Electrochemical analysis of specific catalase activity during development of aspergillus flavus and its correlation with aflatoxin b1 production

Electrochemical analysis of specific catalase activity during development of Aspergillus flavus and its correlation with aflatoxin B1 production Electrochemical analysis of specific catalase activity[.]

Electrochemical analysis of specific

catalase activity during development of

Aspergillus flavus and its correlation with

aflatoxin B1 production

GVHD: Ts Đỗ Biên Cương

I Tổng quan

II Catalase, sự phát triển của

Aspergillus flavus và lượng Aflatoxin

B1 sinh ra

I Tổng quan

1 Aflatoxin B 1 (AFB 1 )

• Aflatoxin là chất độc được sản sinh ra như một

chất chuyển hoá trong quá trình trao đổi chất của

nấm mốc Aspergillus flavus và Aspergillus

parasiticus trong thực phẩm và thức ăn gia súc

• Aflatoxin là viết tắt của Aspergillus flavus toxins

• Hiện nay, đã phát hiện khoảng 16 loại aflatoxin khác nhau: Aflatoxin B1, B2, B2a, B3, G1, G2a, M1, …

• AFB1 được coi là chất độc nhất trong 16 loại

• Nó được tìm thấy trong các loại cây trồng khác nhau như đậu phộng, hạt bông, ngô, lúa mì và các loại ngũ cốc khác Khi cây trồng bị nhiễm, rất khó

để loại bỏ AFB1

• Ký hiệu “B” vì chúng phát huỳnh quang màu xanh (blue) dưới tia UV

1 Aflatoxin B 1 (AFB 1 )

• Độc tính aflatoxin tương đương gấp 10 lần lượng kali xyanua và gấp

68 lần so với asen

gan (HCC) ở người và được xếp vào loại chất gây ung thư nhóm I

biến, gây quái thai và gây ức chế miễn dịch,…

20 µg / kg trong thực phẩm và 5–50 µg / kg ở thức ăn gia súc.

• Catalase (CAT) là một loại enzym phổ biến được tìm thấy trong gần

như tất cả các sinh vật sống

• Catalase gồm bốn chuỗi polypeptide, mỗi chuỗi dài hơn 500 axit amin Nó chứa bốn nhóm hem chứa Fe cho phép enzym phản ứng với hydro peroxid

• Hoạt động của catalase phụ thuộc vào nồng độ của H2O2

Nếu nồng độ H2O2 cao, catalase đóng vai trò xúc tác, loại bỏ H2O2 Ở nồng độ H2O2 thấp và khi có mặt của chất cho hydro thích hợp (etanol, metanol, phenol và các chất khác), catalase loại bỏ H2O2

nhưng oxy hóa cơ chất của nó (phản ứng peroxy hóa)

• pH tối ưu cho các xúc tác khác thay đổi từ 4 đến 11 tùy theo loài Nhiệt độ tối ưu cũng thay đổi theo loài

• CAT là enzyme quan trọng trong hệ thống bảo vệ sinh học Vi sinh vật sống

trong môi trường có oxy có thể tạo CAT để bảo vệ chúng khỏi các sản phẩm

phụ độc hại của quá trình chuyển hóa oxy thông qua thúc đẩy sự phân hủy

H2O2.

• Hydro peroxid là một sản phẩm phụ có hại của nhiều quá trình trao đổi chất bình thường; để ngăn chặn thiệt hại cho các tế bào và các mô, nó phải được nhanh chóng chuyển đổi thành các chất khác, ít nguy hiểm hơn Để kết thúc việc này, catalase thường được sử dụng bởi các tế bào để nhanh chóng xúc tác sự phân hủy hydro peroxid thành oxy và các phân tử nước ít phản ứng.

