Vì sao một số loài nấm lại ‘săn’ bạc? Giải mã cơ chế tự vệ, tiềm năng công nghệ và rủi ro an toàn thực phẩm

Nấm phòng thủ với bạc thế nào: ‘Khiên’ bề mặt và ‘nhà máy’ bên trong

Bạn cứ tưởng tượng cách nấm chống lại bạc giống như một cái lâu đài có nhiều lớp bảo vệ. Lớp thành ngoài cùng là một “tấm khiên” thụ động, hoạt động ngay lập tức. Trong khi đó, bên trong là một “nhà máy” xử lý chủ động và phức tạp hơn. Một bằng chứng thú vị là khả năng hút bạc này gần như không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, nó vẫn hoạt động tốt từ 4°C đến 80°C. Điều này chứng tỏ đây là một phản ứng hóa học tự nhiên, không phụ thuộc vào việc nấm còn sống hay đã chết.⁸

Lớp phòng thủ đầu tiên và nhanh nhất được gọi là hấp thụ sinh học (biosorption). Đây là một quá trình thụ động, nghĩa là nấm không cần tốn năng lượng.³ Vách tế bào nấm có cấu trúc đặc biệt mang điện tích âm. Nó hoạt động như một “tấm lưới” tĩnh điện, hút và giữ rất chặt các ion bạc mang điện tích dương (Ag+). Vai trò của lớp khiên này là nhanh chóng làm giảm lượng bạc độc hại xung quanh, tạo ra một vùng an toàn. Thực tế, ngay cả khi sợi nấm đã chết, chúng vẫn hút bạc tốt gần như nấm sống. Điều này cho thấy đây là đặc tính hóa học cố hữu của bề mặt nấm.⁸

Khi môi trường có quá nhiều bạc, một số ion Ag+ có thể lọt qua lớp khiên này và bị vận chuyển vào bên trong tế bào. Quá trình này, được gọi là tích lũy sinh học (bioaccumulation), đòi hỏi nấm phải tốn năng lượng và dùng các cơ chế chủ động. Khi đó, nấm sẽ kích hoạt cách giải độc từ bên trong. Ví dụ, nó dùng các protein chuyên biệt (gọi là metallothionein) để “trói” các ion kim loại lại, hoặc “nhốt” chúng vào một cái kho (không bào) để bảo vệ các bộ phận quan trọng khác của tế bào.¹¹ Sự kết hợp của hai cơ chế này cho thấy chiến lược sống sót rất thông minh và hiệu quả của nấm.

Mycosynthesis: Khi nấm biến bạc độc thành công nghệ nano giá trị

Mối quan hệ của nấm với bạc không chỉ dừng lại ở việc phòng thủ. Một số loài nấm còn đóng vai trò như những nhà “giả kim thuật” của tự nhiên, có khả năng biến chất độc thành vật liệu quý giá. Chúng tiết ra một lượng lớn các phân tử sinh học, chủ yếu là enzyme (một loại men), hoạt động như những chất khử mạnh. Các enzyme này chuyển hóa ion bạc độc hại (Ag+) thành bạc kim loại trung hòa (Ag0).⁷

Quá trình này, được gọi là tổng hợp nấm (mycosynthesis), là một cơ chế giải độc bậc cao. Các nguyên tử bạc kim loại (Ag0) mới hình thành sẽ tụ lại với nhau một cách có kiểm soát. Chúng tạo thành các hạt nano bạc (AgNPs) với kích thước siêu nhỏ, thường từ 5 đến 50 nanomet (nhỏ hơn sợi tóc hàng nghìn lần).¹³ Điều đáng chú ý là các protein do nấm tiết ra không chỉ xúc tác phản ứng mà còn hoạt động như những “chiếc áo khoác bảo vệ” (capping agents) tự nhiên.¹⁷ Lớp vỏ protein này bao phủ bề mặt hạt nano, giúp chúng ổn định, không kết tụ lại với nhau, và an toàn hơn khi sử dụng.

