อะนาทอกซิน-เอ

อนาทอกซิน-เอหรือที่รู้จักกันในชื่อเวรี ฟาสต์ เดธ แฟคเตอร์ ( VFDF ) เป็นอัลคา ลอยด์ อะ มีนแบบ ไบไซคลิกชนิดทุติยภูมิ และ เป็น ไซยาโนท็อกซิน ที่มี ความเป็นพิษต่อ ระบบประสาท อย่างเฉียบพลันถูกค้นพบครั้งแรกในช่วงต้นทศวรรษ 1960 ในแคนาดา และแยกได้ในปี 1972 สารพิษนี้ผลิตโดยไซยาโนแบคทีเรีย หลายสกุล และมีรายงานพบในทวีปอเมริกาเหนือ อเมริกาใต้ อเมริกากลาง ยุโรป แอฟริกา เอเชีย และโอเชียเนีย อาการของพิษอนาทอกซิน-เอ ได้แก่การสูญเสียการทรงตัว กล้ามเนื้อกระตุก ชักและเสียชีวิตจากการเป็นอัมพาตของระบบหายใจ กลไก การออกฤทธิ์ของมันคือผ่านตัวรับอะเซทิลโคลีนนิโคตินิก (nAchR) โดยเลียนแบบการจับของ ลิแกนด์ตามธรรมชาติของตัวรับคืออะเซทิลโคลีนดังนั้น อนาทอกซิน-เอจึงถูกนำมาใช้ในทางการแพทย์เพื่อศึกษาโรคที่มีระดับอะเซทิลโคลีนต่ำ เนื่องจากความเป็นพิษสูงและอาจพบได้ในน้ำดื่ม อนาทอกซิน-เอจึงเป็นภัยคุกคามต่อสัตว์รวมถึงมนุษย์ แม้ว่าจะมีวิธีการตรวจจับและการบำบัดน้ำอยู่แล้ว นักวิทยาศาสตร์ได้เรียกร้องให้มีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพ อนาทอกซิน-เอไม่ควรสับสนกับกัวนิทอกซิน (เดิมชื่ออนาทอกซิน-เอ(เอส)) ซึ่งเป็นไซยาโนท็อกซินที่มีฤทธิ์รุนแรงอีกชนิดหนึ่งที่มีกลไกการออกฤทธิ์คล้ายกับอนาทอกซิน-เอ และผลิตโดยไซยาโนแบคทีเรียสกุลเดียวกันหลายสกุล แต่มีโครงสร้างที่ไม่เกี่ยวข้องกัน^{[ 1 ]}

ประวัติศาสตร์

แอนาทอกซิน-เอ ถูกค้นพบครั้งแรกโดย PR Gorham ในช่วงต้นทศวรรษ 1960 หลังจากฝูงวัวหลายฝูงตายเนื่องจากการดื่มน้ำจากทะเลสาบซัสแคตเชวันในออนแทรีโอ ประเทศแคนาดา ซึ่งมีสาหร่ายพิษอยู่ ต่อมาในปี 1972 JP Devlin ได้แยกแอนาทอกซิน-เอ ออกจากไซยาโนแบคทีเรียAnabaena flos- aquae ^{[ 2 ]}

การเกิดขึ้น

อนาทอกซิน-เอ เป็นสารพิษต่อระบบประสาทที่ผลิตโดยไซยาโนแบคทีเรียในน้ำจืดหลายสกุล ซึ่งพบได้ในแหล่งน้ำทั่วโลก^{[ 3 ]}ไซยาโนแบคทีเรียในน้ำจืดบางชนิดเป็นที่ทราบกันว่าทนต่อเกลือได้ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะพบอนาทอกซิน-เอ ในบริเวณปากแม่น้ำหรือสภาพแวดล้อมที่มีเกลือสูงอื่นๆ^{[ 4 ]}การแพร่กระจายของไซยาโนแบคทีเรียที่ผลิตอนาทอกซิน-เอ รวมถึงไซยาโนท็อกซินอื่นๆ กำลังเพิ่มขึ้นบ่อยครั้งเนื่องจากอุณหภูมิที่สูงขึ้น การแบ่งชั้นของน้ำ และ ภาวะยู โทร ฟิเคชัน อันเนื่อง มาจากการไหลบ่าของสารอาหาร^{[ 5 ]}การแพร่กระจายของสาหร่ายที่เป็นอันตราย ของ ไซยาโนแบคทีเรียอย่างกว้างขวางเหล่านี้ซึ่งรู้จักกันในชื่อ cyanoHABs จะเพิ่มปริมาณไซยาโนท็อกซินในน้ำโดยรอบ ซึ่งเป็นภัยคุกคามต่อสุขภาพของสิ่งมีชีวิตทั้งในน้ำและบนบก^{[ 6 ]}ไซยาโนแบคทีเรียบางชนิดที่ผลิตอนาทอกซิน-เอ ไม่ได้ก่อให้เกิดการแพร่กระจายบนผิวน้ำ แต่กลับก่อตัวเป็นแผ่นที่ก้นแม่น้ำมีกรณีสัตว์ตายจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับอนาทอกซินเอเนื่องจากการกินแพไซยาโนแบคทีเรียเบนทิกที่หลุดออกมาซึ่งถูกคลื่นซัดขึ้นฝั่ง^{[ 7 ]}

