cộng đồng lớn khi tỷ lệ mắc bệnh tăng lên trên toàn thế giới12,13,14. Muỗi Anopheles gambiae, thường được biết đến với tên gọi muỗi Anopheles châu Phi, là tác nhân truyền bệnh sốt rét quan trọng nhất ở người tại các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới15. Virus West Nile, viêm não St. Louis, viêm não Nhật Bản và các bệnh nhiễm virus ở ngựa và chim được truyền bởi muỗi Culex, thường được gọi là muỗi nhà thông thường. Ngoài ra, chúng cũng là vật trung gian truyền bệnh do vi khuẩn và ký sinh trùng16. Trên thế giới có hơn 3.000 loài mối 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 cellulose. Mối Ấn Độ Odontotermes obesus là một loài gây hại quan trọng gây thiệt hại nghiêm trọng cho các loại cây trồng và cây rừng quan trọng18. Tại các khu vực nông nghiệp, sự xâm nhiễm của mối ở các giai đoạn khác nhau có thể gây thiệt hại kinh tế khổng lồ cho nhiều loại cây trồng, loài cây và vật liệu xây dựng. Mối cũng có thể gây ra các vấn đề về sức khỏe con người19.
Vấn đề kháng thuốc từ vi sinh vật và sâu bệnh trong lĩnh vực dược phẩm và nông nghiệp hiện nay rất phức tạp20,21. Do đó, cả hai lĩnh vực này nên tìm kiếm các chất kháng khuẩn mới hiệu quả về chi phí và thuốc trừ sâu sinh học an toàn. Thuốc trừ sâu tổng hợp hiện đã có sẵn và được chứng minh là có tính lây nhiễm và xua đuổi các loài côn trùng có lợi không phải mục tiêu22. Trong những năm gần đây, nghiên cứu về chất hoạt động bề mặt sinh học đã 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 khí, loại bỏ vi khuẩn và côn trùng, và chế biến thực phẩm23,24. Chất hoạt động bề mặt sinh học hay chất hoạt động bề mặt vi sinh là các hóa chất hoạt động bề mặt sinh học được sản xuất bởi các vi sinh vật như vi khuẩn, nấm men và nấm trong môi trường sống ven biển và các khu vực bị ô nhiễm dầu25,26. Chất hoạt động bề mặt có nguồn gốc hóa học và chất hoạt động bề mặt sinh học là hai loại được thu nhận trực tiếp từ môi trường tự nhiên27. Nhiều chất hoạt động bề mặt sinh học được thu nhận từ môi trường sống 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 phạm vi ứng dụng rộng rãi34. Một ưu điểm đáng kể của các hợp chất này là một số trong 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 nông nghiệp, hóa chất, dược phẩm và mỹ phẩm35,36,37,38. Vì chất hoạt động bề mặt sinh học nói chung có thể phân hủy sinh học và có lợi cho môi trường, 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 mọt của chất hoạt động bề mặt sinh học vi sinh vật được sản xuất bởi Enterobacter cloacae SJ2. Chúng tôi đã kiểm tra tỷ lệ tử vong và những thay đổi 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 Định lượng Cấu trúc-Hoạt tính (QSAR) được sử dụng rộng rãi là Cấu trúc-Hoạt tính Sinh thái (ECOSAR) để xác định độc tính cấp tính đối với vi tảo, bọ nước và cá.
Trong nghiên cứu này, hoạt tính chống mối (độc tính) của các chất hoạt động bề mặt sinh học tinh khiết ở các 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 ấu trùng muỗi Cx. quinquefasciatus. Nồng độ LC50 của chất hoạt động bề mặt sinh học trong 48 giờ được xác định trên O. obesus và Cx. C. solanacearum. Ấu trùng muỗi được xác định bằng phương pháp khớp đường cong hồi quy phi tuyến tính. Kết quả cho thấy tỷ lệ tử vong của mối tăng lên 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 mọt (Hình 2), với giá trị LC50 48 giờ (khoảng tin cậy 95%) 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 tiếp xúc.
Tính giá trị LC50 cho hoạt tính diệt ấu trùng. Đường cong hồi quy phi tuyến tính (đường liền nét) và khoảng tin cậy 95% (vùng tô đậm) cho tỷ lệ tử vong tương đối (%).