Tại Việt Nam, nơi các loài nấm có khả năng này như Trichoderma rất phổ biến,¹⁶ đây là một tiềm năng to lớn để phát triển công nghệ sản xuất nano “xanh” và bền vững. Công nghệ này có thể ứng dụng trong y tế, cũng như trong các sản phẩm tiêu dùng. Ví dụ, với phái nữ, các mẫu dây chuyền bạc nữ có thể được ứng dụng công nghệ tương tự để tăng độ bền sáng, trong khi phái nam cũng có các thiết kế dây chuyền bạc kiểu dáng riêng biệt.

Một lợi thế rất lớn của mycosynthesis là quá trình này chủ yếu diễn ra bên ngoài tế bào nấm. Điều này có nghĩa là các hạt nano được tạo ra và giải phóng vào môi trường nuôi cấy, giúp đơn giản hóa đáng kể quá trình thu hoạch và tinh chế sản phẩm. Nhờ đó, chi phí sản xuất giảm xuống và mở ra tiềm năng ứng dụng ở quy mô công nghiệp.⁹ Đây là minh chứng cho sự tối ưu và hiệu quả của các hệ thống sinh học, một chiến lược tiến hóa để chuyển hóa chất độc thành một dạng vật chất trơ và hữu ích.

Những “chuyên gia” về bạc: Từ siêu tích lũy bẩm sinh đến thích nghi sinh tồn

Trong thế giới nấm đa dạng, có những “nhà vô địch” bẩm sinh trong việc thu gom bạc. Chúng hoạt động như những cỗ máy hút sinh học cực kỳ hiệu quả. Một nghiên cứu đột phá đã xác định Amanita strobiliformis và Amanita solitaria là những sinh vật nhân thực đầu tiên có khả năng siêu tích lũy (hyperaccumulation) bạc. Một mẫu vật đã ghi nhận mức tích lũy kỷ lục là 1253 mg bạc trên mỗi kg trọng lượng khô của nấm.¹³

Điều làm cho hiện tượng này trở nên phi thường là các mẫu nấm này được thu thập từ những khu vực không có mỏ bạc, nơi hàm lượng bạc trong đất rất thấp. Nồng độ bạc trong cây nấm cao hơn từ 800 đến 2500 lần so với trong đất nền.¹³ Hệ số cô đặc khổng lồ này cho thấy đây là một đặc tính di truyền, một cơ chế chọn lọc cao với bạc, chứ không đơn thuần là phản ứng với ô nhiễm.

Phát hiện này đặc biệt thú vị, bởi một khảo sát tại Vườn quốc gia Chư Yang Sin (Đắk Lắk), Việt Nam đã ghi nhận sự hiện diện của chính loài Amanita solitaria.¹⁵ Điều này mở ra một hướng nghiên cứu đầy hứa hẹn để khảo sát tiềm năng của các chủng nấm bản địa. Khả năng tích lũy bạc này không chỉ có ở nấm. Con người cũng đeo bạc vì nhiều lý do. Ví dụ, phái nữ thường chọn nhẫn bạc nữ vì tin vào ý nghĩa phong thủy hoặc làm đẹp, trong khi phái nam đeo nhẫn bạc để thể hiện cá tính riêng của mình.

Bên cạnh đó, còn có con đường tích lũy do thích nghi. Một chủng vi nấm Trichoderma harzianum, được phân lập từ bãi thải mỏ cũ, đã chứng tỏ khả năng loại bỏ tới 153 mg/L bạc từ môi trường ô nhiễm nặng.⁹ Đây là một phản ứng trực tiếp với áp lực chọn lọc của môi trường.