ไซยาโนแบคทีเรียที่ผลิตอนาทอกซิน-เอ ยังพบได้ในดินและพืชน้ำ อนาทอกซิน-เอ ดูดซับได้ดีกับบริเวณที่มีประจุลบในดินเหนียวที่มีอินทรียวัตถุสูง และดูดซับได้น้อยในดินทราย การศึกษาหนึ่งพบอนาทอกซิน-เอ ทั้งแบบที่จับตัวและแบบอิสระในพืชน้ำ 38% ที่เก็บตัวอย่างจากอ่างเก็บน้ำ 12 แห่งในเนแบรสกา โดยพบอนาทอกซิน-เอ แบบที่จับตัวมากกว่าแบบอิสระมาก^{[ 8 ]}

การศึกษาเชิงทดลอง

ในปี พ.ศ. 2520 คาร์ไมเคิล กอร์แฮม และบิกส์ ได้ทำการทดลองกับอนาทอกซิน-เอ พวกเขานำเชื้อพิษของA. flos-aquaeเข้าสู่กระเพาะของลูกวัวเพศผู้สองตัว และสังเกตว่าเกิดอาการกล้ามเนื้อกระตุกและสูญเสียการทรงตัวภายในไม่กี่นาที ในขณะที่การตายเนื่องจากภาวะหายใจล้มเหลวเกิดขึ้นได้ภายในเวลาไม่กี่นาทีถึงไม่กี่ชั่วโมง พวกเขายังพบว่าการช่วยหายใจเทียมเป็นเวลานานไม่เอื้อต่อการล้างพิษและการทำงานของระบบประสาทและกล้ามเนื้อตามธรรมชาติ จากการทดลองเหล่านี้ พวกเขาคำนวณว่าปริมาณยาที่ทำให้ตายขั้นต่ำ (MLD) ทางปาก (ของสาหร่าย ไม่ใช่โมเลกุลของอนาทอกซิน) สำหรับลูกวัวอยู่ที่ประมาณ 420 มก./กก. น้ำหนักตัว^{[ 9 ]}

ในปีเดียวกันนั้น Devlin และเพื่อนร่วมงานได้ค้นพบโครงสร้างอะมีนทุติยภูมิแบบไบไซคลิกของอนาทอกซิน-เอ พวกเขายังทำการทดลองที่คล้ายกับของ Carmichael และคณะในหนู พวกเขาพบว่าอนาทอกซิน-เอฆ่าหนูภายใน 2–5 นาทีหลังจากการฉีดเข้าช่องท้องโดยมีอาการกระตุก กล้ามเนื้อหดเกร็ง อัมพาต และหยุดหายใจนำมาก่อน จึงได้ชื่อว่า Very Fast Death Factor ^{[ 10 ]}พวกเขากำหนดค่าLD50สำหรับหนูเป็น 250 ไมโครกรัม/กิโลกรัมน้ำหนักตัว^{[ 1 ]}

การทดลองทางสรีรวิทยาไฟฟ้าที่ดำเนินการโดย Spivak et al. (1980) ในกบแสดงให้เห็นว่าอนาทอกซิน-เอเป็นตัวกระตุ้นที่มีศักยภาพของ nAChR ชนิดกล้ามเนื้อ (α ) βγδ อนาทอกซิน-เอทำให้เกิดการปิดกั้นการทำงานของระบบประสาทและกล้ามเนื้อแบบดีโพลาไรซ์ การหดตัวของกล้ามเนื้อ rectus abdominis ของกบ การเกิดดีโพลาไรซ์ของกล้ามเนื้อ sartorius ของกบ การลดความไว และการเปลี่ยนแปลงของศักยภาพการกระทำ ต่อมา Thomas et al. (1993) ผ่านงานของเขาเกี่ยวกับหน่วยย่อย α β nAChR ของไก่ที่แสดงออกบนเซลล์ M 10 ของหนูและ α nAChR ของไก่ที่แสดงออกในโอโอไซต์จากXenopus laevisแสดงให้เห็นว่าอนาทอกซิน-เอเป็นตัวกระตุ้นที่มีศักยภาพของ nAChR ในเซลล์ประสาทด้วย^{[ 1 ]}

ความเป็นพิษ

ผลกระทบ

การศึกษาในห้องปฏิบัติการโดยใช้หนูแสดงให้เห็นว่าผลกระทบที่เป็นลักษณะเฉพาะของการได้รับพิษอะนาทอกซิน-เอแบบเฉียบพลันผ่านการฉีดเข้าช่องท้องได้แก่กล้ามเนื้อกระตุกตัวสั่น เดินเซ หายใจหอบ อัมพาตระบบหายใจ และเสียชีวิตภายในไม่กี่นาที ปลาซีบร้าที่สัมผัสกับน้ำที่ปนเปื้อนอะนาทอกซิน-เอมีอัตราการเต้นของหัวใจที่เปลี่ยนแปลงไป^{[ 11 ]}

มีรายงานกรณีการเป็นพิษที่ไม่ถึงแก่ชีวิตในมนุษย์ที่ดื่มน้ำจากลำธารและทะเลสาบที่มีไซยาโนแบคทีเรียหลายสกุลที่สามารถผลิตอนาทอกซิน-เอได้ ผลกระทบของการเป็นพิษที่ไม่ถึงแก่ชีวิตส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับระบบทางเดินอาหาร ได้แก่ คลื่นไส้ อาเจียน ท้องเสีย และปวดท้อง^{[ 12 ]} มีรายงานกรณีการเป็นพิษถึงแก่ชีวิตในวิสคอนซินหลังจากวัยรุ่นคนหนึ่งกระโดดลงไปในสระน้ำที่ปนเปื้อนไซยาโนแบคทีเรีย^{[ 13 ]}