Tính giá trị LC50 cho hoạt tính chống mối mọt. Đường cong hồi quy phi tuyến tính (đường liền nét) và khoảng tin cậy 95% (vùng tô đậm) cho tỷ lệ tử vong tương đối (%).
Vào cuối thí nghiệm, các thay đổi và bất thường về hình thái được quan sát dưới kính hiển vi. Các thay đổi hình thái được quan sát ở nhóm đối chứng và nhóm được xử lý ở độ phóng đại 40x. 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 một con Cx. quinquefasciatus bình thường, Hình 3b cho thấy một con Cx. quinquefasciatus bất thường.
Ảnh hưởng của liều dưới ngưỡng gây chết (LC50) của chất hoạt động bề mặt sinh học lên sự phát triển của ấu trùng muỗi Culex quinquefasciatus. Hình ảnh hiển vi quang học (a) của một con muỗi Cx bình thường ở độ phóng đại 40×. (b) Muỗi Cx bất thường. Gây ra sự phát triển của năm ấu trùng giun tròn.
Trong nghiên cứu này, kiểm tra mô học của ấu trùng được xử lý (Hình 4) và mối (Hình 5) cho thấy một số bất thường, bao gồm giảm diện tích vùng bụng và tổn thương cơ, lớp biểu bì 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.
Mô bệnh học của ấu trùng muỗi Cx quinquefasciatus giai đoạn 4 bình thường không được xử lý (đối chứng: (a,b)) và được xử lý bằng chất hoạt động bề mặt sinh học (xử lý: (c,d)). Mũi tên chỉ vào biểu mô ruột (epi), nhân (n) và cơ (mu) đã được xử lý. Thanh tỷ lệ = 50 µm.
Mô bệnh học của O. obesus bình thường không được điều trị (nhóm đối chứng: (a,b)) và nhóm được điều trị bằng chất hoạt động bề mặt sinh học (nhóm điều trị: (c,d)). Mũi tên chỉ biểu mô ruột (epi) và cơ (mu) tương ứng. Thanh tỷ lệ = 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 sinh vật sản xuất sơ cấp (tảo lục), sinh vật tiêu thụ sơ cấp (bọ nước) và sinh vật tiêu thụ thứ cấp (cá). Chương trình này sử dụng các mô hình hợp chất cấu trúc-hoạt tính định lượng phức tạp để đánh giá độc tính dựa trên cấu trúc phân tử. Mô hình sử dụng phần mềm cấu trúc-hoạt tính (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) cho một số loài. Độc tính nghi ngờ được phân loại thành bốn cấp độ bằng cách sử dụng Hệ thống phân loại và ghi nhãn hóa chất toàn cầu (Bảng 3).
Kiểm soát các bệnh do côn trùng truyền bệnh, đặc biệt là các chủng muỗi và muỗi Aedes. Người Ai Cập hiện đang thực hiện công việc khó khăn này 40,41,42,43,44,45,46. Mặc dù một số thuốc trừ sâu hóa học có sẵn, chẳng hạn như pyrethroid và organophosphate, có phần có lợi, nhưng chúng lại 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 côn trùng này có thể trở nên kháng thuốc 13,43,48. 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 hơn 49,50. Benelli 51 đề xuất rằng việc kiểm soát sớm các tác nhân truyền bệnh là muỗi sẽ hiệu quả hơn ở khu vực thành thị, nhưng họ không khuyến nghị sử dụng thuốc diệt ấu trùng ở khu vực nông thôn 52. Tom và cộng sự 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.
Việc sản xuất chất hoạt động bề mặt sinh học bởi một chủng mạnh (Enterobacter cloacae SJ2) đã cho thấy hiệu quả nhất quán và đầy hứa hẹn. Nghiên cứu trước đây của chúng tôi đã 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 chủng 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, 2% glucose làm nguồn carbon, 1% men. 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 đã được đặc trưng bằng TLC, FTIR và MALDI-TOF-MS. Điều này xác nhận rằng rhamnolipid là một chất hoạt động bề mặt sinh học. Chất hoạt động bề mặt sinh học glycolipid là loại chất hoạt động bề mặt sinh học 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 phần rhamnose liên kết với axit mono- hoặc di-β-hydroxydecanoic 57. Việc sử dụng rhamnolipid trong ngành y tế và dược phẩm đã được chứng minh rõ ràng 58, bên cạnh việc sử dụng gần đây của chúng như thuốc trừ sâu 59.
