[Tạp chí Người Nuôi Tôm] – Bổ sung Cholesterol giúp tăng cường điều hòa thẩm thấu, bảo vệ chống oxy hóa và đáp ứng miễn dịch của tôm thẻ chân trắng nuôi dưới điều kiện độ mặn thấp

Đối với các loài tôm, cơ chế giảm thẩm thấu được thực hiện ở độ mặn cao và cơ chế siêu thẩm thấu được thực hiện ở độ mặn thấp. Na⁺/K⁺-ATPase (NKA) là một trong những protein điều hòa thẩm thấu quan trọng nhất tham gia vào quá trình điều hòa thẩm thấu, chịu trách nhiệm duy trì sự cân bằng ion (ví dụ: Na⁺ và K⁺) và điện thế màng giữa bên trong và bên ngoài tế bào. Nhiều nghiên cứu đã xác nhận rằng sự thay đổi độ mặn, đặc biệt là sự giảm độ mặn của môi trường bên ngoài đi kèm với sự gia tăng hoạt động NKA ở động vật thủy sinh (Chen & cs., 2022). NKA được kích hoạt có thể hấp thụ Na⁺ từ môi trường bên ngoài ngược với gradient nồng độ của nó thành tan máu để chống lại sự mất mát thụ động của các ion vô cơ (Jasmani & cs., 2010).

Cholesterol (Chol) là một chất dinh dưỡng thiết yếu cho sinh vật để duy trì sự tồn tại, tăng trưởng và cấu trúc của màng tế bào cũng như có chức năng như bộ khung tiền thân của ecdysone. Không giống như động vật có xương sống, giáp xác không thể tự tổng hợp Chol mà hoàn toàn dựa vào lượng thức ăn ngoại sinh để phù hợp với yêu cầu của các quá trình sinh lý (Goad, 1981). Các thí nghiệm in vitro đã báo cáo rằng cấu trúc và hoạt động của NKA phụ thuộc rất nhiều vào mức độ Chol trong màng sinh chất (Garcia & cs., 2019). Các nghiên cứu trước đây đã báo cáo mức Chol thích hợp trong thức ăn có thể góp phần tăng cường lột xác, vận chuyển lipid, miễn dịch không đặc hiệu, hệ vi sinh vật đường ruột và khả năng chống chịu nhiệt độ thấp của tôm (Su & cs., 2022). Tuy nhiên, liệu Chol trong thức ăn có thể thúc đẩy quá trình thẩm thấu và khả năng chống chịu stress do mặn của tôm hay không vẫn chưa được biết. Do đó, nghiên cứu gần đây của Phòng thí nghiệm trọng điểm NTTS (Đại học Hải dương Trung Quốc) đã làm sáng tỏ điều này.

Phương pháp nghiên cứu

Khẩu phần ăn cơ bản chứa 0,05% Chol thu được từ 20,5% bột cá và 0,2% dầu cá, và các mức độ tinh khiết khác nhau của Chol được xây dựng để thu được sáu công thức thí nghiệm. Chol được bào chế với các mức phân loại 0,10%, 0,14%, 0,18%, 0,22%, 0,26% và 0,30% và được đặt tên là Chol 1.0, Chol 1.4, Chol 1.8, Chol 2.2, Chol 2.6 và Chol 3.0. Công thức phối trộn của các khẩu phần thí nghiệm được trình bày trong Bảng 1.

Tôm thẻ chân trắng được nuôi tại Đại học Hải dương Trung Quốc (Thanh Đảo, Trung Quốc). Trước khi thử nghiệm, tôm được nuôi thích nghi trong bể xi măng (3,0 m x 2,0 m x 1,0 m, 6000 L) và được cho ăn bằng thức ăn công nghiệp (40% protein) trong 14 ngày. Nhiệt độ nước, độ mặn, oxy hòa tan và pH trong thời gian 14 ngày lần lượt có kết quả là 26,6–27,5°C, 31‰, DO ≥5,8mg/L và 8,0–8,1. Sau đó, tất cả tôm (trọng lượng ban đầu 1,27 ± 0,18 g) được thả ngẫu nhiên vào 36 bể nhựa thí nghiệm (400 L/bể) với mật độ 60 con/bể. Có 6 nghiệm thức và mỗi nghiệm thức bao gồm 6 lần lặp lại. Đối với mỗi nghiệm thức, tôm được cho ăn với mức 5%–7% trọng lượng cơ thể 3 lần/ngày và việc lấy mẫu ngẫu nhiên hàng tuần được tiến hành để kiểm tra trọng lượng cơ thể trung bình của tôm. Hệ thống nuôi là kín và 1/3 lượng nước biển được thay mới mỗi ngày trong suốt quá trình thí nghiệm.

