[Người Nuôi Tôm] – Để ngăn ngừa và điều trị bệnh hoại tử cơ ở tôm, cần hiểu rõ cơ chế tương tác giữa virus gây hoại tử cơ (IMNV) và tôm, đặc biệt là vai trò của vỏ capsid và phản ứng miễn dịch của vật chủ.

Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng, để hiểu rõ cơ chế gây bệnh của virus IMNV, chúng ta cần xem xét cả cấu trúc của virus và phản ứng của tôm. Cấu trúc vỏ ngoài và các protein bên trong virus đóng vai trò quan trọng trong quá trình xâm nhập và gây bệnh ở tôm. Đồng thời, tôm cũng kích hoạt hệ thống miễn dịch để chống lại virus, thể hiện qua các phản ứng như giảm số lượng tế bào máu, tăng apoptosis và sản xuất các chất chống oxy hóa. Đặc biệt, việc phát hiện ra thụ thể laminin trên tôm đã mở ra một hướng nghiên cứu mới, đó là ngăn chặn sự tương tác giữa virus và thụ thể này để giảm thiểu khả năng nhiễm bệnh.

Đại học Hải dương Thượng Hải đã tiến hành một nghiên cứu sâu rộng để tìm hiểu những thay đổi diễn ra bên trong cơ thể tôm thẻ chân trắng khi bị nhiễm virus IMNV. Bằng cách phân tích toàn bộ các gen được biểu hiện ở các thời điểm khác nhau sau khi nhiễm bệnh (30, 60 và 90 ngày), các nhà khoa học đã tìm kiếm những gen đóng vai trò quan trọng trong quá trình chống lại virus. Nghiên cứu này không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cơ chế gây bệnh của IMNV mà còn mở ra hướng đi mới để phát triển các phương pháp điều trị hiệu quả hơn.

Các mẫu tôm (dài 10±1 cm, nặng 36 g) được sàng lọc mầm bệnh bằng PCR theo giao thức của Shen và cộng sự (2022) để phát hiện các virus như WSSV, YHV, AHPND, IHHNV, EHP, TSV và IMNV, chỉ sử dụng tôm không có mầm bệnh. Thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ 25±0,5°C, pH 7,6±0,1 và độ mặn 22‰. Sau 24 giờ nhịn đói, 300 con tôm được chia thành hai nhóm: nhóm thử nghiệm (INF) ăn mô tôm nhiễm IMNV (5% trọng lượng cơ thể) và nhóm đối chứng âm tính (HEL) ăn mô tôm khỏe mạnh, mỗi nhóm có ba lần lặp lại với 50 cá thể. Tôm trong nhóm thử nghiệm được nuôi riêng và cho ăn mô nhiễm trong hai ngày, với điều kiện nuôi ổn định suốt thời gian thử nghiệm.

Vào các thời điểm 30, 60 và 90 ngày sau khi nhiễm (giai đoạn IE, IM và IP), 10 con tôm ngẫu nhiên từ mỗi lặp lại được lấy mẫu dựa trên hiện tượng trắng cơ. Mẫu cơ được cắt, bảo quản vô trùng và RNA được chiết xuất. PCR xác minh nhiễm IMNV, sau đó là phân tích qPCR để đánh giá tải lượng virus. Kết quả cho thấy tải lượng virus cao nhất ở giai đoạn IE, tiếp theo là IM, và thấp nhất ở giai đoạn IP. Các mẫu được bảo quản ở −80°C để phân tích tiếp theo.

Hình 1. Biểu đồ thanh về tải lượng nhiễm IMNV

 

Kết quả

Giải trình tự dữ liệu phiên mã và kiểm soát chất lượng

Kết quả phân tích cho thấy chất lượng dữ liệu phiên mã của cơ tôm rất cao, với tỷ lệ đọc sạch đạt 98,21% cho chất lượng ≥Q20 và 94,75% cho chất lượng ≥Q30. Hàm lượng GC trung bình đạt 51,05%.

 

Phân tích mối quan hệ mẫu

Phân tích thành phần chính (PCA) cho thấy sự phân hóa rõ rệt trong biểu hiện gen của tôm thẻ chân trắng qua các giai đoạn nhiễm IMNV. Các mẫu ở giai đoạn nhiễm sớm (IE), trung (IM) và muộn (IP) tạo thành các cụm riêng biệt, phản ánh sự tiến triển của bệnh. Giai đoạn IE thể hiện sự thay đổi ban đầu so với tôm khỏe mạnh, trong khi giai đoạn IP có sự khác biệt lớn nhất. Điều này cho thấy nhiễm IMNV gây ra những thay đổi sâu sắc trong biểu hiện gen của tôm, đặc biệt ở các giai đoạn sau.

 

Xác định và phân tích DEG

Nghiên cứu đã sử dụng công cụ phân tích sinh học DESeq2 để so sánh biểu hiện gen giữa tôm khỏe mạnh và tôm bị nhiễm virus IMNV ở các giai đoạn khác nhau. Kết quả cho thấy có sự thay đổi đáng kể trong biểu hiện gen của tôm khi bị nhiễm bệnh. Cụ thể, hàng trăm gen đã được xác định là biểu hiện khác biệt giữa các nhóm so sánh, cho thấy sự đáp ứng phức tạp của tôm đối với virus.