Sự tương tác của chất hoạt động bề mặt sinh học với vùng kỵ nước của ống thở 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, chiều dài của nó gần với mặt nước, giúp ấu trùng dễ dàng bò lên mặt nước và thở. Kết quả là, sức căng bề mặt của nước giảm. Vì ấu trùng không thể bám vào mặt nước, chúng rơi xuống đáy bể, làm gián đoạn áp suất thủy tĩnh, dẫn đến tiêu hao năng lượng quá mức và chết đuối38,60. Kết quả tương tự đã được Ghribi61 thu được, trong đó chất hoạt động bề mặt sinh học do Bacillus subtilis sản xuất thể hiện hoạt tính diệt ấu trùng đối với Ephestia kuehniella. Tương tự, hoạt tính diệt ấu trùng của Cx. Das và Mukherjee23 cũng đánh giá tác dụng của lipopeptide vòng đối với ấu trùng muỗi quinquefasciatus.
Kết quả của nghiên cứu này liên quan đến hoạt tính diệt ấu trùng của chất hoạt động bề mặt sinh học rhamnolipid chống lại muỗi Cx. Việc tiêu diệt muỗi quinquefasciatus phù hợp với các kết quả đã được công bố trước đây. Ví dụ, các chất hoạt động bề mặt sinh học dựa trên surfactin được sản xuất bởi nhiều loại vi khuẩn thuộc chi Bacillus và Pseudomonas spp. Một số báo cáo trước đây64,65,66 đã báo cáo hoạt tính diệt ấu trùng của chất hoạt động bề mặt sinh học lipopeptide từ Bacillus subtilis23. Deepali et al. 63 nhận thấy rằng chất hoạt động bề mặt sinh học rhamnolipid được phân lập từ Stenotropomonas maltophilia có hoạt tính diệt ấu trùng mạnh ở nồng độ 10 mg/L. Silva et al. 67 đã báo cáo hoạt tính diệt ấu trùng của chất hoạt động bề mặt sinh học rhamnolipid chống lại Ae ở nồng độ 1 g/L. Aedes aegypti. Kanakdande et al. 68 báo cáo rằng các chất hoạt động bề mặt sinh học lipopeptide do Bacillus subtilis sản xuất đã gây ra tỷ lệ tử vong chung ở ấu trùng Culex và mối với phần ưa lipid của Eucalyptus. Tương tự, Masendra et al. 69 báo cáo tỷ lệ tử vong của kiến thợ (Cryptotermes cynocephalus Light.) là 61,7% trong các phần ưa lipid n-hexane và EtOAc của chiết xuất thô E.
Parthipan et al 70 đã báo cáo về việc sử dụng thuốc diệt côn trùng của các chất hoạt động bề mặt sinh học lipopeptide được sản xuất bởi Bacillus subtilis A1 và Pseudomonas stutzeri NA3 chống lại Anopheles Stephensi, một vật chủ truyền bệnh sốt rét Plasmodium. Họ quan sát thấy rằng ấu trùng và nhộng sống lâu hơn, có thời gian đẻ trứng ngắn hơn, bị 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. 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 giai đoạn ấu trùng khác nhau (tức là ấu trùng giai đoạn I, II, III, IV và nhộng). Để so sánh, 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 phát triển theo mùa của ấu trùng và nhộng sống sót được cho là kết quả của những rối loạn sinh lý và trao đổi chất đáng kể do xử lý thuốc trừ sâu gây ra71.
