[Tạp chí Người Nuôi Tôm] – Stress lạnh có thể gây ra những thay đổi đáng kể trong hoạt động của enzyme, biểu hiện gen và mức độ trao đổi chất ở tôm thẻ chân trắng. Do vậy, tôm thể hiện cơ chế phản ứng để tăng cường khả năng chịu lạnh, điều chỉnh những thay đổi trong các gen quan trọng và chuyển hóa axit amin và lipid để tăng cung cấp năng lượng và bảo vệ sự ổn định của màng tế bào.

Stress lạnh có thể gây ra những thay đổi trong hoạt động enzyme, biểu hiện gen và mức độ trao đổi chất trên tôm thẻ chân trắng

  Thay đổi nhiệt độ nước là yếu tố gây căng thẳng phổ biến trong nuôi trồng thủy sản. Trong nuôi tôm, nhiệt độ thấp có thể ảnh hưởng đến sức khỏe tôm bằng cách ức chế hệ thống miễn dịch và phá vỡ các quá trình sinh lý. Đối với tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei), có thông tin cho rằng nó có thể phát triển bình thường ở nhiệt độ từ 25-35^oC, nhưng sẽ ngừng ăn ở nhiệt độ thấp hơn 18^oC và sẽ chết ở nhiệt độ dưới 12^oC.

Các cơ chế phân tử làm cơ sở cho sự đồng điều hòa của gen và các chất chuyển hóa trong khả năng chịu lạnh của tôm thẻ chân trắng vẫn chưa rõ ràng. Vẫn còn thiếu nghiên cứu thông qua phân tích tổng hợp về sinh lý (nghiên cứu về chức năng và cơ chế trong cơ thể sống), phiên mã (các kỹ thuật được sử dụng để nghiên cứu bản phiên mã của sinh vật, tổng của tất cả các bản phiên mã RNA của nó) và nghiên cứu chuyển hóa (nghiên cứu các quá trình hóa học liên quan đến chất chuyển hóa, sản phẩm của quá trình chuyển hóa tế bào) về cơ chế phản ứng với stress lạnh của tôm thẻ chân trắng. Vì vậy, việc hiểu một cách có hệ thống các cơ chế phân tử dựa trên tan máu của tôm thẻ chân trắng để ứng phó với stress lạnh là rất có ý nghĩa.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện tại Đại học Hải dương Thượng Hải (Thượng Hải, Trung Quốc). Tôm thẻ chân trắng khỏe mạnh (trọng lượng: 9,06 ± 0,23g, chiều dài: 10,0 ± 0,4cm) được lấy từ Viện Hải dương học và Nghề cá biển, Giang Tô, Nam Thông, Trung Quốc. Tôm được nuôi thích nghi 7 ngày trong bể trong nhà trước khi thí nghiệm.

Tổng cộng 300 con tôm được chọn ngẫu nhiên và chia vào ba bể 1.000L với ba lần lặp lại. Tất cả tôm đều được thích nghi với môi trường trong 2 ngày trước khi thí nghiệm. Nhiệt độ bắt đầu của thí nghiệm được đặt ở 24^oC (nhóm đối chứng, CK) và được làm mát tự động bằng máy làm lạnh với tốc độ 2^oC cứ sau hai giờ. Sau đó, quá trình làm mát dừng lại khi nhiệt độ nước đạt đến nhiệt độ định trước 22, 20, 18, 16, 14 và 12^oC và duy trì ổn định trong 22 giờ. Trong khoảng thời gian này, các điểm nhiệt độ này (24^oC/ CK, 20^oC/T1, 18^oC/T2, 14^oC/T3 và 12^oC/T4) được đặt làm điểm lấy mẫu. Tôm được chọn ngẫu nhiên từ mỗi điểm nhiệt độ và được gây mê nhanh chóng trên đá (10–15 giây). Các mẫu máu huyết được thu thập từ tôm tại mỗi điểm (CK, T1, T2, T3, T4) và sau đó được xử lý ngay để phân tích sinh lý. Quy trình thử nghiệm được thể hiện trong Hình 1.

Hình 1: Thiết kế thí nghiệm

Kết quả nghiên cứu

Kết quả của nghiên cứu chỉ ra rằng, stress lạnh có thể gây ra những thay đổi đáng kể trong hoạt động của enzyme, biểu hiện gen và mức độ trao đổi chất ở tôm thẻ chân trắng (Hình 2).

Hình 2: Cơ chế điều hòa tiềm năng của tôm thẻ chân trắng khi bị stress lạnh

Thay đổi hoạt động enzyme

Dưới áp lực lạnh kéo dài, phản ứng trao đổi chất của sinh vật có thể chuyển sang bảo tồn năng lượng và ưu tiên sự sống còn. Dựa trên các kết quả phiên mã, quá trình chuyển hóa gluconeogen (con đường trao đổi chất dẫn đến quá trình sinh tổng hợp glucose từ một số chất nền carbon không chứa carbohydrate) đã được điều hòa giảm đáng kể trong các tế bào máu khi bị stress lạnh. Trong nghiên cứu này, sự biểu hiện của hai enzyme chủ chốt liên quan đến quá trình tạo glucose đã được điều hòa giảm dưới áp lực lạnh, cho thấy hoạt động bị giảm, dẫn đến giảm tổng hợp glucose.

