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: Cơ chế ‘khiên’ bề mặt và ‘nhà máy’ nội bào

Có thể hình dung chiến lược đối phó với bạc của nấm giống như một hệ thống phòng thủ đa lớp của một pháo đài. Lớp thành ngoài cùng là một “tấm khiên” thụ động, trong khi bên trong là một “nhà máy” xử lý chủ động và tinh vi hơn. Một bằng chứng đáng chú ý cho thấy quá trình hấp thụ này gần như không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ trong khoảng rộng từ 4°C đến 80°C, khẳng định đây là cơ chế vật lý-hóa học, không phụ thuộc vào hoạt động trao đổi chất của tế bào sống.⁸

Lớp phòng thủ đầu tiên và nhanh nhất được gọi là hấp thụ sinh học (biosorption). Đây là một quá trình thụ động, không đòi hỏi năng lượng từ tế bào.³ Vách tế bào nấm, với cấu trúc phức tạp chứa các nhóm chức mang điện tích âm, hoạt động như một “tấm lưới” tĩnh điện. Nó có khả năng thu hút và liên kết mạnh mẽ với các ion bạc mang điện tích dương (Ag+). Vai trò của lớp khiên này là nhanh chóng làm giảm nồng độ ion bạc độc hại trong môi trường xung quanh, tạo ra một vùng đệm an toàn. Thực tế, ngay cả khi sợi nấm đã chết, chúng vẫn cho thấy khả năng tích lũy bạc gần như tương đương sợi nấm sống, chứng tỏ đây là một đặc tính hóa học cố hữu của bề mặt.⁸

Khi áp lực từ môi trường bạc quá lớn, một số ion Ag+ có thể vượt qua lớp khiên này và được vận chuyển vào bên trong tế bào. Quá trình này, được gọi là tích lũy sinh học (bioaccumulation), đòi hỏi năng lượng và các cơ chế chủ động. Tại đây, nấm kích hoạt các chiến lược giải độc nội bào, ví dụ như liên kết các ion kim loại với các protein chuyên biệt gọi là metallothionein, hoặc cô lập chúng vào trong không bào để bảo vệ các thành phần tế bào nhạy cảm khác.¹¹ Sự kết hợp của hai cơ chế này cho thấy một chiến lược sinh tồn thông minh và hiệu quả cao của giới nấm.

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

Tương tác 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, hoạt động như những chất khử mạnh để 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 kết tụ lại với nhau một cách có kiểm soát, tạo thành các hạt nano bạc (AgNPs) với kích thước siêu nhỏ, thường từ 5 đến 50 nanomet.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 tăng cường tính tương thích sinh học. 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.

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, 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, với một mẫu vật ghi nhận mức tích lũy kỷ lục là 1253 mg/kg trọng lượng khô.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 thể quả của nấm cao hơn từ 800 đến 2500 lần so với trong đất nền.¹³ Hệ số cô đặc sinh học 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 mở ra một hướng nghiên cứu đầy hứa hẹn để khảo sát tiềm năng của các chủng nấm bản địa.

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.

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, 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.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, ngộ độc kim loại nặng là một quá trình mãn tính, 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 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. 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.