Chủng Wickerhamomyces anomalus CCMA 0358 sản xuất chất hoạt động bề mặt sinh học có hoạt tính diệt ấu trùng 100% đối với muỗi Aedes aegypti. Khoảng thời gian 24 giờ 38 cao hơn so với báo cáo của Silva et al. 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 et al.72 và Pradhan et al.73 cũng đã chứng minh tác dụng diệt ấu trùng hoặc diệt côn trùng của các chất hoạt động bề mặt được sản xuất bởi một số chủng thuộc chi Bacillus. Một nghiên cứu đã được công bố trước đây của Senthil-Nathan et al. cho thấy 100% ấu trùng muỗi tiếp xúc với đầm lầy 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/nồng độ dưới ngưỡng gây chết không giết chết côn trùng nhưng có thể làm giảm quần thể côn trùng trong các thế hệ tương lai bằng cách phá vỡ các đặc điểm sinh học10. Siqueira et al75 đã quan sát thấy hoạt tính diệt ấu trùng hoàn toàn (tỷ lệ tử vong 100%) của chất hoạt động bề mặt sinh học rhamnolipid (300 mg/ml) khi được thử nghiệm ở các nồng độ khác nhau từ 50 đến 300 mg/ml. Giai đoạn ấu trùng của các chủng Aedes aegypti. Họ đã phân tích ảnh hưởng của thời gian chết và nồng độ dưới ngưỡng gây chết đối với sự sống sót và hoạt động bơi lội của ấu trùng. 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 hiệu quả hơn trong việc gây ra nhiều thiệt hại cho các loài gây hại tiếp xúc76.
Quan sát mô học kết quả của chúng tôi cho thấy các chất hoạt động bề mặt sinh học do Enterobacter cloacae SJ2 sản sinh làm thay đổi đáng kể các mô của ấu trùng muỗi (Cx. quinquefasciatus) và mối (O. obesus). Những bất thường tương tự đã được Ochola77 mô tả khi các chế phẩm từ dầu húng quế gây ra ở An. gambiaes.s và An. arabica. Kamaraj et al.78 cũng mô tả những bất thường hình thái tương tự ở ấu trùng An. Stephanie khi tiếp xúc với các hạt nano vàng. Vasantha-Srinivasan et al.79 cũng báo cáo rằng tinh dầu cây tầm gửi gây tổn thương nghiêm trọng đến buồng và lớp biểu mô của Aedes albopictus. Raghavendran et al báo cáo rằng ấu trùng muỗi được xử lý bằng 500 mg/ml chiết xuất sợi nấm của một loại nấm Penicillium địa phương. Ae cho thấy tổn thương mô học nghiêm trọng. Tỷ lệ tử vong là 80. Trước đây, Abinaya et al. đã nghiên cứu ấu trùng giai đoạn thứ tư của An. Stephensi và Ae. aegypti đã phát hiện nhiều thay đổi mô học ở muỗi Aedes aegypti được xử lý bằng polysaccharid ngoại bào của B. licheniformis, bao gồm manh tràng dạ dày, teo cơ, tổn thương và rối loạn cấu trúc hạch thần kinh tủy sống72. Theo Raghavendran et al., sau khi điều trị bằng chiết xuất sợi nấm P. daleae, các tế bào ruột giữa của muỗi được thử nghiệm (ấu trùng giai đoạn 4) cho thấy sự sưng phồng của lòng ruột, giảm hàm lượng giữa các tế bào và thoái hóa hạt nhân81. Những thay đổi 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 các chất hoạt động bề mặt sinh học ECOSAR đối với vi tảo (C. vulgaris), cá và bọ chét nước (D. magna) nằm trong phạm vi “độc tính” được 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 dài hạn của các chất và thường được sử dụng để dự đoán độc tính của các chất ô nhiễm hữu cơ82,84.
Paraformaldehyde, dung dịch đệm natri photphat (pH 7,4) và tất cả các hóa chất khác được sử dụng trong nghiên cứu này đều được mua từ HiMedia Laboratories, Ấn Độ.
Quá trình 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 lượng nhỏ Enterobacter cloacae SJ2 (1,4 × 104 CFU/ml) được cấy 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 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 được áp dụng từ nghiên cứu trước đây của chúng tôi26.
Ấu trùng muỗi Culex quinquefasciatus được lấy từ Trung tâm Nghiên cứu Cao cấp về Sinh học Biển (CAS), Palanchipetai, Tamil Nadu (Ấn Độ). Ấu trùng được nuôi trong các hộp nhựa chứa nước khử ion ở nhiệt độ 27 ± 2°C và chu kỳ chiếu sáng 12:12 (sáng:tối). Ấu trùng muỗi được cho ăn dung dịch glucose 10%.