Quá trình trao đổi chất của một số axit amin dưới áp lực lạnh có thể bị thay đổi. Kết quả chỉ ra rằng, stress lạnh có tác động đáng kể đến quá trình chuyển hóa axit amin của tôm; khi việc sử dụng carbohydrate bị cản trở, nó sẽ chuyển sang sử dụng axit amin làm nguồn năng lượng. Ngoài ra, có sự sụt giảm các axit amin liên quan đến sự tăng trưởng và các chức năng cụ thể khác. Phản ứng trao đổi chất này có thể ảnh hưởng đến sức khỏe tổng thể và quá trình sinh lý của tôm, bao gồm cả sự tăng trưởng, phát triển và chức năng miễn dịch. Ngoài ra, một số axit amin khác như alanine, proline, D-ornithine và L-glutamine cũng tăng lên đáng kể khi nhiệt độ giảm trong nghiên cứu của chúng tôi.

Sự giảm nồng độ arginine đi kèm với sự gia tăng đáng kể nồng độ của các axit amin khác cho thấy, một số axit amin bị phân hủy để tạo ra nhiều proline hơn dưới áp lực lạnh, điều này có thể cải thiện khả năng chịu đựng của sinh vật ở nhiệt độ thấp thông qua các cơ chế như bảo vệ thẩm thấu, chống oxy hóa và chuyển hóa năng lượng. Đây có thể là một trong những cơ chế quan trọng giúp sinh vật cải thiện khả năng chống chịu lạnh.

Ngoài ra, trong nghiên cứu còn cho thấy sự tích tụ các axit amin như proline, alanine và các axit amin khác khi bị stress lạnh đã góp phần nâng cao khả năng chịu nhiệt độ thấp của tôm thẻ chân trắng thông qua các cơ chế bao gồm bảo vệ thẩm thấu, chống oxy hóa, chuyển hóa năng lượng và giảm tổn thương do stress oxy hóa. Những kết quả này tiết lộ thêm rằng axit amin là nguồn năng lượng chính trong phản ứng của tôm thẻ chân trắng trước stress lạnh.

Phản ứng căng thẳng và rối loạn chuyển hóa

Về tác động của stress lạnh lên quá trình chuyển hóa lipid, lipid là một trong những nguồn năng lượng dễ dàng thu được nhất, chất béo trung tính (TG) phân hủy thành glycerol và axit béo để cung cấp năng lượng. Nghiên cứu quan sát thấy, nồng độ TG trong huyết thanh của tôm thẻ chân trắng giảm đáng kể khi bị stress ở nhiệt độ thấp, cho thấy TG được tiêu thụ để cung cấp năng lượng. Tôm thẻ chân trắng đã điều chỉnh chuyển hóa lipid để đáp ứng với stress lạnh, tăng sản xuất năng lượng để duy trì cân bằng nội môi năng lượng tế bào dưới áp lực nhiệt độ thấp.

Về những thay đổi do stress lạnh gây ra đối với quá trình chuyển hóa nucleotide, những thay đổi được ghi nhận trong nghiên cứu cho thấy, stress lạnh có thể dẫn đến rối loạn chuyển hóa nucleotide, tác động tiêu cực đến năng lượng, trao đổi chất, truyền tín hiệu và khả năng tổng hợp nucleotide. Hoạt động của AKP và ACP giảm đáng kể sau khi bị stress nhiệt độ thấp, stress lạnh đã làm hỏng hàng rào miễn dịch không đặc hiệu của sinh vật và làm tổn hại hệ thống miễn dịch của tôm thẻ chân trắng.

Phân tích hệ phiên mã cho thấy sự biểu hiện của một số gen nhất định đã được điều hòa ở mức độ thấp ở tôm thẻ chân trắng dưới áp lực nhiệt độ thấp. Dưới áp lực lạnh, sự điều hòa giảm của các gen này ở tôm thẻ chân trắng đã làm suy yếu hệ thống phòng thủ và nhận biết miễn dịch. Tóm lại, stress lạnh gây ra phản ứng căng thẳng và rối loạn chuyển hóa ở tôm, phá vỡ hệ thống chống oxy hóa và dẫn đến ức chế miễn dịch.

Quan điểm

Stress lạnh có thể gây ra những thay đổi trong hoạt động của enzyme, biểu hiện gen và mức độ trao đổi chất ở tôm thẻ chân trắng. Kết quả của nghiên cứu này cung cấp một số hiểu biết quan trọng về cơ chế phân tử thích ứng với thời tiết lạnh ở tôm thẻ chân trắng và các chiến lược tiềm năng để tăng khả năng chịu lạnh của tôm, đây là tài liệu tham khảo quan trọng để nghiên cứu phản ứng với stress lạnh của tôm.

Hảo Mai (Theo Globalseafood)