Hội chứng đốm trắng (WSSV) và bệnh hoại tử gan cấp tính (AHPND) hiện là mối đe dọa nghiêm trọng nhất đối với người nuôi tôm. WSSV gây ra bởi virus hội chứng đốm trắng. Trong khi đó, AHPND gây ra bởi chủng Vibro Paraheamolyticus và V.harveyi.

Trong số các thực hành an toàn sinh học trang trại nuôi tôm, công nghệ siêu thâm canh Biofloc (BFT) là hệ thống nuôi thay thế hiệu quả nhất. Nuôi cấy BFT cải thiện khả năng miễn dịch của tôm; cho tỷ lệ sống cao ngay cả khi bị nhiễm vi khuẩn và virus. Những điều kiện kích thích hệ miễn dịch của tôm được nghiên cứu nhằm đánh giá sự phong phú của các mẫu phân tử liên quan đến vi khuẩn (MAMPs) có trong hệ thống BFT và có khả năng kích hoạt phản ứng miễn dịch bẩm sinh.

Thiết lập nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng hậu ấu trùng tôm thẻ chân trắng (5 ngày tuổi, PL5). Nuôi cấy BFT ban đầu được thiết lập trong một bể ma trận 50 m3. Hậu ấu trùng sau đó được thả ngẫu nhiên vào 8 bể (9m3), với 4 bể BFT và 4 bể nước biển sạch. Mật độ thả mỗi bể lần lượt là 300 và 20 con/ m3. Các bể được sục khí liên tục (oxy hòa tan > 5mg/ l) và kiểm soát nhiệt độ (29 ± 1 độ C) và độ mặn (34 đến 35 ppt).

Tôm hậu ấu trùng 4 tháng được nuôi trong hai hệ thống

Hậu ấu trùng được cho ăn bốn lần/ ngày ở chế độ ăn thương mại. Nước bể được trao đổi ở mức 80% mỗi ngày. Sau 4 tháng, khi tôm đạt từ 5 -8 gram, chọn ngẫu nhiên khoảng 30% tôm từ mỗi bể để xác định WSSV. Sau đó, 120 con từ mỗi hệ thống nuôi được chuyển đến Phòng thí nghiệm Đại học Liên bang Santa Catarina, Florianopolis, Brazil để thử nghiệm và phân tích.

Kết quả và thảo luận

Nghiên cứu đã khám phá tính năng động của hệ vi khuẩn (sự phong phú và thành phần gen ở tôm để đáp ứng với 2 yếu tố sinh học và phi sinh học) quan trọng trong nuôi tôm. Chúng tôi đã tạo ra hai thư viện gen 16S rRNA của vi khuẩn đường ruột từ nuôi tôm công nghệ BFT và CWS. Hai thư viện khác cũng được tạo ra từ hệ vi khuẩn đường ruột của tôm khi thử nghiệm với WSSV bằng phương pháp per os, là thư viện BFT.W và CWS.W.

Biểu đồ Venn

Công nghệ Biofloc: Kích thích phản ứng miễn dịch ở tôm

Phân tích biểu đồ Venn cho thấy, có sự khác biệt đáng kể trong tần số của các đơn vị phân loại vận hành vi khuẩn (OTU – định nghĩa hoạt động sử dụng để phân loại các nhóm cá thể liên quan chặt chẽ) theo hệ thống nuôi cấy. Tôm được nuôi trong BFT có số lượng OTU lớn hơn so với được nuôi trong hệ thống CWS.

Số lượng OTU cao hơn từ các mẫu tôm nuôi trong BFT phản ánh sự đa dạng sinh học của môi trường BFT. Thử nghiệm virus cũng dẫn đến sự xuất hiện của OTU trong mỗi điều kiện nuôi: 111 OTU trong BFT.W và 121 trong CWS.W. Những phát hiện này cho thấy sự dịch chuyển cộng đồng vi khuẩn trong đường ruột có liên quan đến sự hiển diện của virus.

Về ảnh hưởng của điều kiện nuôi trồng đến hệ vi khuẩn đường ruột của tôm, người ta tin rằng có sự liên quan tiếp xúc với vi sinh vật trong thời kỳ đầu. Trong thời gian nuôi tôm 4 tháng trong BFT và CWS và tiến hành phân tích, các chuỗi gen 16S rRNA chất lượng cao đã được phân loại thành 33 prokaryotic phyla (sinh vật nhân sơ) thuộc về vi khuẩn. Các đại điện được xác định trong hệ đường ruột của tôm là Proteobacteria, Bacteroidetes, Actinobacteria và Firmicutes.  Tuy nhiên, mật độ phân bổ của cộng đồng vi khuẩn còn tùy vào hệ thống nuôi.