• Là một enzyme quan trọng trong việc tránh các tổn thương thông qua điều chỉnh

mức ROS nội bào, vì vậy nó có thể liên quan đến sự sản sinh AFB1 ở A.flavus

Tất cả các tế bào sống đều tạo ra ROS như một sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất ROS là các chất trung gian bao gồm gốc superoxide (O2•) và gốc

hydroxyl (OH•), cũng như hydrogen peroxide (H2O2) anion superoxide được hình thành trực tiếp từ quá trình khử một điện tử của oxy phân tử

Sau đó, hydro peroxit được hình thành từ sự mất cân đối của anion superoxit Tiếp theo, quá trình khử hydro peroxit tạo ra gốc hydroxyl, H2O2 ⇌2OH•, sau đó có thể 2OH•, sau đó có thể

bị khử thành ion hydroxyl và nước

Các chất trung gian hoạt động như các phân tử tín hiệu để điều chỉnh các quá trình sinh lý tế bào, cũng là điều kiện tiên quyết để tạo ra AFB1

Việc tăng cường và ngăn chặn stress oxy hóa có thể

ảnh hưởng đến việc sản xuất AFB1 ở A flavus

II Catalase, sự phát triển của Aspergillus

flavus và lượng Aflatoxin B1 sinh ra

• Nuôi => Thu sinh khối => Lọc, rửa thu sợi nấm trong đệm phosphate => Phá vỡ tế bào sợi nấm

=> Ly tâm thu dịch nổi dưới dạng dịch chiết enzyme thô

• Trong quá trình nuôi cấy, trọng lượng của các sợi nấm cũng được đo sau khi sấy để

đánh giá sự phát triển của A flavus.

• ROS tăng, tế bào tiết ra catalase để điều chỉnh mức ROS nội bào

• Đo hoạt độ của catalase bằng cách cho dung dịch enzyme vào H2O2 và đo lượng H2O2

còn lại ta xác định được hoạt độ của enzyme

Nguyên tắc hoạt động của cảm biến đo H 2 O 2

vào dung dịch đệm PBS, khuấy để đo phản ứng điện hóa với H2O2 Khi CAT xúc tác

phân hủy H2O2, dòng điện được đo bằng phép đo amperometric để biểu thị cho hoạt độ của CAT trong mẫu.

• Các phép đo điện hóa: Các thí nghiệm điện hóa được thực hiện bởi hệ thống ba điện

cực Điện cực cacbon thủy tinh gắn PdNPs / CBC , điện cực Ag /AgCl bão hòa và một dây bạch kim được sử dụng lần lượt là điện cực làm việc, điện cực tham chiếu và điện cực truy cập.

• A flavus được nuôi cấy trong môi trường lỏng trong 5 ngày

• Ngày 1-3, sinh khối tăng mạnh (ROS nội bào ở mức bình thường thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng

của A flavus), lúc này AFB1 duy trì ở mức tương đối thấp

• Ngày 4-5: sinh khối vẫn tăng nhưng chậm lại do thiếu dinh dưỡng, hoạt độ CAT tăng mạnh, có thể là phản ứng của hệ thống chống oxy hóa tế bào đối với sự tích tụ ROS, lượng AFB1 tăng mạnh

• Khi ROS bắt đầu tích tụ, catalase sinh ra để bảo vệ tế bào khỏi tác hại của quá trình oxy hóa

• Trong quá trình phát triển của A flavus, AFB1

và hoạt độ riêng CAT tỉ lệ thuận với nhau

• ROS được coi là điều kiện tiên quyết để tạo ra

AFB1 Việc sản xuất AFB1 ở A flavus cũng có

thể bị ảnh hưởng bởi stress oxy hóa nội bào Dưới sự kích thích của axit oleic, cả hoạt tính CAT và biểu hiện gen của aflatoxin đều tăng

đáng kể ở các chủng Aspergillus.

• Lượng AFB1 và hoạt độ riêng CAT được kích

hoạt bởi sự stress oxy hóa ở A flavus

=> Do đó, hoạt độ CAT trên một đơn vị sinh khối

có thể được áp dụng như là chỉ số sản xuất AFB1

của A flavus

• Vì sự tăng của sinh khối góp phần vào tổng hoạt độ của enzyme nên:

Hoạt độ riêng CAT= ∑ hoạt độ CAT/Trọng lượng khô

Hoạt độ riêng CAT và lượng AFB1

Tài liệu tham khảo

(1) Yanjing Yun, Zhisong Lu, Jing Yang, Taotao Liang, Gang Xiao, Yan Qiao, Yang Liu (2020) Electrochemical analysis

of specific catalase activity during development of

Aspergillus flavus and its correlation with aflatoxin B1 production

Thanks for watching