English
Điều chỉnh hệ vi sinh vật trong gan tụy tôm bị nhiễm EHP
Theo phân tích biểu hiện khác biệt giữa các đơn vị phân loại ở vi khuẩn (P <0,05), số lượng các đơn vị phân loại biểu hiện khác biệt cao hơn ở giai đoạn đầu (59 đơn vị) so với giai đoạn phát triển và giai đoạn muộn (tương ứng là 2 và 6 đơn vị). Các chi Pseudomonas, Comamonas và Agrobacterium có liên quan nhiều đến giai đoạn đầu của bệnh (P <0,05), lớp Actinobacteria liên quan đến giai đoạn phát triển (P <0,05), và các chi Leadbetterella, Aquimarina và Vibrio đến giai đoạn cuối của bệnh (P <0,05) (Hình 5A). Các vi khuẩn biểu hiện khác nhau (P <0,05) ở các giai đoạn bệnh khác nhau là khác nhau về mặt phát sinh loài giữa các giai đoạn bệnh (Hình 5B). Trong lĩnh vực nấm, chi Komagataella có liên quan đến giai đoạn đầu (P <0,05), các chi Naganisha và Alternaria liên quan đến giai đoạn phát triển (P <0,05) trong khi chi Malassezia liên quan đến giai đoạn cuối của bệnh (P < 0,05) (Hình 5C). Các loại nấm ở các giai đoạn bệnh khác nhau không được phân nhóm bằng phân tích phát sinh loài (Hình 5). Một số chi vi khuẩn và nấm có thể được tìm thấy trong các giai đoạn bệnh khác nhau, nhưng sự phong phú của chúng có liên quan đến giai đoạn bệnh.
Hình 5: Kết quả LEfSe cho các đơn vị phân loại tôm phong phú ở giai đoạn đầu, phát triển ở giai đoạn cuối của bệnh. Các đơn vị phân loại biểu thị khác biệt được hiển thị cùng với bản đồ nhiệt và đồ thị cladogram cho vi khuẩn (A, B) và nấm (C, D), tương ứng. Các đơn vị phân loại biểu hiện khác biệt được thể hiện dưới dạng điểm số LDA log10 cho mỗi phân loại bệnh. Bản đồ nhiệt sử dụng mức độ phong phú tương đối đã biến đổi Log2 được sử dụng để phân nhóm (trục x) các chi theo giai đoạn bệnh (giai đoạn đầu có màu xanh lá cây, giai đoạn phát triển màu đỏ và giai đoạn cuối có màu xanh lam). Các ô vuông màu đỏ làm nổi bật các đơn vị phân loại được biểu hiện khác nhau trong từng giai đoạn bệnh. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ phát sinh loài giữa các vi sinh vật được phát hiện ở các giai đoạn bệnh khác nhau và được đánh dấu bằng chữ cái in đậm để xác định vị trí tên của đơn vị phân loại trong biểu đồ điểm LDA log10. Màu của bản đồ nhiệt có phạm vi từ màu cam đối với vi sinh vật có lượng vi sinh vật phong phú thấp (<1%) đến màu xanh đối với vi sinh vật có lượng vi sinh vật phong phú cao (1–90%). 30 đơn vị phân loại được đại diện quá mức được hiển thị. Các chữ cái p- (phyla), c- (class), o- (order), f- (family) và g- (genera) ở phía bên trái của tên đơn vị phân loại đại diện cho cấp nhóm. Đối với nấm, một nhóm phụ của giai đoạn bệnh được sử dụng: đối chứng và D2I từ giai đoạn đầu, D3E và D4L cho giai đoạn phát triển và D5L cho giai đoạn cuối. Đối với nấm, các phân nhóm của giai đoạn bệnh được sử dụng: đối chứng, D1N, D2N, D2I cho giai đoạn đầu, D3E D3L, D4E và D4L cho giai đoạn phát triển và D5E và D5L cho giai đoạn cuối.
Sự phong phú và đa dạng của vi khuẩn
Sự đa dạng alpha được đánh giá bằng chỉ số Simpson và chỉ số Shannon về mức độ đa dạng và OTU được quan sát về mức độ phong phú. Đối với vi khuẩn, chỉ số đa dạng trong gan tụy của tôm cao ở tất cả các giai đoạn bệnh (Hình 6A), trong khi ở nấm, chỉ số đa dạng lại thấp (Hình 6B). Sự khác biệt không mang tính thống kê được tìm thấy giữa giai đoạn bệnh ở vi khuẩn và nấm bằng cách sử dụng chỉ số Simpson (P = 0,15, P = 0,77), chỉ số Shannon (P = 0,12, P = 0,71) và OTU (P = 0,17, P = 0,09), tương ứng. Tuy nhiên, ở vi khuẩn, mức độ đa dạng cao hơn được ghi nhận ở giai đoạn đầu và đa dạng thấp hơn ở giai đoạn cuối. Ngược lại, ở nấm, chúng tôi quan sát thấy một mô hình nghịch đảo so với vi khuẩn.