Với sự đa dạng và phổ biến của chi Trichoderma trong đất nông nghiệp và đất rừng ở Việt Nam,¹⁶ chúng ta đang sở hữu một nguồn gen khổng lồ để sàng lọc và tìm kiếm các tác nhân xử lý sinh học hiệu quả cho các khu vực ô nhiễm. Cũng như việc đeo trang sức để làm đẹp, phái nữ có thể thích lắc tay bạc nữ để làm tôn lên cổ tay thon gọn, trong khi phái nam cũng có các kiểu lắc tay với thiết kế dày dặn, mạnh mẽ hơn.

Con dao hai lưỡi: Tiềm năng ứng dụng và rủi ro an toàn thực phẩm

Khả năng tích lũy kim loại của nấm giống như một siêu năng lực. Nó có thể được khai thác cho những mục đích tốt đẹp nhưng cũng tiềm ẩn những nguy hiểm không ngờ. Năng lực này chính là nền tảng cho phương pháp xử lý sinh học (mycoremediation), một giải pháp xanh để làm sạch đất và nước bị ô nhiễm kim loại nặng với chi phí thấp.¹

Tuy nhiên, chính siêu năng lực này lại trở thành một mối nguy hiểm nghiêm trọng khi các loài nấm đó là nấm ăn được. Nấm có thể cô đặc các kim loại nặng từ đất hiệu quả hơn nhiều so với hầu hết các loài thực vật.¹⁸ Điều này có nghĩa là ngay cả trên những vùng đất chỉ bị ô nhiễm nhẹ, nấm ăn được vẫn có thể tích lũy kim loại đến nồng độ gây hại.

Một quan niệm sai lầm phổ biến và nguy hiểm là “nấu chín sẽ loại bỏ độc tố”. Sự thật là các kim loại nặng như bạc, chì, cadmium là các nguyên tố hóa học; chúng không bị phân hủy hay biến mất bởi nhiệt độ nấu ăn thông thường, dù bạn có đun sôi bao lâu đi nữa.¹⁹

Nguy cơ này đặc biệt cao đối với nấm hoang dã thu hái gần các khu công nghiệp, khu khai khoáng, hoặc dọc các tuyến đường lớn. Không giống như ngộ độc cấp tính (bị ngay lập tức), ngộ độc kim loại nặng là một quá trình mãn tính. Nó tích lũy âm thầm trong cơ thể qua nhiều năm, gây tổn thương thận, gan và hệ thần kinh.¹⁷ Đây là một “sát thủ thầm lặng”, khó nhận biết hơn nhiều so với nguy cơ từ các loài nấm độc kinh điển. Nghịch lý ở đây là: những loài nấm hiệu quả nhất trong việc làm sạch môi trường lại là những loài nguy hiểm nhất nếu được tiêu thụ từ chính khu vực đó.

Hỏi – đáp nhanh

Kết luận

Nghiên cứu về khả năng tích tụ bạc của nấm đã hé lộ một thế giới sinh học phức tạp. Nơi đây, một mối đe dọa hóa học được chuyển hóa thành một cơ chế sinh tồn và một công cụ công nghệ tiềm năng. Từ những “tấm khiên” thụ động trên bề mặt đến các “nhà máy” tổng hợp nano tinh vi, nấm cho thấy sự thích nghi đáng kinh ngạc.

Những khả năng này định vị chúng ở một vai trò kép: vừa là những chỉ thị sinh học nhạy cảm cho tình trạng ô nhiễm, vừa là công cụ cho công nghệ sinh học xanh. Việc hiểu rõ về bạc trong tự nhiên cũng quan trọng như việc lựa chọn các mẫu trang sức bạc nữ S925 chất lượng cho bộ sưu tập của mình; cả hai đều cần kiến thức để sử dụng an toàn. Tuy nhiên, chính khả năng đó cũng là một lời cảnh báo về an toàn thực phẩm, đòi hỏi sự cẩn trọng và kiến thức khoa học khi thu hái và tiêu thụ nấm hoang dã. Bằng cách tiếp cận một cách hệ thống, chúng ta có thể khai thác an toàn “phép thuật giả kim” của giới nấm, biến thách thức môi trường thành cơ hội cho sự phát triển bền vững.