Các loài vi khuẩn đường ruột tôm có khả năng chống lại Vibrio

Thứ Hai, 21 Tháng Mười 2024

[Người Nuôi Tôm] – Thay vì sử dụng kháng sinh, việc xây dựng cộng đồng vi sinh vật tổng hợp (SynCom) từ các loài vi khuẩn bản địa có khả năng kháng bệnh đang được xem là một giải pháp tiềm năng, giúp tôm khỏe mạnh hơn và bền vững hơn với môi trường.

Xây dựng cộng đồng vi sinh vật tổng hợp giúp bảo vệ đường ruột tôm

Xây dựng cộng đồng vi sinh vật tổng hợp giúp bảo vệ đường ruột tôm

Nghiên cứu của Đại học Ninh Ba đã thành công trong việc xác định các loài vi khuẩn có lợi trong ruột tôm khỏe mạnh và xây dựng SynCom từ các loài này, mở ra hy vọng tạo ra các sản phẩm sinh học hiệu quả hơn trong nuôi trồng thủy sản.

Tỷ lệ mắc bệnh, bản sao gen PirA và các đặc điểm bệnh lý học

Sau khi nhiễm V. parahaemolyticus, tôm thể hiện ba biểu hiện khác nhau: khỏe mạnh, bệnh và hấp hối. Tôm khỏe mạnh có sức sống tốt, nội tạng đầy, trong khi tôm bệnh và tôm hấp hối lờ đờ, nội tạng teo tóp, ruột bị tổn thương. Tôm khỏe mạnh có ít gen độc lực PirA hơn và cấu trúc ruột khỏe mạnh hơn so với hai nhóm còn lại.

Hình 1. Số lượng, bản sao gen PirA và các đặc điểm bệnh lý của tôm khỏe mạnh, tôm bệnh và tôm hấp hối trong mỗi ao.
(a) Tỷ lệ; (b) Bản sao gen PirA; (c) Đặc điểm kiểu hình; (d) Các lát cắt mô học của ruột. Thanh = 1cm ở (c) và 50μm ở (d). Các giá trị biểu thị giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn (n=8). Các thanh có chữ cái khác nhau biểu thị sự khác biệt đáng kể ở mức P < 0,05 theo kiểm định t của Student. Hea: Tôm khỏe mạnh; Dis: Tôm bệnh; Mor: Tôm hấp hối.

So sánh thành phần vi sinh vật đường ruột ở tôm khỏe, bệnh và hấp hối

Phân tích cộng đồng vi khuẩn đường ruột cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa tôm khỏe mạnh, tôm bệnh và tôm hấp hối. Tôm bệnh có đa dạng sinh học vi khuẩn cao hơn và cấu trúc cộng đồng vi khuẩn khác biệt so với hai nhóm còn lại. Điều này cho thấy sự mất cân bằng vi sinh vật đường ruột có thể là một yếu tố góp phần vào tình trạng bệnh của tôm. Tình trạng loạn khuẩn đường ruột tăng dần theo mức độ nghiêm trọng của bệnh.

Cộng đồng vi khuẩn đường ruột ở tôm khỏe mạnh chủ yếu bao gồm các họ Rhodobacteraceae, Flavobacteriaceae và Demequinaceae. Tuy nhiên, ở tôm bị bệnh và hấp hối, các loài này dần bị thay thế bởi vi khuẩn thuộc họ Firmicutes và Gammaproteobacteria. Đặc biệt, ở tôm hấp hối, Rhodobacteraceae gần như hoàn toàn bị thay thế bởi Vibrio và Lactobacillus.

Ở cấp độ chi, ruột tôm khỏe mạnh chủ yếu chứa các loài thuộc Nautella, Sulfitobacter, Ruegeria, Tenacibaculum và Demequina, khi so sánh với tôm bị bệnh và hấp hối. Đáng chú ý, hầu hết các loài này cũng được làm giàu đáng kể ở tôm bệnh, so với tôm hấp hối. Mật độ tương đối của Vibrio giảm ở cả tôm khỏe mạnh và tôm bệnh, khi so với tôm hấp hối.

Các loài vi khuẩn có khả năng tham gia vào quá trình ức chế bệnh

Phân tích DESeq2 cho thấy sự khác biệt đáng kể về thành phần cộng đồng vi khuẩn đường ruột giữa các nhóm tôm. Cụ thể, các tác giả đã xác định được 7 và 41 OTU đặc trưng lần lượt cho tôm khỏe mạnh và tôm bệnh. Những OTU này có thể đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ tôm khỏi bệnh và cần được nghiên cứu sâu hơn.