เส้นทางการสัมผัส

ช่องปาก

การบริโภคน้ำดื่มหรือน้ำเพื่อการพักผ่อนหย่อนใจที่ปนเปื้อนด้วยอนาทอกซิน-เอ อาจส่งผลร้ายแรงถึงชีวิตได้ เนื่องจากพบว่าอนาทอกซิน-เอถูกดูดซึมอย่างรวดเร็วผ่านทางระบบทางเดินอาหารในการศึกษาในสัตว์^{[ 14 ]}มีการบันทึกกรณีสัตว์ตายหลายสิบกรณีเนื่องจากการดื่มน้ำที่ปนเปื้อนอนาทอกซิน-เอจากทะเลสาบหรือแม่น้ำ และคาดว่าอาจเป็นสาเหตุการเสียชีวิตของมนุษย์หนึ่งรายด้วย^{[ 15 ]}การศึกษาหนึ่งพบว่าอนาทอกซิน-เอสามารถจับกับตัวรับอะเซทิลโคลีนและทำให้เกิดผลกระทบที่เป็นพิษได้แม้ในความเข้มข้นระดับนาโนโมลาร์ (nM) หากบริโภคเข้าไป^{[ 16 ]}

เดอร์มอล

การสัมผัสทางผิวหนังเป็นรูปแบบการสัมผัสกับไซยาโนท็อกซินในสิ่งแวดล้อมที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุด การสัมผัสกับน้ำในแม่น้ำ ลำธาร และทะเลสาบที่ปนเปื้อนด้วยสาหร่ายในระหว่างการพักผ่อนหย่อนใจเป็นที่ทราบกันดีว่าทำให้เกิดการระคายเคืองผิวหนังและผื่นขึ้น^{[ 17 ]}การศึกษาครั้งแรกที่ตรวจสอบ ผลกระทบ ที่เป็นพิษต่อเซลล์ในหลอดทดลอง ของอนาทอกซิน-เอต่อการแพร่กระจายและการเคลื่อนย้ายของ เซลล์ผิวหนังมนุษย์พบว่าอนาทอกซิน-เอไม่มีผลใดๆ ที่ความเข้มข้น 0.1 μg/mL หรือ 1 μg/mL และมีผลกระทบที่เป็นพิษเล็กน้อยที่ความเข้มข้น 10 μg/mL เท่านั้นหลังจากระยะเวลาการสัมผัสที่ยาวนาน (48 ชั่วโมง) ^[¹⁸^]

การสูดดม

ปัจจุบันยังไม่มีข้อมูลเกี่ยวกับความเป็นพิษจากการสูดดมของอนาทอกซิน-เอ แม้ว่าจะมีอาการหายใจลำบาก อย่างรุนแรง เกิดขึ้นกับนักเล่นสกีน้ำหลังจากที่พวกเขาสูดดมละอองน้ำที่มีสารพิษต่อระบบประสาทจากไซยาโนแบคทีเรียชนิดเดียวกันคือแซกซิทอกซิน^{[ 19 ]}เป็นไปได้ว่าการสูดดมละอองน้ำที่มีอนาทอกซิน-เอ อาจก่อให้เกิดผลที่คล้ายคลึงกัน

กลไกการเกิดพิษ

อนาทอกซิน-เอ เป็นตัวกระตุ้นของตัวรับอะเซทิลโคลีนนิโคติ นิก α β และ α ในระบบประสาทส่วนกลาง (CNS) รวมถึงตัวรับ nAchR ชนิดกล้ามเนื้อ (α ) βγδ ที่พบในบริเวณรอยต่อประสาทกล้ามเนื้อ [ ¹^]⁽อนาทอกซิน-เอ มีความสัมพันธ์กับตัวรับชนิดกล้ามเนื้อเหล่านี้มากกว่าอะเซทิลโคลีนประมาณ 20 เท่า ^[²^] ) อย่างไรก็ตาม ไซยาโนทอกซินมีผลเพียงเล็กน้อยต่อตัวรับอะเซทิลโคลีนมัสคารินิกโดยมีความเลือกจำเพาะต่อตัวรับประเภทนี้น้อยกว่า nAchR ถึง 100 เท่า^[²⁰^] นอกจาก นี้ อนาทอกซิน-เอ ยังแสดงฤทธิ์ในระบบประสาทส่วนกลางน้อยกว่าบริเวณรอยต่อประสาทกล้ามเนื้อมาก ในเซลล์ประสาทของฮิปโปแคมปัสและก้านสมอง ต้องใช้ความเข้มข้นของอนาทอกซิน-เอที่มากกว่า 5 ถึง 10 เท่าในการกระตุ้น nAchRs เมื่อเทียบกับที่จำเป็นใน PNS ^[²⁰^]

ในสภาวะปกติอะเซทิลโคลีนจะจับกับ nAchR ในเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทหลังไซแนปส์ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในโดเมนภายนอกเซลล์ของตัวรับ ซึ่งจะเปิดช่องสัญญาณ ทำให้ไอออน Na ⁺และ Ca2 ⁺เคลื่อนตัวเข้าไปในเซลล์ประสาท ทำให้เกิดการลดขั้ว ของเซลล์ และกระตุ้นให้เกิดศักยภาพการกระทำซึ่งทำให้เกิดการหดตัวของกล้ามเนื้อ จากนั้นสารสื่อประสาทอะเซทิลโคลีนจะแยกตัวออกจาก nAchR ซึ่งจะถูกแยกออกเป็นอะซิเตตและโคลีน อย่างรวดเร็ว โดย อะเซทิลโคลี นเอสเทอเรส^{[ 21 ]}

