[Người Nuôi Tôm] – Nhiệt độ nước giảm thấp là yếu tố gây stress nghiêm trọng trong nuôi tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei), ức chế miễn dịch và rối loạn sinh lý. Tôm ngừng ăn dưới 18°C và có thể chết khi nhiệt độ dưới 12°C. Hiểu các cơ chế phân tử trong huyết tương tôm khi gặp stress nhiệt độ thấp là cần thiết để cải thiện sức khỏe tôm.

Nhiệt độ nước giảm thấp là yếu tố gây stress nghiêm trọng trong nuôi tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei)

 

Thiết lập nghiên cứu

Nghiên cứu được tiến hành tại Trung tâm Trình diễn Quốc gia về Giáo dục Khoa học Thủy sản Thực nghiệm, Đại học Hải dương Thượng Hải (Trung Quốc). Tôm thẻ chân trắng (P. vannamei) khỏe mạnh, có trọng lượng trung bình 9,06 ± 0,23 g và chiều dài 10,0 ± 0,4 cm, được lấy từ Viện Hải dương học và Thủy sản Nam Thông (Giang Tô, Trung Quốc). Trước thí nghiệm, tôm được nuôi lưu trong bể trong nhà trong bảy ngày. Tổng cộng 300 con tôm được chọn ngẫu nhiên, chia vào ba bể PVC 1.000 lít (ba lần lặp lại), và được thích nghi môi trường trong hai ngày.

Thí nghiệm bắt đầu ở 24°C (đối chứng, CK), sau đó nhiệt độ được hạ tự động với tốc độ 2°C mỗi hai giờ cho đến khi đạt các mức nhiệt định sẵn (22, 20, 18, 16, 14 và 12°C). Khi đạt mỗi mức nhiệt, hệ thống làm lạnh tạm dừng và duy trì ổn định trong 22 giờ. Các điểm nhiệt độ dùng cho lấy mẫu gồm: 24°C (CK), 20°C (T1), 18°C (T2), 14°C (T3) và 12°C (T4). Tôm được lấy ngẫu nhiên tại từng điểm và gây mê nhanh bằng đá trong 10 – 15 giây. Huyết tương tôm được thu tại mỗi điểm nhiệt độ và xử lý ngay để phân tích sinh lý. Quy trình tổng quát được minh họa trong Hình 1.

Hình 1: Quy trình thí nghiệm. Kiểm tra đối chứng (CK/24 độ C), nhóm xử lý 1 (T1/20 độ C), nhóm xử lý 2 (T2/18 độ C), nhóm xử lý 3 (T3/14 độ C), nhóm xử lý 4 (T4/12 độ C). (A): Sau khi thích nghi, nhiệt độ ban đầu của thí nghiệm là 24 độ C, và các mẫu thu được ở nhiệt độ này được gọi là CK (nhóm đối chứng) trước khi làm mát. Nhiệt độ của mỗi thùng được làm mát tự động bằng máy làm mát với tốc độ 2 độ C/2 giờ, quá trình làm mát dừng lại khi nhiệt độ nước đạt đến nhiệt độ định trước (22, 20, 18, 16, 14 và 12 độ C) và duy trì ổn định trong 22 giờ, sau đó tiến hành lấy mẫu. (B): Sau khi ly tâm, huyết thanh từ ba con tôm trong mỗi trống được thu thập tại CK, T1, T2, T3 và T4 để phân tích sinh lý, và tế bào máu và huyết tương từ sáu con tôm trong mỗi trống được thu thập tại CK, T2 và T4 để phân tích omics.

 

Kết quả và thảo luận

Nhìn chung, kết quả nghiên cứu chỉ ra căng thẳng lạnh có thể gây ra những thay đổi đáng kể trong hoạt động của enzyme, biểu hiện gen và mức độ sản phẩm trao đổi chất ở tôm thẻ chân trắng (Hình 2).

Hình 2: Cơ chế điều hòa tiềm năng của tôm thẻ chân trắng (P. vannamei) dưới tác động của stress lạnh. CK (24 độ C), T2 (18 độ C) và T4 (12 độ C). Chuyển thể từ bản gốc.