Nghiên cứu phát hiện 7 OTU thuộc họ Rhodobacteraceae được làm giàu đáng kể ở tôm khỏe mạnh so với cả tôm bệnh và tôm hấp hối. Đặc biệt, 4 trong số 7 OTU này (OTU2, OTU12, OTU16, OTU34) còn được tìm thấy nhiều hơn ở tôm khỏe mạnh. Ngoài ra, 3 OTU thuộc các họ Tenacibaculum, Xanthomarina và Demequina cũng được xác định là có liên quan đến sức khỏe của tôm. Kết quả định lượng cho thấy các OTU thuộc họ Rhodobacteraceae chiếm tỷ lệ cao nhất trong ruột tôm khỏe mạnh, đặc biệt là OTU11, OTU2 và OTU40.

Phân lập vi khuẩn từ ruột tôm để xây dựng SynComs

Để đánh giá tính probiotic tiềm năng của các loài vi khuẩn chính, các nhà nghiên cứu đã phân lập 96 chủng Rhodobacteraceae, 8 chủng Tenacibaculum và 10 chủng Demequina từ ruột tôm khỏe mạnh và tôm bị bệnh. Các chủng này được chọn dựa trên kết quả phân tích OTU. Tiến hành so sánh trình tự gen 16S rRNA, nghiên cứu đã xác định được các chủng tương ứng với 11 OTU chính, trong đó không có sự xuất hiện của chủng Xanthomarina.

Kết quả so sánh trình tự gen 16S rRNA cho thấy 8 trong số 11 OTU chính có độ tương đồng cao (>98,7%) với các chủng vi khuẩn đã được phân lập và xác định loài. Cụ thể, OTU11, OTU34 và OTU998 có độ tương đồng 100% lần lượt với S. pontiacus N2, D. globuliformis TCG4 và R. conchae MM75. Các OTU còn lại cũng có độ tương đồng cao với các chủng thuộc các chi Pseudomonas, Tenacibaculum, và Shewanella.

Vai trò bảo vệ của SynComs chống lại Vibrio parahaemolyticus

Việc bổ sung SynCom được xây dựng từ năm chủng Rhodobacteraceae đã mang lại hiệu quả tích cực trong việc cải thiện sức khỏe của tôm. Tôm được bổ sung SynComs có sức sống tốt hơn, khả năng tiêu hóa mạnh hơn và hệ tiêu hóa phát triển khỏe mạnh hơn so với nhóm đối chứng (Hình 2a).

Tỷ lệ sống sót sau thí nghiệm cảm nhiễm ở tôm đạt 79,2% trong nhóm đối chứng, trong khi nhóm bổ sung SynComs ghi nhận tỷ lệ cao hơn, từ 88,6 – 94,8%. Đặc biệt, nhóm bổ sung SynComD cho thấy tỷ lệ sống sót cao hơn đáng kể so với nhóm đối chứng sau 6 ngày nuôi (Hình 2b).

Kết quả thí nghiệm thử thách với vi khuẩn V. parahaemolyticus cho thấy việc bổ sung các SynCom đã cải thiện đáng kể khả năng kháng bệnh của tôm. Tỷ lệ sống sót của tôm trong các nhóm bổ sung SynComA, SynComB, SynComC và SynComD lần lượt tăng 29,8%, 28,8%, 32,9% và 40,1% so với nhóm đối chứng (p < 0,05) (Hình 2c).

Ngoài ra, sau khi thí nghiệm với V. parahaemolyticus, tỷ lệ tôm có triệu chứng bệnh trong nhóm đối chứng lên tới 78,0%. Trong khi đó, tỷ lệ mắc bệnh ở các nhóm bổ sung SynComA, SynComB, SynComC và SynComD đã giảm đáng kể (kiểm định t của Student p < 0,05), với các giá trị lần lượt là 48,0%, 51,3%, 45,6% và 37,1% (Hình 2d).

Những kết quả này cho thấy việc bổ sung SynCom có khả năng bảo vệ tôm một cách hiệu quả trước thí nghiệm cảm nhiễm với mầm bệnh.

Hình 2. Ảnh hưởng của các cộng đồng tổng hợp khác nhau đến đặc điểm kiểu hình, tỷ lệ sống và khả năng chống chịu nhiễm Vibrio của tôm.

(a) Đặc điểm kiểu hình. Thanh = 1 cm; (b) Tỷ lệ sống sót sau khi bổ sung cộng đồng tổng hợp trong 6 ngày; (c) Tỷ lệ sống sót sau khi nhiễm Vibrio; (d) Tỷ lệ bệnh tật sau khi nhiễm Vibrio. Các giá trị biểu thị giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn (n = 5).

Nghiên cứu đã xác định được một số loài vi khuẩn bản địa như Ruegeria, Paracoccus và Tenacibaculum đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột, cạnh tranh dinh dưỡng với các vi khuẩn gây bệnh và kích thích hệ miễn dịch của tôm. Việc bổ sung các loài vi khuẩn này vào thức ăn có thể là một giải pháp sinh học hiệu quả để phòng và điều trị các bệnh đường ruột ở tôm, góp phần giảm thiểu việc sử dụng kháng sinh trong nuôi trồng thủy sản.

ThS. Lê Xuân Chinh

Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Từ khóa