[Tạp chí Người Nuôi Tôm]- Giáo sư Flegel mô tả kết quả nghiên cứu của ông đã dẫn đến một bước đột phá có thể giúp sản xuất một loại vaccine mới cho tôm và tùy chỉnh quần thể tôm SPF để chống chọi với tất cả các loại virus chính trên tôm.

 

Trong nghiên cứu của giáo sư Flegel, tôm sú (Penaeus monodon) bị nhiễm virus gây hoại tử cơ quan tạo máu và cơ quan biểu mô, được gọi là IHHNV – Ảnh minh họa: Darryl Jory

 

Phát triển các quần thể tôm có khả năng chống chịu với tất cả các loại virus chính

Năm 2009, nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Timothy W. Flegel đã đưa ra giả thuyết về một cơ chế mới mà tôm và côn trùng có thể sử dụng DNA và RNA thay vì các kháng thể để bảo vệ chống lại mầm bệnh virus (Flegel, TW, 2009 – Giả thuyết về khả năng di truyền, chống miễn dịch virus ở động vật giáp xác và côn trùng. Sinh học Direct. 4, 32; doi: 10.1186 / 1745-6150-4-36). Hình 1 minh họa giả thuyết năm 2009 về các cơ chế cơ bản của hiện tượng lưu trú của virus.

Hình 1. Sơ đồ minh họa giả thuyết năm 2009 về các cơ chế cơ bản của hiện tượng lưu trú của virus. Sau khi nhiễm virus, RNA thông tin của virus (mRNA) được vật chủ sao chép từng đoạn thành DNA với nhiều độ dài khác nhau. Một số đoạn chèn vào bộ gen của vật chủ và có thể di truyền nếu chúng được đưa vào bộ gen của trứng và tinh trùng. Một số EVE này (các yếu tố virut nội sinh) tạo ra ARN đối kháng có thể liên kết với mRNA của virut và gây ra sự suy thoái của nó để giữ cho virut trong tầm kiểm soát.

 

Các nhà khoa học ở Pháp (nhóm của Tiến sĩ Maria Carla Saleh tại Viện Pasteur, Paris, Pháp) và ở Hoa Kỳ (nhóm của Tiến sĩ Raul Andino tại Đại học California, San Francisco, California, Hoa Kỳ), nghiên cứu về côn trùng (ruồi giấm và muỗi) từ năm 2013 đến năm 2020, cho thấy rằng các yếu tố chính của giả thuyết năm 2009 là đúng đối với một số loại virus RNA. Về cơ bản, để chứa virus, tôm và côn trùng sao chép các đoạn RNA của virus và chèn các bản sao DNA vào bộ gen của chính chúng. Các đoạn sao chép này được gọi là EVE (các yếu tố virus nội sinh) tạo ra ARN antisense (một ARN sợi đơn bổ sung cho ARN thông tin (mRNA) mã hóa một protein mà nó lai và do đó chặn quá trình dịch mã của nó thành protein). RNA antisense dẫn đến sự phân hủy mRNA của virus, giúp giữ virus trong tầm kiểm soát. Nếu EVD xảy ra trong trứng hoặc tinh trùng, chúng sẽ được truyền sang thế hệ tiếp theo. Đây là một lợi thế lớn so với các kháng thể không thể truyền cho con cháu.

 

Một kết quả đáng ngạc nhiên của nghiên cứu về côn trùng ở Pháp là các đoạn DNA được sao chép từ RNA của virus có cả dạng thẳng và tròn. Điều này không được dự đoán trong giả thuyết năm 2009 của Flegel. Báo cáo của Pháp đã mô tả cách thức bản sao DNA vòng khép kín của virus (cvcDNA) có thể được chiết xuất cụ thể từ côn trùng và cách tiêm chất chiết xuất cvcDNA có thể bảo vệ muỗi khỏi cái chết sau khi tiếp xúc với virus. Flegel rất vui về những kết quả này vì DNA vòng khép kín rất ổn định, và cho rằng cvcDNA có tiềm năng dùng như một loại vaccine virus tôm có thể tồn tại trong quá trình chế biến thực phẩm để uống. Các nhà nghiên cứu đã đưa ra giả thuyết về cơ hội phát triển các quần thể tôm có khả năng chống chịu với tất cả các loại virus gây bệnh chính trên tôm.

Thời gian gần đây, nhóm nghiên cứu của Flegel tại Thái Lan đã thực hiện theo quy trình ở côn trùng để chiết xuất cvcDNA từ tôm bị nhiễm virus và cho thấy rằng nó có thể bảo vệ tôm non chống lại virus đó.

Cụ thể, họ sử dụng tôm sú (Penaeus monodon) bị nhiễm IHHNV (Virus gây hoại tử cơ quan tạo máu và cơ quan biểu mô, gần đây được đổi tên thành Penstylhamaparvovirus 1). Kết quả, họ đã có thể chiết xuất IHHNV-cvcDNA từ tôm bị nhiễm bệnh và tiêm vào tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei), nơi nó ngăn chặn sự nhân lên của IHHNV. Kết quả của nghiên cứu này đã mở ra con đường cho sự phát triển khả thi của vaccine cvcDNA cho tôm.

Chiết xuất cvcDNA thu được từ tôm sú nhiễm IHHNV được gửi để giải trình tự thế hệ tiếp theo, NGS (một công nghệ giải trình tự DNA đã cách mạng hóa nghiên cứu bộ gen, giúp giảm đáng kể thời gian cần thiết để giải trình tự bộ gen), các nhà nghiên cứu đã có thể chứng minh rằng chiết xuất chứa nhiều loại cvcDNA có nguồn gốc từ IHHNV. Điều này cung cấp xác nhận cuối cùng rằng tôm bị nhiễm IHHNV có thể tạo ra cvcDNA, tương tự như côn trùng bị nhiễm virus RNA.