Sau 8 tuần cho ăn, tất cả tôm đều được kiểm tra tăng trưởng, sau đó được bỏ đói 24 giờ để thí nghiệm sốc độ mặn với số lượng 40 con/bể. Tôm được chuyển sang một bể nhựa 400L khác với độ mặn giảm đột ngột từ 31‰ xuống 11‰ bằng cách bổ sung nước ngọt (đã khử clo). Thí nghiệm kéo dài 144 giờ. Tôm được lấy mẫu ngẫu nhiên ở 24, 72 và 144 giờ.

Bảng 1: Thành phần nguyên liệu trong các nghiệm thức thí nghiệm

Kết quả nghiên cứu

Tỷ lệ sống và sinh trưởng

Tỷ lệ sống thấp nhất (81,67% ±5,68%) được ghi nhận ở nhóm Chol 1.0 (Bảng 2). Hiệu suất tăng trưởng tăng lên khi tăng mức Chol trong khẩu phần ăn, không có sự khác biệt đáng kể giữa các nhóm Chol 2.2, Chol 2.6 và Chol 3.0 (P > 0,05). FCR của tôm ăn nhóm Chol 1.0 cao hơn đáng kể so với tôm ăn nhóm Chol 1.8–3.0 (P <0,05). Trong khi đó, chỉ số gan tụy cao nhất được quan sát thấy ở nhóm Chol 3.0 (P <0,05).

Bảng 2. Năng suất tăng trưởng của tôm khi bổ sung cholesterol trong khẩu phần đến thẻ chân trắng L. vannamei

Sinh hóa huyết tương

Sau 8 tuần cho ăn, việc bổ sung Chol trong thức ăn đã ảnh hưởng đáng kể đến các thông số sinh hóa huyết tương của tôm (P <0,05) (Bảng 3). So sánh với tôm ăn Chol 1.0 và Chol 1.4, tôm ăn Chol 2.6 và Chol 3.0 cho thấy sự gia tăng đáng kể về hàm lượng TC, HDL-C và LDL-C trong huyết tương (P <0,05). Mức TG trong nhóm Chol 1.8–3.0 cao hơn đáng kể so với nhóm Chol 1.0 (P <0,05).

Bảng 3. Các thông số sinh hóa huyết tương của tôm thẻ chân trắng L. vannamei khi bổ sung cholesterol trong khẩu phần ăn

Độ thẩm thấu và hoạt động NKA

Sau 8 tuần (Hình 1), độ thẩm thấu huyết tương ở nhóm Chol 1.0 cao hơn đáng kể so với nhóm Chol 1.8–3.0 và hoạt tính NKA của nhóm Chol 1.0 thấp hơn đáng kể so với nhóm Chol 3.0 (P <0,05). Sau khi bị stress do mặn, độ thẩm thấu giảm đáng kể sau 24 giờ và ổn định sau 72 giờ ở tất cả các nhóm. Ngoài ra, hoạt động của NKA tăng đáng kể sau khi bị nhiễm mặn ở tất cả các nhóm (P <0,05). So sánh với tôm được cho ăn Chol 1.0 và Chol 1.4, tôm được cho ăn Chol 2.6 và Chol 3.0 cho thấy sự gia tăng đáng kể hoạt động của NKA sau khi bị stress do mặn (P <0,05).

Trong thí nghiệm này, hoạt động NKA của nhóm Chol 1.0 thấp hơn đáng kể so với nhóm Chol 3.0 trước khi bị nhiễm mặn, khẳng định rằng thiếu Chol gây ra sự giảm hoạt động NKA. Điều này có thể là do sự suy giảm động học phosphoryl hóa trong enzyme NKA gây ra bởi việc xóa miền Chol (Garcia & cs., 2019). Phù hợp với các nghiên cứu trước đây, hoạt động của NKA tăng lên đáng kể sau khi giảm độ mặn và tăng lên khi tăng cường Chol trong chế độ ăn, chứng tỏ rằng Chol có thể tăng cường hoạt động của NKA và khả năng chống chịu mặn của tôm.

Trong nghiên cứu này, độ thẩm thấu của tôm trong nhóm Chol 1.0 khác biệt đáng kể so với nhóm Chol 2.6–3.0 trước và sau khi bị nhiễm mặn. Có thể đưa ra hai cách giải thích cho sự khác biệt này: 1) cấu trúc của màng sinh chất trong nhóm Chol 1.0 không ổn định và thậm chí bị vỡ sau khi bị nhiễm mặn cấp tính, dẫn đến tăng tính thấm đối với các ion vô cơ; 2) NKA trong các nhóm Chol thấp không thể hấp thu hiệu quả Na+ từ môi trường và vận chuyển ngược lại gradient nồng độ của nó vào trong tan máu (Chen & cs., 2022).