ผลกระทบของอนาทอกซิน-เอ ต่อตัวรับอะเซทิลโคลีนนิโคตินิกที่บริเวณรอยต่อประสาทกล้ามเนื้อ

การจับกันของอนาทอกซิน-เอ กับ nAchR เหล่านี้ทำให้เกิดผลเช่นเดียวกันในเซลล์ประสาท อย่างไรก็ตามการจับกัน ของอนาทอกซิน- เอ ไม่สามารถย้อนกลับได้ และคอมเพล็กซ์อนาทอกซิน-เอ nAchR ไม่สามารถสลายได้ด้วยอะเซทิลโคลีนเอสเทอเรสดังนั้น nAchR จึงถูกล็อกให้เปิดชั่วคราว ซึ่งนำไปสู่การกระตุ้นมากเกินไปเนื่องจากการสร้างศักยภาพการกระทำอย่างต่อเนื่อง^{[ 20 ]}

แอนาทอกซิน-เอมีไอโซเมอร์สองชนิด โดยไอโซเมอร์ บวก (+)-แอนาทอกซิน-เอ มีฤทธิ์แรงกว่าไอโซเมอร์ลบสังเคราะห์ (−)-แอนาทอกซิน-เอ ถึง 150 เท่า^{[ 20 ]}

ภาวะหยุดหายใจซึ่งส่งผลให้สมองขาดออกซิเจน เป็นผลที่ชัดเจนและร้ายแรงที่สุดของอนาทอกซิน-เอ^{[ 20 ]}การฉีดอนาทอกซิน-เอในปริมาณที่ทำให้ถึงแก่ชีวิตในหนู หนูแรต นก สุนัข และลูกวัว แสดงให้เห็นว่าการเสียชีวิตเกิดขึ้นหลังจากมีอาการ กล้ามเนื้อกระตุก การเคลื่อนไหวลดลง ล้มลง หายใจทางหน้าท้องอย่างรุนแรงภาวะตัวเขียวและอาการชัก [ ^{2 ] ใน}หนู อนาทอกซิน-เอ ยังส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อความดันโลหิตและอัตราการเต้นของหัวใจ และทำให้เกิดภาวะกรด ในเลือดอย่าง รุนแรง^{[ 1 ]}

กรณีเป็นพิษ

มีรายงานกรณีการตายของสัตว์ป่าและปศุสัตว์จำนวนมากเนื่องจากอนาโทซิน-เอ นับตั้งแต่มีการค้นพบ การตายของสุนัขบ้านเนื่องจากไซยาโนท็อกซิน ซึ่งตรวจพบจากการวิเคราะห์เนื้อหาในกระเพาะอาหาร พบที่เกาะเหนือตอนล่างของนิวซีแลนด์ในปี 2548 ^{[ 22 ]}ทางตะวันออกของฝรั่งเศสในปี 2546 ^{[ 23 ]}ในแคลิฟอร์เนียของสหรัฐอเมริกาในปี 2545 และ 2549 ^{[ 24 ]}ในสกอตแลนด์ในปี 1992 ในไอร์แลนด์ในปี 1997 และ 2548 ^{[ 2 ]}ในเยอรมนีในปี 2560 ^{[ 25 ]}และ 2563 ^{[ 26 ]} ในแต่ละกรณี สุนัขเริ่มแสดงอาการชักกระตุกของกล้ามเนื้อภายในไม่กี่นาที และเสียชีวิตภายในไม่กี่ชั่วโมง มีรายงานการตายของวัวจำนวนมากที่เกิดจากการบริโภคน้ำที่ปนเปื้อนไซยาโนแบคทีเรียที่ผลิตอนาโทซิน-เอ ในสหรัฐอเมริกา แคนาดา และฟินแลนด์ ระหว่างปี 1980 จนถึงปัจจุบัน^{[ 2 ]}

กรณีที่น่าสนใจเป็นพิเศษของการได้รับพิษจากอนาทอกซิน-เอ คือกรณีของนกฟลามิงโกขนาดเล็กที่ทะเลสาบโบโกเรียในเคนยาไซยาโนทอกซินซึ่งตรวจพบในกระเพาะและอุจจาระของนกเหล่านี้ ทำให้มีนกฟลามิงโกตายไปประมาณ 30,000 ตัวในช่วงครึ่งหลังของปี 1999 และยังคงทำให้เกิดการตายหมู่เป็นประจำทุกปี ส่งผลให้ประชากรนกฟลามิงโกลดลงอย่างมาก สารพิษนี้เข้าสู่ร่างกายของนกผ่านทางน้ำที่ปนเปื้อนด้วยกลุ่มสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินที่เกิดขึ้นจากน้ำพุร้อนในก้นทะเลสาบ^{[ 27 ]}