Tuy nhiên, họ cũng đã có một phát hiện rất đáng ngạc nhiên rằng một số trình tự cvcDNA trong chiết xuất từ một EVE mà trước đây đã được mô tả trên tôm sú ở Madagascar là “IHHNV không lây nhiễm”, bởi nhóm của Giáo sư Don Lightner vào năm 2006. Một số loại cvcDNA không mong đợi này bao gồm IHHNV và trình tự gen ký chủ được liên kết, xác nhận nguồn gốc của chúng trong bộ gen của tôm chủ. Điều này thật thú vị, vì nó chỉ ra rằng chất chiết xuất cvcDNA của tôm có thể được sử dụng để lọc những con tôm có sự của EVE.

Như đã đề cập ở trên, các nhà khoa học Mỹ và Pháp nghiên cứu về côn trùng đã chỉ ra rằng một số EVE tạo ra RNA đối kháng có thể bảo vệ chống lại các bệnh do virus tương đồng gây ra. Flegel và nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng, EVE với nhận dạng trình tự cao đối với IHHNV và WSSV hiện có đã xảy ra ở tôm và có thể được di truyền (năm 2011 và 2017). Tuy nhiên, họ không có cách nào để dễ dàng xác định tôm nào mang EVE cho một loại virus cụ thể, hoặc liệu EVE có được bảo vệ hay không. Bây giờ, có vẻ như chúng ta có một cách dễ dàng để làm điều này bằng cách giải trình tự các chiết xuất cvcDNA từ tôm không bị nhiễm bệnh.

 

Thiết lập nghiên cứu

Các nhà nghiên cứu bắt đầu chọn các mẫu tôm bố mẹ từ các quần thể của P. monodon và P. vannamei SPF để phát hiện sự hiện diện của EVE, từ virus tôm bằng cách giải trình tự cvcDNA của chúng. Ví dụ: đánh giá WSSV-EVE trong quần thể SPF bao gồm tôm giống có WSSV âm tính di truyền từ đời trước, có khả năng tiếp xúc với các loại WSSV hiện có.

Những khám phá cho thấy, cvcDNA phát sinh từ sự nhiễm virus của tôm hoặc bắt nguồn từ EVE chỉ đơn giản là những khám phá về các hiện tượng tự nhiên. Các nhà sản xuất giống tôm ngay lập tức có thể tận dụng lợi thế của việc chiết xuất và giải trình tự cvcDNA để sàng lọc quần thể của chúng để tìm EVE có khả năng bảo vệ. Sau khi được xác định, họ có thể theo dõi và bảo tồn các EVE đó trong các chương trình nhân giống của mình chỉ bằng cách sử dụng phản ứng chuỗi polymerase (phương pháp PCR, một kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để nhanh chóng tạo ra hàng triệu đến hàng tỷ bản sao của một mẫu DNA cụ thể., nơi các nhà khoa học có thể sử dụng một mẫu DNA rất nhỏ và khuếch đại nó (hoặc một phần của nó) lên một lượng đủ lớn để nghiên cứu chi tiết). Bằng cách này, các nhà nghiên cứu tin rằng có thể phát triển các quần thể tôm có khả năng chống chịu với tất cả các loại virus chính.

Hơn nữa, cvcDNA bảo vệ phát sinh từ EVE có thể được phát triển trong vaccine tôm được sản xuất bằng phương pháp PCR để sử dụng trong các trại giống và ao nuôi thương phẩm. Chúng cũng có thể được sử dụng để tiêm vào buồng trứng của những vật nuôi đã thuần hóa để làm phát sinh EVE di truyền và bảo vệ cho đời con cái sau này.

 

Kết quả

Về cơ bản, tôm, côn trùng và cả các động vật không xương sống khác đã tương tác với virus bằng cách sử dụng các cơ chế tự nhiên cổ xưa để biến đổi gen tự trị (AGMO). Về mặt kỹ thuật, điều này có nghĩa là chúng là những sinh vật chuyển gen (NTO) tự nhiên mà nhân loại đã tương tác trong hàng thiên niên kỷ mà không có tác động xấu nào. Cấu trúc cvcDNA của chúng bao gồm DNA trần không có khả năng sao chép, vì vậy chúng không thể tăng số lượng và lây lan một cách độc lập như các loại virus mà chúng có.

Hệ thống AGMO của động vật này để tương tác với virus có trước một hệ thống AGMO tương tự (tức là cơ chế CRISPR nổi tiếng, một công nghệ có thể được sử dụng để chỉnh sửa gen) có lẽ đã được sử dụng bởi vi khuẩn khảo cổ (những sinh vật sống lâu đời nhất trên trái đất) và vi khuẩn (vi khuẩn “thật”, vi sinh vật nhân sơ đơn bào (thường là sinh vật đơn bào không có nhân được bao bọc trong màng nhân)) – bao gồm tất cả các loại vi khuẩn ngoại trừ vi khuẩn khảo cổ) để kiểm soát mầm bệnh virus của chúng, vi khuẩn; virus lây nhiễm và tái tạo bên trong tất cả vi khuẩn, ngay cả trước khi có sự tồn tại của động vật nguyên sinh. Do đó, AGMO và NTO đã dần được phổ biến, chúng ta hoàn toàn có thể yên tâm về công nghệ này.

By Timothy W. Flegel, Ph.D.

Theo Aquaculturealliance