Phân tích sâu hơn cho thấy các gen biểu hiện khác biệt phân bố không đồng đều giữa các giai đoạn nhiễm. Ở giai đoạn nhiễm sớm, tôm đã có những phản ứng ban đầu để chống lại virus. Tuy nhiên, khi bệnh tiến triển, biểu hiện gen của tôm thay đổi đáng kể, phản ánh sự thích nghi của cả virus và vật chủ. Điều đáng chú ý là một số gen được biểu hiện khác biệt chung ở tất cả các giai đoạn nhiễm, cho thấy những con đường sinh học quan trọng liên quan đến quá trình nhiễm bệnh.

 

Phân tích làm giàu GO và KEGG của DEG

Phân tích chức năng GO cho thấy khi tôm nhiễm virus IMNV, các gen liên quan đến hệ thống miễn dịch hoạt động mạnh mẽ, kích hoạt các quá trình sinh học như chuyển hóa, sinh tổng hợp và các quá trình tế bào. Các hoạt động phân tử như liên kết và xúc tác cũng tăng cường, phản ánh sự tương tác phức tạp trong tế bào. Ở giai đoạn nhiễm sớm, quá trình đông máu và cầm máu bị ức chế, dẫn đến viêm và tổn thương mô. Ngược lại, ở các giai đoạn sau, các hoạt động sửa chữa tổn thương như liên kết kitin và hoạt động hydrolase gia tăng, cho thấy tôm đang nỗ lực loại bỏ tế bào bị tổn thương và protein virus để bảo vệ cơ thể.

Phân tích chức năng KEGG cho thấy các quá trình sinh học trong tế bào tôm bị nhiễm virus IMNV. Khi virus xâm nhập, tôm nhanh chóng kích hoạt các con đường chuyển hóa và truyền tín hiệu. Ở giai đoạn nhiễm sớm, quá trình chuyển hóa năng lượng và cơ chế truyền tín hiệu hoạt động mạnh mẽ, phản ánh phản ứng nhanh chóng của tôm. Khi bệnh tiến triển sang giai đoạn trung bình, các thay đổi trong chuyển hóa đạt đỉnh, điều chỉnh các con đường chuyển hóa chính để cung cấp năng lượng và chất cần thiết cho việc chống nhiễm trùng, đồng thời kích hoạt các mạng lưới truyền tín hiệu phức tạp để điều hòa phản ứng miễn dịch. Ở giai đoạn nhiễm muộn, mặc dù một số con đường chuyển hóa giảm hoạt động, nhưng các con đường liên quan đến miễn dịch và quá trình chết tế bào vẫn duy trì ở mức cao. Điều này cho thấy tôm tiếp tục chống lại virus và sửa chữa tổn thương tế bào. Sự kích hoạt quá trình chết tế bào theo chương trình trong giai đoạn này có thể là cơ chế để loại bỏ tế bào bị nhiễm và ngăn chặn sự lây lan của virus.

 

Phân tích xu hướng của DEG

Để khám phá sự thay đổi biểu hiện gen của tôm trong quá trình nhiễm virus IMNV, các nhà khoa học đã áp dụng phương pháp phân tích chuỗi thời gian. Kết quả cho thấy một nhóm gen đặc biệt có vai trò quan trọng trong việc giúp tôm chống lại virus. Nhóm gen này liên quan đến quá trình glycosyl hóa, giúp sửa chữa các tế bào bị tổn thương. Ngoài ra, các gen liên quan đến lưới nội chất cũng được kích hoạt mạnh mẽ, cho thấy tế bào tôm đang cố gắng thích nghi với sự tấn công của virus.

Các gen trong cụm 7 ban đầu hoạt động yếu, sau đó tăng mạnh và đạt đỉnh điểm ở giai đoạn cuối nhiễm bệnh. Các gen này giúp tôm tăng cường sản xuất protein và sửa chữa DNA, giúp cơ thể chống lại virus hiệu quả.

Các gen trong cụm 2 ban đầu rất hoạt động ở giai đoạn nhiễm sớm, sau đó giảm dần rồi lại tăng lên ở giai đoạn muộn. Chúng có vai trò quan trọng trong việc tương tác giữa protein và axit nucleic, giúp tế bào tôm chống lại virus và phục hồi.

 

Kết luận

Nghiên cứu này đã hé lộ những tương tác phức tạp giữa virus IMNV và tôm. Virus sử dụng nhiều chiến lược để xâm nhập và lợi dụng tế bào vật chủ, trong khi tôm chủ động phản ứng bằng cách điều chỉnh hệ thống miễn dịch và các quá trình chuyển hóa. Những phát hiện này không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cơ chế gây bệnh của IMNV mà còn mở ra hướng đi mới để phát triển các phương pháp điều trị hiệu quả. Việc tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các mạng lưới và con đường phân tử liên quan sẽ góp phần quan trọng trong việc kiểm soát và phòng ngừa IMNV trên tôm nuôi.

Xuân Chinh