สังเคราะห์

การสังเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ

การขยายตัวแบบวัฏจักรของโทรเพน

สารตั้งต้นทางชีวภาพตัวแรกสำหรับ การขยาย โทรเพนไปเป็นอนาทอกซิน-เอ คือโคเคนซึ่งมีสเตอริโอเคมีคล้ายกับอนาทอกซิน-เอ โคเคนจะถูกแปลงเป็นไอโซเมอร์เอนโดของไซโคลโพรเพนก่อน จากนั้นจึงแยกออกด้วยแสงเพื่อให้ได้คีโตนอัลฟา เบตาไม่อิ่มตัว โดยใช้ไดเอทิลอะโซไดคาร์บอกซิเลต คีโตนจะถูกกำจัดหมู่เมทิลและเกิดเป็นอนาทอกซิน-เอ เส้นทางการสังเคราะห์ที่คล้ายกันและใหม่กว่านั้นเกี่ยวข้องกับการผลิต 2-โทรพิโนนจากโคเคนและบำบัดผลิตภัณฑ์ด้วยเอทิลคลอโรฟอร์เมตเพื่อสร้างคีโตนแบบไบไซคลิก ผลิตภัณฑ์นี้จะถูกรวมเข้ากับไตรเมทิลไซลิลไดอะซิลมีเทน กรดลูอิสออร์กาโนอะลูมิเนียม และไตรเมทิลไซนิลอีโนลอีเทอร์เพื่อผลิตโทรพิโนน วิธีนี้ต้องผ่านขั้นตอนเพิ่มเติมอีกหลายขั้นตอน ทำให้เกิดสารตัวกลางที่มีประโยชน์รวมถึงอนาทอกซิน-เอเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้าย^{[ 2 ]}

การเกิดวงแหวนของไซโคลออกทีน

วิธีการแรกและที่ได้รับการสำรวจอย่างกว้างขวางที่สุดที่ใช้ในการสังเคราะห์อนาทอกซิน-เอในหลอดทดลอง คือ การสร้างวงแหวนไซโคลออกทีน โดยใช้ 1,5-ไซโคลออกตาไดอีนเป็นแหล่งเริ่มต้น สารตั้งต้นนี้จะทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างเมทิลอะมีนและรวมกับกรดไฮโปโบรมัสเพื่อสร้างอนาทอกซิน-เอ อีกวิธีหนึ่งที่พัฒนาขึ้นในห้องปฏิบัติการเดียวกันนี้ ใช้อะมิโนแอลกอฮอล์ร่วมกับเมอร์คิวริก (II) อะซิเตตและโซเดียมโบโรไฮไดรด์ ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยานี้จะถูกเปลี่ยนเป็นอัลฟา, เบตาคีโตนและออกซิไดซ์ด้วยเอทิลอะโซไดคาร์บอกซิเลตเพื่อสร้างอนาทอกซิน-เอ^{[ 2 ]}

กลยุทธ์การสร้างเอนอลแบบเลือกเอนันติโอเมอร์

วิธีการผลิตอนาทอกซิน-เอวิธีนี้เป็นหนึ่งในวิธีแรกๆ ที่ใช้ซึ่งไม่ได้ใช้สารตั้งต้นที่คล้ายคลึงกันแบบไคเมอริกสำหรับการสร้างอนาทอกซิน แต่จะใช้ส่วนผสมราเซมิกของ 3-โทรพิโนนร่วมกับเบสลิเธียมอะไมด์ไครัลและปฏิกิริยาการขยายวงแหวนเพิ่มเติมเพื่อสร้างคีโตนตัวกลาง การเติมออร์กาโนคิวเพรตลงในคีโตนจะสร้างอนุพันธ์อีโนลไตรฟลูออเรต ซึ่งจากนั้นจะถูกสลายด้วยไฮโดรเจนและบำบัดด้วยสารกำจัดหมู่ป้องกันเพื่อผลิตอนาทอกซิน-เอ กลยุทธ์ที่คล้ายกันนี้ได้รับการพัฒนาและนำไปใช้โดยห้องปฏิบัติการอื่นๆ ด้วยเช่นกัน^{[ 2 ]}

การเกิดวงแหวนภายในโมเลกุลของไอออนอิมิเนียม

การสร้างวงแหวนของไอออนอิมิเนียมใช้เส้นทางที่แตกต่างกันหลายเส้นทางเพื่อสร้างอนาทอกซิน-เอ แต่ละเส้นทางเหล่านี้จะสร้างและดำเนินไปพร้อมกับไอออนไพโรลิดีนอิมิเนียม ความแตกต่างหลักในแต่ละเส้นทางเกี่ยวข้องกับสารตั้งต้นที่ใช้ในการผลิตไอออนอิมิเนียมและผลผลิตรวมของอนาทอกซิน-เอในตอนท้ายของกระบวนการ เส้นทางที่แยกจากกันเหล่านี้รวมถึงการผลิตเกลืออัลคิลอิมิเนียม เกลืออะซิลอิมิเนียม และเกลือโทซิลอิมิเนียม^{[ 2 ]}

เอนไนน เมตาธีซิส

การเมตาธีซิสของเอนีนของอนาทอกซิน-เอเกี่ยวข้องกับการใช้กลไกการปิดวงแหวนและเป็นหนึ่งในความก้าวหน้าล่าสุดในการสังเคราะห์อนาทอกซิน-เอ ในทุกวิธีที่เกี่ยวข้องกับเส้นทางนี้ กรดไพโรกลูตามิกถูกใช้เป็นสารตั้งต้นร่วมกับตัวเร่งปฏิกิริยาของ Grubb เช่นเดียวกับการสร้างวงแหวนอิมิเนียม การสังเคราะห์อนาทอกซิน-เอครั้งแรกที่พยายามโดยใช้เส้นทางนี้ใช้ 2,5-cis-pyrrolidine เป็นสารตัวกลาง^{[ 2 ]}