Hình 1: Độ thẩm thấu và hoạt động NKA khi bổ sung cholesterol trong khẩu phần ăn của tôm thẻ chân trắng

Chỉ số chống oxy hóa

Theo Hình 2, sau 8 tuần cho ăn, nhóm Chol 2.6 và Chol 3.0 lần lượt có hoạt tính T-AOC và SOD cao nhất, cao hơn đáng kể so với nhóm cho ăn Chol 1.0–1.4 (P <0,05). Sau khi bị stress do sốc độ mặn trong 72 giờ, hàm lượng T-AOC và GSH giảm đáng kể trong nhóm Chol 1.0–1.4 và hoạt tính SOD tăng đáng kể trong nhóm Chol 2.2–3.0 (P <0,05). SOD và T-AOC tăng lên cùng với lượng Chol trong chế độ ăn tăng lên, cho thấy Chol làm tăng hệ thống bảo vệ chống oxy hóa bằng enzyme của tôm trong điều kiện độ mặn phù hợp. Sau khi bị stress do mặn, T-AOC tăng lên đầu tiên và dần dần phục hồi về mức trước khi bị stress sau 144 giờ ở các nhóm Chol cao (Chol 2.2, Chol 2.6 và Chol 3.0), trong khi nó giảm liên tục ở các nhóm Chol thấp (Chol 1.0, Chol 1.4 và Chol 1.4 và Chol 1.8). Trong khi đó, hoạt động SOD chỉ tăng đáng kể ở các nhóm Chol cao.

Kết quả của hệ thống chống oxy hóa enzyme (T-AOC và SOD) cho thấy rằng Chol giúp tôm hấp thụ ROS thông qua hệ thống chống oxy hóa và tăng cường khả năng chống lại sự giảm độ mặn đột ngột. Trong khi đó, hàm lượng GSH giảm chỉ được quan sát thấy ở các nhóm Chol thấp, cho thấy rằng Chol trong chế độ ăn uống bảo vệ chống lại sự suy giảm GSH do căng thẳng do độ mặn gây ra ở tôm. Cùng với nhau, Chol đã tăng cường khả năng chịu mặn ở tôm thẻ chân trắng bằng cách kích hoạt các tác động kết hợp của hệ thống phòng thủ chống oxy hóa bằng enzyme và phi enzyme.

Hình 2. Ảnh hưởng của cholesterol trong thức ăn đối với các chỉ số chống oxy hóa trong gan tụy của tôm thẻ chân trắng trước và sau khi bị gây sốc độ mặn.

Đáp ứng miễn dịch

Sau 8 tuần (Hình 3), THC và PA trong nhóm Chol 2.6, cũng như AB trong nhóm Chol 2.2 cao hơn đáng kể so với nhóm Chol 1.0 (P <0,05). So sánh với tôm được cho ăn Chol 1.0, biểu hiện của Toll và Dorsal tăng đáng kể và TNF-α giảm đáng kể ở nhóm Chol 2.6 (P <0,05). Sau khi bị gây sốc độ mặn, phản ứng miễn dịch của tôm có xu hướng giảm ở 24–72 giờ và dần phục hồi Vào 144 giờ, THC, PA và AB ở nhóm Chol 2.6 và Chol 3.0 cao hơn đáng kể so với nhóm Chol 1.0 (P <0,05) . Trong khi đó, biểu hiện của Pen, TNF-α và Hsp70 ở nhóm Chol 2.6–3.0 thấp hơn đáng kể so với nhóm Chol 1.0 (P < 0,05). Nghiên cứu hiện tại cho thấy THC, PA và biểu hiện của Toll đều tăng ở tôm trong nhóm Chol 2.6, xác nhận rằng cả miễn dịch tế bào và miễn dịch dịch thể đều được tăng cường nhờ bổ sung Chol. Sau khi gây sốc độ mặn, sự suy giảm miễn dịch rõ ràng đã được quan sát thấy ở tôm thuộc tất cả các nhóm, điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây (Zhou & cs., 2020)

Hình 3. Sơ đồ nhiệt về ảnh hưởng của cholesterol trong thức ăn đối với khả năng miễn dịch không đặc hiệu của tôm thẻ chân trắng trước và sau khi bị stress do mặn.

(Vòng tròn màu đỏ và lớn: chỉ số tăng, màu xanh lá cây và quá trình nhỏ: chỉ số giảm) 

Quan điểm

Tóm lại, bổ sung Chol trong thức ăn với hàm lượng 2,2 g/kg có thể đáp ứng yêu cầu tăng trưởng của tôm thẻ chân trắng và hàm lượng 2,6–3,0 g/kg có thể cải thiện khả năng chống chịu stress do sốc độ mặn. Chol có thể trực tiếp tăng cường hoạt động NKA. Bên cạnh đó, Chol trong khẩu phần 2,6–3,0 g/kg có thể cải thiện khả năng chống oxy hóa bằng enzym để giảm bớt hiệu quả tổn thương đại phân tử do độ mặn gây ra. Tóm lại, nghiên cứu này nhấn mạnh sự đóng góp của Chol như một chất dinh dưỡng thiết yếu để cải thiện khả năng chống chịu stress của tôm.

Ths. Chinh Lê

Học viện Nông nghiệp Việt Nam