Ấu trùng muỗi 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 cấy ấu trùng trong phòng thí nghiệm85. Các thử nghiệm diệt ấu trùng đã được thực hiện theo khuyến nghị của Tổ chức Y tế Thế giới 86. SH. Ấu trùng giai đoạn thứ tư của muỗi quinquefasciatus được thu thập trong các ống kín theo nhóm 25 ml và 50 ml với khoảng 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 lội trong thời gian ủ (12–48 giờ) 87. Tính phần trăm 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 Khuôn viên Nông nghiệp (Đại học Annamalai, Ấn Độ). Thử nghiệm 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 khô trong luồng khí laminar trong 30 phút, mỗi dải giấy Whatman được phủ chất hoạt động bề mặt sinh học ở nồng độ 30, 40 hoặc 50 mg/ml. Các dải giấy được phủ sẵn và không 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 ăn giấy ướt. 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 lạnh bằng đá và đóng gói trong ống nghiệm nhỏ chứa 100 ml dung dịch đệm natri photphat 0,1 M (pH 7,4) rồi gửi đến Phòng thí nghiệm Bệnh lý Nuôi trồng Thủy sản Trung ương (CAPL) thuộc Trung tâm Nuôi trồng Thủy sản Rajiv Gandhi (RGCA), Phòng thí nghiệm Mô học, Sirkali, huyện Mayiladuthurai, bang Tamil Nadu, Ấn Độ để phân tích thêm. Các mẫu được cố định ngay lập tức trong dung dịch paraformaldehyde 4% ở 37°C trong 48 giờ.
Sau giai đoạn cố định, vật liệu được rửa ba lần với dung dịch đệm natri photphat 0,1 M (pH 7,4), khử nước từng bước bằng etanol và ngâm trong nhựa LEICA trong 7 ngày. Sau đó, chất này được đặt vào khuôn nhựa chứa đầy nhựa và chất trùng hợp, rồi đặt vào lò nung ở nhiệt độ 37°C cho đến khi khối chứa chất này được trùng hợp hoàn toàn.
Sau quá trình trùng hợp, các khối mô được cắt bằng máy cắt lát siêu nhỏ LEICA RM2235 (Rankin Biomedical Corporation 10,399 Enterprise Dr. Davisburg, MI 48,350, USA) với độ dày 3 mm. Các lát cắt được sắp xếp trên lam kính, mỗi lam kính có sáu lát cắt. Các lam kính được làm khô ở nhiệt độ phòng, sau đó nhuộm bằng hematoxylin trong 7 phút và rửa bằng nước chảy trong 4 phút. Ngoài ra, bôi dung dịch eosin lên bề mặt trong 5 phút và rửa lại bằng nước chảy trong 5 phút.
Độ độc cấp tính được dự đoán bằng cách sử dụng các sinh vật thủy sinh từ các tầng nhiệt đới khác nhau: LC50 96 giờ đối với cá, LC50 48 giờ đối với D. magna và EC50 96 giờ đối với tảo lục. Độ độc của chất hoạt động bề mặt sinh học rhamnolipid đối với cá và tảo lục 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 tính diệt ấu trùng và chống mối đều được thực hiện ba lần. Hồi quy phi tuyến tính (logarit của các biến đáp ứng liều) của dữ liệu tỷ lệ tử vong của ấu trùng và mối được thực hiện để tính toán 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 do vi khuẩn Enterobacter cloacae SJ2 sản sinh ra như là tác nhân diệt ấu trùng muỗi và chống mối, và công trình này sẽ góp phần hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động diệt ấu trùng và chống mối. Các nghiên cứu mô học trên ấu trùng được xử lý bằng chất hoạt động bề mặt sinh học cho thấy tổn thương đường tiêu hóa, ruột giữa, vỏ não và tăng sinh tế bào biểu mô ruột. Kết quả: Đánh giá độc tính về hoạt tính diệt mối và diệt ấu trùng của chất hoạt động bề mặt sinh học rhamnolipid do Enterobacter cloacae SJ2 sản sinh ra cho thấy chủng này là một loại thuốc trừ sâu sinh học tiềm năng để kiểm soát các bệnh truyền nhiễm do muỗi (Cx quinquefasciatus) và mối (O. obesus) gây ra. Cần phải hiểu rõ hơn về độc tính môi trường tiềm ẩn của các chất hoạt động bề mặt sinh học và tác động môi trường tiềm tàng của chúng. Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá rủi ro môi trường của các chất hoạt động bề mặt sinh học.
Thời gian đăng bài: 09/04/2024