การสังเคราะห์ทางชีวภาพ

อนาทอกซิน-เอ ถูกสังเคราะห์ในร่างกายของสายพันธุ์ Anabaena flos - aquae ^{[ 2 ]}รวมถึงไซยาโนแบคทีเรียสกุลอื่นๆ อีกหลายสกุล อนาทอกซิน-เอ และโครงสร้างทางเคมีที่เกี่ยวข้องถูกผลิตขึ้นโดยใช้อะซิเตตและกลูตาเมต การลดเอนไซม์เพิ่มเติมของสารตั้งต้นเหล่านี้ส่งผลให้เกิดการสร้างอนาทอกซิน-เอ โฮโมอนาทอกซิน ซึ่งเป็นสารเคมีที่คล้ายกัน ถูกผลิตโดยOscillatoria formosaและใช้สารตั้งต้นเดียวกัน อย่างไรก็ตาม โฮโมอนาทอกซินจะผ่านกระบวนการเติมเมทิลโดย S-adenosyl-L-methionine แทนที่จะเป็นการเติมอิเล็กตรอน ส่งผลให้เกิดอะนาล็อกที่คล้ายกัน^{[ 1 ]}กลุ่มยีนชีวสังเคราะห์ (BGC) สำหรับอนาทอกซิน-เอ ได้รับการอธิบายจากOscillatoria PCC 6506 ในปี 2009 ^{[ 28 ]}

ความเสถียรและการเสื่อมสภาพ

อนาทอกซิน-เอไม่เสถียรในน้ำและสภาวะธรรมชาติอื่นๆ และจะเกิดการสลายตัวด้วยแสง เมื่อได้รับแสงยูวี การสลายตัวด้วยแสงของอนาทอกซิน-เอขึ้นอยู่กับค่า pH และความเข้มของแสงแดด แต่ไม่ขึ้นอยู่กับออกซิเจน ซึ่งบ่งชี้ว่าการสลายตัวด้วยแสงไม่ได้เกิดขึ้นผ่านกระบวนการออกซิเดชันด้วยแสง^{[ 20 ]}

การศึกษาต่างๆ แสดงให้เห็นว่าจุลินทรีย์บางชนิดสามารถย่อยสลายอนาทอกซิน-เอได้ การศึกษาที่ดำเนินการโดย Kiviranta และคณะในปี 1991 แสดงให้เห็นว่าแบคทีเรียสกุลPseudomonasสามารถย่อยสลายอนาทอกซิน-เอได้ในอัตรา 2–10 μg/ml ต่อวัน^{[ 29 ]}การทดลองในภายหลังที่ดำเนินการโดย Rapala และคณะ (1994) สนับสนุนผลลัพธ์เหล่านี้ พวกเขาเปรียบเทียบผลกระทบของตะกอนที่ผ่านการฆ่าเชื้อและไม่ผ่านการฆ่าเชื้อต่อการย่อยสลายอนาทอกซิน-เอในช่วง 22 วัน และพบว่าหลังจากนั้น ขวดที่มีตะกอนที่ผ่านการฆ่าเชื้อแสดงระดับอนาทอกซิน-เอที่ใกล้เคียงกับตอนเริ่มต้นการทดลอง ในขณะที่ขวดที่มีตะกอนที่ไม่ผ่านการฆ่าเชื้อแสดงการลดลง 25-48% ^{[ 20 ]}

การตรวจจับ

วิธีการตรวจจับอนาทอกซิน-เอ แบ่งออกเป็นสองประเภท วิธีทางชีวภาพเกี่ยวข้องกับการให้ตัวอย่างแก่หนูและสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ที่ใช้กันทั่วไปในการทดสอบพิษวิทยาทางนิเวศวิทยา เช่นกุ้งน้ำเค็ม ( Artemia salina ) ตัวอ่อนของกุ้งน้ำจืดThamnocephalus platyurusและตัวอ่อนแมลงต่างๆ ปัญหาของวิธีการนี้ได้แก่ การไม่สามารถระบุได้ว่าอนาทอกซิน-เอ หรือสารพิษต่อระบบประสาทชนิดอื่นเป็นสาเหตุของการตายที่เกิดขึ้น นอกจากนี้ยังต้องใช้ตัวอย่างจำนวนมากในการทดสอบดังกล่าว นอกเหนือจากวิธีทางชีวภาพแล้ว นักวิทยาศาสตร์ยังใช้โครมาโทกราฟีในการตรวจจับอนาทอกซิน-เอ ซึ่งมีความซับซ้อนเนื่องจากการเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วของสารพิษและการขาดมาตรฐานอนาทอกซิน-เอที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์^{[ 20 ]}

สาธารณสุข

แม้ว่าความถี่ของอนาทอกซิน-เอจะค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับไซยาโนทอกซินอื่นๆ แต่ความเป็นพิษสูง (ไม่ทราบปริมาณที่ทำให้เสียชีวิตในมนุษย์ แต่คาดว่าน้อยกว่า 5 มิลลิกรัมสำหรับผู้ชายวัยผู้ใหญ่^{[ 30 ]} ) หมายความว่ามันยังคงถือเป็นภัยคุกคามร้ายแรงต่อสิ่งมีชีวิตบนบกและในน้ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งปศุสัตว์และมนุษย์ อนาทอกซิน-เอถูกสงสัยว่ามีส่วนเกี่ยวข้องกับการเสียชีวิตของบุคคลอย่างน้อยหนึ่งคน^{[ 15 ]}ภัยคุกคามที่เกิดจากอนาทอกซิน-เอและไซยาโนทอกซินอื่นๆ กำลังเพิ่มขึ้นเนื่องจากการไหลบ่าของปุ๋ยซึ่งนำไปสู่ภาวะยูโทรฟิเคชันในทะเลสาบและแม่น้ำ และอุณหภูมิโลกที่สูงขึ้น ส่งผลให้การแพร่กระจายของไซยาโนแบคทีเรียมีความถี่และแพร่หลายมากขึ้น^{[ 20 ]}