Sự phong phú tương đối của Phyla và họ vi khuẩn phổ biến

Chi Vibro bao gồm các vi khuẩn thủy sinh, phát triển nhanh có khả năng xâm chiếm đường tiêu hóa của tôm. Nhiều loài Vibro là mầm bệnh cơ hội, thâm nhập vào tôm trong điều kiện dinh dưỡng kém, chất lượng nước thấp và suy giảm miễn dịch. Vi khuẩn này gây ra các bệnh về tiêu hóa khiến tỷ lệ tôm chết cao. Các vi sinh vật có trong nguồn nước BFT có thể chống lại Vibro bằng cách cạnh tranh chất dinh dưỡng, tạo ra các hợp chất can thiệp và ức chế khả năng hiển diện của vi khuẩn này.

Điều thú vị là hai họ Proteobacteria, Rhodobacteracease và Enterbacteriaceae xuất hiện nhiều ở tôm được nuôi trong BFT so với CWS, chiếm khoảng 15% ở BFT và dưới 4% ở CWS. Người ta tin rằng, hệ thống BFT tác động làm họ vi khuẩn này xuất hiện.  Do nồng độ chất rắn lơ lửng cao được sử dụng làm nơi phát triển của Rhodobacteracease. Các vi khuẩn thiết lập một hoạt động đối kháng hạn chế sự sống của Vibro gây bệnh. 

Hệ vi khuẩn của tôm nuôi trong BFT đa dạng hơn và phong phú hơn so với nuôi trong CWS. Nước BFT đặc biệt giàu chất hữu cơ và các hạt lơ lửng, có thể có lợi cho vi khuẩn sử dụng chất hữu cơ và hợp chất nitơ để phát triển.

Về tác động có lợi của BFT, Bioflocs có thể đóng vai trò là chất kích thích miễn dịch và tăng cường hệ miễn dịch của tôm, thậm chí làm thay đổi biểu hiện của các gen liên quan đến phản ứng miễn dịch của tôm. Kết quả cho thấy rằng hệ vi sinh vật đường ruột tôm bị thay đổi trong từng môi trường nuôi.

Chuẩn đoán

Bằng cách sử dụng công nghệ giải trình tự động thông lượng cao, có thể giải thích hệ vi khuẩn đường ruột của loài tôm thẻ chân trắng và đánh giá ảnh hưởng của BFT, thách thức WSSV đối với thành phần và sự phong phú của hệ vi khuẩn. Thành phần vi khuẩn từ đường ruột của tôm được nuôi trong BFT phong phú và đa dạng hơn so với CWS.

Nhóm vi khuẩn chiếm ưu thế thuộc về phylum Proteobacteria, tiếp theo là phyla bacterooidetes, actrinobacteria và firmmicutes. Vibrionaceae có nhiều ở nhóm CWS so với tôm được nuôi bằng BFT (tương ứng với 68,23% và 11,35%). Vibrionaceae là họ vi khuẩn không bị ảnh hưởng nhiều nhất và sự phong phú của nó đã tăng gấp đôi trong môi trường nuôi BFT sau thử nghiệm virus, trong khi tôm nuôi CWS giảm mạnh.

Ngoài ra, thử nghiệm WSSV rõ ràng đã dẫn đến sự phân bổ thành phần quần thể vi khuẩn đồng nhất hơn, như Rhodobacteraceae, Enterobacteraceae và Vibrionaceae, ở tôm nuôi trong cả 2 hệ thống. Những thay đổi về sự đa dạng của vi khuẩn đường ruột ở thử nghiệm WSSV cho thấy sự dịch chuyển của cộng đồng vi khuẩn trong đường ruột, dẫn đến rối loạn sinh lý (mất cân bằng vi khuẩn hoặc mất điều hòa trên cơ thể, như tình trạng vi khuẩn bị suy yếu).

Hiểu biết quần thể vi khuẩn đường ruột của tôm nuôi trong BFT và trong quá trình nhiễm WSSV là một bước để hiểu vai trò của hệ vi khuẩn đường ruột đối với hệ thống phòng thủ miễn dịch của của tôm để chống lại các bệnh do virus

Với các dữ liệu giải trình tự 16S rRNA, giờ đây chúng ta có thể nghiên cứu sâu hơn về hệ tiêu hóa của tôm trong các tương tác giữa vi khuẩn vật chủ và vai trò của hệ vi sinh vật đường ruột trong việc điều hòa miễn dịch đường ruột của tôm.

V.T (lược dịch)