 

Ở giáp xác, huyết tương không chỉ đảm nhiệm chức năng vận chuyển dinh dưỡng, chất thải, hormone và neuropeptide mà còn đóng vai trò then chốt trong các phản ứng miễn dịch. Vì vậy, duy trì trạng thái cân bằng huyết tương là điều kiện thiết yếu để đảm bảo sức khỏe của động vật. Khi nhiệt độ giảm, sự biến đổi trong nồng độ các chất chuyển hóa có thể chịu ảnh hưởng trực tiếp từ thay đổi biểu hiện gen; đồng thời, bản thân các chất chuyển hóa cũng có thể điều chỉnh lại hoạt động gen thông qua cơ chế phản hồi. Việc tăng hoặc giảm điều hòa một số gen dưới tác động của nhiệt độ thấp có thể kích hoạt hoặc ức chế các con đường chuyển hóa tương ứng, dẫn đến tăng hoặc giảm các chất chuyển hóa liên quan, từ đó tạo thành vòng tương tác hai chiều giữa hệ gen và hệ chuyển hóa.

Dưới áp lực lạnh kéo dài, cơ thể tôm có xu hướng chuyển sang ưu tiên bảo tồn năng lượng. Phân tích phiên mã cho thấy con đường tân tạo glucose – vốn đảm nhiệm vai trò quan trọng trong việc tổng hợp glucose từ các nguồn carbon không phải carbohydrate bị ức chế mạnh trong tế bào máu. Biểu hiện của hai enzyme trọng yếu trong con đường này giảm rõ rệt, cho thấy khả năng tổng hợp glucose bị hạn chế đáng kể khi tôm chịu lạnh.

Stress lạnh cũng gây xáo trộn rõ rệt trong chuyển hóa axit amin. Dữ liệu chuyển hóa ghi nhận sự thay đổi lớn ở nhiều chất chuyển hóa thuộc các con đường này, phản ánh việc tôm chuyển sang sử dụng axit amin như một nguồn năng lượng thay thế khi quá trình sử dụng carbohydrate bị cản trở. Song song đó, các axit amin thiết yếu cho tăng trưởng và các chức năng sinh lý chuyên biệt lại có xu hướng giảm, tiềm ẩn nguy cơ ảnh hưởng đến tăng trưởng, phát triển và miễn dịch. Ngược lại, một số axit amin như alanine, proline, D – ornithine và L – glutamine lại tăng mạnh khi nhiệt độ giảm.

Sự tích lũy proline và alanine là cơ chế thích nghi phổ biến ở nhiều loài không xương sống, đặc biệt là tôm thẻ chân trắng khi đối mặt với stress lạnh. Proline giúp bảo vệ tế bào, duy trì cân bằng thẩm thấu và chống oxy hóa, đồng thời là nguồn năng lượng khi chuyển hóa thành alanine. Nghiên cứu cho thấy nồng độ proline tăng cao giúp tôm chịu lạnh tốt hơn, ổn định thẩm thấu và duy trì năng lượng tế bào. Bên cạnh đó, triglyceride (TG) giảm đáng kể trong huyết thanh tôm khi nhiệt độ giảm, cho thấy tôm đã điều chỉnh chuyển hóa lipid để cung cấp năng lượng trong điều kiện khắc nghiệt.

Stress lạnh ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa nucleotide, gây rối loạn năng lượng và làm giảm khả năng tổng hợp RNA, DNA. Điều này tác động tiêu cực đến nhiều hoạt động sinh lý của tôm. Khi nhiệt độ xuống thấp, tốc độ trao đổi chất bị giảm kéo theo sự suy yếu của hệ miễn dịch. Hệ miễn dịch của tôm có thể bị kích hoạt bởi stress oxy hóa. Tuy nhiên, hoạt động của các enzyme miễn dịch quan trọng như AKP và ACP lại giảm rõ rệt dưới stress lạnh. Điều này cho thấy hàng rào miễn dịch không đặc hiệu bị tổn thương và cơ thể trở nên dễ bị tấn công hơn bởi các tác nhân gây bệnh. Phân tích phiên mã cũng ghi nhận sự giảm biểu hiện của nhiều gen liên quan đến miễn dịch, làm suy yếu khả năng nhận diện và đáp ứng miễn dịch.

Tổng hợp lại, stress lạnh gây ra chuỗi biến đổi đa tầng, từ gen, enzyme đến chất chuyển hóa, dẫn đến rối loạn chuyển hóa năng lượng, suy giảm chức năng chống oxy hóa và ức chế miễn dịch ở tôm thẻ chân trắng (P. vannamei). Đây là nguyên nhân quan trọng khiến tôm dễ bị tổn thương hơn khi môi trường nuôi xuất hiện các đợt lạnh kéo dài.

Vũ An (Theo Global Seafood)