กฎระเบียบเกี่ยวกับน้ำ

องค์การอนามัยโลกในปี 2542 และEPAในปี 2549 ต่างก็สรุปว่าไม่มีข้อมูลความเป็นพิษของอนาทอกซิน-เอเพียงพอที่จะกำหนดระดับปริมาณที่ยอมรับได้ต่อวัน (TDI) อย่างเป็นทางการ แม้ว่าบางแห่งจะนำระดับของตนเองมาใช้แล้วก็ตาม^{[ 31 ]}^{[ 32 ]}

สหรัฐอเมริกา

ระดับคำแนะนำเกี่ยวกับน้ำดื่ม

แอนาทอกซิน-เอ ไม่ได้รับการควบคุมภายใต้พระราชบัญญัติน้ำดื่มที่ปลอดภัยแต่รัฐต่างๆ ได้รับอนุญาตให้กำหนดมาตรฐานของตนเองสำหรับสารปนเปื้อนที่ไม่ได้อยู่ภายใต้การควบคุม ปัจจุบันมีสี่รัฐที่กำหนดระดับคำแนะนำสำหรับแอนาทอกซิน-เอในน้ำดื่ม ดังแสดงในตารางด้านล่าง^{[ 33 ]}เมื่อวันที่ 8 ตุลาคม พ.ศ. 2552 EPA ได้เผยแพร่รายชื่อสารปนเปื้อน ในน้ำดื่มฉบับที่สาม (CCL) ซึ่งรวมถึงแอนาทอกซิน-เอ (รวมถึงไซยาโนท็อกซินอื่นๆ) ซึ่งบ่งชี้ว่าแอนาทอกซิน-เออาจมีอยู่ในระบบน้ำประปาสาธารณะ แต่ไม่ได้รับการควบคุมโดย EPA การที่แอนาทอกซิน-เออยู่ใน CCL หมายความว่าอาจจำเป็นต้องมีการควบคุมโดย EPA ในอนาคต ขึ้นอยู่กับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับผลกระทบต่อสุขภาพของมนุษย์^{[ 34 ]}^{[ 31 ]}

ระดับคำแนะนำเกี่ยวกับน้ำดื่ม
สถานะ	ความเข้มข้น (ไมโครกรัม/ลิตร)
มินนิโซตา	0.1
โอไฮโอ	20
โอเรกอน	0.7
เวอร์มอนต์	0.5

ระดับคำแนะนำสำหรับการใช้น้ำเพื่อการพักผ่อนหย่อนใจ

ในปี พ.ศ. 2551 รัฐวอชิงตันได้นำระดับคำแนะนำสำหรับการพักผ่อนหย่อนใจเกี่ยวกับอนาทอกซิน-เอ มาใช้ที่ 1 μg/L เพื่อจัดการการแพร่กระจายของสาหร่ายในทะเลสาบได้ดีขึ้น และปกป้องผู้ใช้จากการสัมผัสกับการแพร่กระจายดังกล่าว^{[ 35 ]}

แคนาดา

จังหวัดควิเบกของแคนาดามีค่าสูงสุดที่ยอมรับได้สำหรับแอนาทอกซิน-เอในน้ำดื่มที่ 3.7 μg/L ^{[ 36 ]}

นิวซีแลนด์

นิวซีแลนด์มีค่าสูงสุดที่ยอมรับได้สำหรับแอนาทอกซิน-เอในน้ำดื่มที่ 6 μg/L ^{[ 37 ]}

การบำบัดน้ำ

ณ ขณะนี้ ยังไม่มีแนวทางอย่างเป็นทางการสำหรับระดับอนาทอกซิน-เอ^{[ 38 ]}แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะประเมินว่าระดับ 1 μg l ⁻¹นั้นต่ำเพียงพอ^{[ 39 ]}ในทำนองเดียวกัน ยังไม่มีแนวทางอย่างเป็นทางการเกี่ยวกับการทดสอบอนาทอกซิน-เอ ในบรรดาวิธีการลดความเสี่ยงของไซยาโนท็อกซิน รวมถึงอนาทอกซิน-เอ นักวิทยาศาสตร์มองว่าวิธีการบำบัดทางชีวภาพเป็นที่นิยม เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีที่ซับซ้อน บำรุงรักษาง่าย และมีต้นทุนการดำเนินงานต่ำ มีตัวเลือกการบำบัดทางชีวภาพเพียงไม่กี่อย่างที่ได้รับการทดสอบสำหรับอนาทอกซิน-เอโดยเฉพาะ แม้ว่าจะมีการระบุ สายพันธุ์ของ Pseudomonasที่สามารถย่อยสลายอนาทอกซิน-เอได้ในอัตรา 2–10 μg ml ⁻¹ d ^{−1 แล้วก็ตาม}ถ่านกัม มันต์ชีวภาพ (แบบเม็ด) (BAC) ก็ได้รับการทดสอบเป็นวิธีการย่อยสลายทางชีวภาพเช่นกัน แต่ยังไม่สามารถสรุปได้ว่าการย่อยสลายทางชีวภาพเกิดขึ้นหรือไม่ หรือว่าอนาทอกซิน-เอเพียงแค่ดูดซับถ่านกัมมันต์เท่านั้น^{[ 38 ]}คนอื่นๆ เรียกร้องให้มีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้ถ่านกัมมันต์อย่างมีประสิทธิภาพ^{[ 40 ]}

วิธีการบำบัดทางเคมีเป็นเรื่องปกติในการบำบัดน้ำดื่มมากกว่าการบำบัดทางชีวภาพ และมีกระบวนการมากมายที่ได้รับการแนะนำสำหรับอนาทอกซิน-เอสารออกซิแดนต์เช่นโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตโอโซนและกระบวนการออกซิเดชันขั้นสูง ( AOPs ) ได้ผลในการลดระดับอนาทอกซิน-เอ แต่กระบวนการอื่นๆ รวม ถึง การเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง การสลายตัว ด้วยแสงยูวี^{[ 40 ]}และ การคลอ ริเนชัน^{[ 41 ]}ไม่ได้แสดงประสิทธิภาพที่ดีนัก

การกำจัดไซยาโนแบคทีเรียโดยตรงในกระบวนการบำบัดน้ำผ่านการบำบัดทางกายภาพ (เช่นการกรองด้วยเมมเบรน ) เป็นอีกทางเลือกหนึ่ง เนื่องจากแอนาทอกซิน-เอส่วนใหญ่จะอยู่ภายในเซลล์เมื่อเกิดการเจริญเติบโตของสาหร่าย อย่างไรก็ตาม แอนาทอกซิน-เอจะถูกปล่อยออกจากไซยาโนแบคทีเรียลงสู่น้ำเมื่อพวกมันเสื่อมสภาพและแตกตัว ดังนั้นการบำบัดทางกายภาพอาจไม่สามารถกำจัดแอนาทอกซิน-เอที่มีอยู่ทั้งหมดได้^{[ 42 ]}จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อหาวิธีการตรวจจับและการบำบัดที่น่าเชื่อถือและมีประสิทธิภาพมากขึ้น^{[ 40 ]}

การใช้งานในห้องปฏิบัติการ

อนาทอกซิน-เอ เป็นตัวกระตุ้นตัวรับอะเซทิลโคลีนนิโคตินิกที่ทรงพลังมาก และด้วยเหตุนี้จึงได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางเพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์ โดยส่วนใหญ่ใช้เป็นตัวตรวจสอบทางเภสัชวิทยาเพื่อตรวจสอบโรคที่มีลักษณะเฉพาะคือระดับอะเซทิลโคลีนต่ำ เช่น โรค กล้ามเนื้อเสื่อมโรคกล้ามเนื้ออ่อนแรงโรคอัลไซเมอร์และโรคพาร์กินสันการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับอนาทอกซิน-เอ และอะนาล็อกอื่นๆ ที่มีฤทธิ์น้อยกว่ากำลังได้รับการทดสอบเพื่อใช้เป็นสารทดแทนอะเซทิลโคลีน^{[ 2 ]}

สกุลของไซยาโนแบคทีเรียที่ผลิตอะนาทอกซิน-เอ

อนาเบน่า (โดลิโคสเปอร์มัม) ^{[ 43 ]}
อะฟานิโซเมนอน^{[ 31 ]}
ไซลินโดสเปอร์มอปซิส^{[ 3 ]}
ไซลินโดสเปอร์มัม
Lyngbya ^{[ 44 ]}
ไมโครซิสติส^{[ 45 ]}
นอสต็อก^{[ 3 ]}
Oscillatoria ^{[ 44 ]}
ไมโครโคลเลียส (โฟร์มิเดียม) ^{[ 44 ]}
แพลงก์โททริกซ์^{[ 44 ]}
ราฟิดิโอปซิส^{[ 44 ]}
ไทโคนีมา^{[ 46 ]}
วอโรนิชิเนีย^{[ 44 ]}

ดูเพิ่มเติม

อ่านเพิ่มเติม

Wood SA, Rasmussen JP, Holland PT, Campbell R, Crowe AL (2007). "รายงานฉบับแรกของไซยาโนท็อกซิน Anatoxin-A จาก Aphanizomenon issatschenkoi (ไซยาโนแบคทีเรีย)". Journal of Phycology . 43 (2): 356– 365. doi : 10.1111/j.1529-8817.2007.00318.x . S2CID 84284928 .
Wonnacott S, Gallagher T (เมษายน 2549). "เคมีและเภสัชวิทยาของอนาทอกซิน-เอและโฮโมโทรเพนที่เกี่ยวข้องโดยสัมพันธ์กับตัวรับอะเซทิลโคลีนนิโคตินิก" Marine Drugs . 4 (3): 228– 254. doi : 10.3390/md403228 . PMC 3663412 .

ลิงก์ภายนอก

สารก่อการตายอย่างรวดเร็ว (อนาทอกซิน-เอ)ในตารางธาตุแห่งวิดีโอ (มหาวิทยาลัยนอตติงแฮม)
โมเลกุลประจำเดือน: อนาทอกซินณ คณะเคมี ฟิสิกส์ และสิ่งแวดล้อมศึกษา มหาวิทยาลัยซัสเซ็กซ์ วิทยาเขตไบรตัน

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[

[ 19 ]

[

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]

[ 25 ]

[ 26 ]

[ 27 ]

[ 28 ]

[ 29 ]

[ 30 ]

[ 32 ]

[ 33 ]

[ 34 ]

[ 35 ]

[ 36 ]

[ 37 ]

[ 38 ]

[ 39 ]

[ 40 ]

[ 41 ]

[ 42 ]

[ 43 ]

[ 44 ]

[ 45 ]

[ 46 ]