Hình 6: Ô hộp gồm ba chỉ số alpha khác nhau và ô PCoA của chỉ số beta. Chỉ số Alpha được đánh giá bằng chỉ số Simpson và Shannon và quan sát các OTU đối với (A) vi khuẩn và (B) nấm. Chỉ số beta được hiển thị bằng PCoA và phân nhóm theo thứ bậc về mối tương quan của Pearson đối với vi khuẩn (C) và (D) nấm ở các giai đoạn bệnh khác nhau. Các màu xanh lá cây (sớm), đỏ (phát triển) và xanh lam (muộn) đại diện cho các nhóm sinh vật ở các giai đoạn bệnh khác nhau.
Ở cả vi khuẩn và nấm, sự đa dạng beta được vẽ trong đồ họa PCoA đã tách các sinh vật thành hai nhóm khác nhau (P <0,05). Tôm ở giai đoạn đầu của bệnh được tách ra khỏi tôm ở giai đoạn tang trưởng và giai đoạn cuối. Sự ngưng kết tương tự đã được hình dung trong bản sao phân cụm theo mối tương quan của Pearson (Hình 6C, D). Trong một số trường hợp, các sinh vật từ giai đoạn phát triển có mức nhiễm thấp nhất được xếp vào nhóm với các sinh vật ở giai đoạn đầu. Trong khi một số sinh vật từ giai đoạn đầu có cấp độ nhiễm bệnh cao (I2 và I4) được xếp chung nhóm với các sinh vật ở giai đoạn phát triển (Hình 6C, D).
Xác định chức năng của hệ vi sinh vật
Kết quả tích hợp LEfSe và PICRUSt cho thấy sự thay đổi đáng kể (P <0,05) trong chức năng của hệ vi sinh vật giữa các giai đoạn bệnh. Nhìn chung, chúng tôi đã quan sát thấy sự thay đổi từ hệ vi sinh vật gan tụy khỏe mạnh sang hệ vi sinh vật gây bệnh. Chức năng hệ vi sinh vật của vi khuẩn ở giai đoạn đầu của bệnh (P <0,05) chủ yếu liên quan đến chất vận chuyển màng, sinh tổng hợp axit béo và các con đường trao đổi chất khác liên quan đến việc thu nhận chất dinh dưỡng (Hình 7A). Điều này rất giống với các chức năng dự đoán của hệ vi sinh vật của nấm ở giai đoạn đầu (chất vận chuyển ABC, protein sinh tổng hợp lipid) (Hình 7B).
Hình 7: Sự khác biệt của các con đường trao đổi chất KEGG phong phú giữa các giai đoạn bệnh. Biểu đồ cho thấy các chức năng dự đoán của hệ vi sinh vật theo (A) vi khuẩn và (B) nấm được tìm thấy ở giai đoạn đầu (E; xanh lá cây), phát triển (D; đỏ) và muộn (L; xanh lam) của bệnh. Biểu đồ tròn hiển thị điểm LDA log10 (1–4) của các con đường trao đổi chất KEGG phong phú. Đối với nấm, các phân nhóm của giai đoạn bệnh được sử dụng: đối chứng, D1N, D2N, D2I cho giai đoạn đầu, D3E, D3L, D4E và D4L cho giai đoạn phát triển và D5E và D5L cho giai đoạn cuối.
Trong giai đoạn phát triển, mặc dù hệ vi sinh vật của tôm vẫn liên quan một phần đến chức năng dinh dưỡng, một số con đường liên quan đến quá trình phiên mã của vi khuẩn (ví dụ: quá trình sinh tổng hợp ribosome và aminoacyl tRNA) trong nhóm vi khuẩn (Hình 7A) và sản xuất độc tố vi khuẩn trong nhóm nấm đã được xác định (P <0,05) (Hình 7B).
Ở giai đoạn cuối, hầu hết các con đường trao đổi chất phong phú (P <0,05) ở vi khuẩn khác với con đường trao đổi chất ở nấm. Chức năng dự đoán của hệ vi sinh vật vi khuẩn (P <0,05) chủ yếu liên quan đến sự gia tăng vi khuẩn cơ hội hoặc vi khuẩn gây bệnh và quá trình lây nhiễm vi khuẩn (ví dụ: chu trình gây bệnh Vibrio cholerae và sinh tổng hợp peptidoglycan) (Hình 7A). Chức năng dự đoán của hệ vi sinh vật nấm chủ yếu liên quan đến sự phân hủy protein và carbohydrate (ví dụ: chuyển hóa đường amin và đường nucleotide, peptidase và sự phân hủy glycan khác) (Hình 7B).
Thảo luận
Bệnh nhiễm vi bào tử trùng (HPM) là một mối đe dọa lớn đối với nghề nuôi tôm bền vững trên toàn thế giới. Hiểu biết của chúng tôi về sự tương tác giữa vật chủ và mầm bệnh HPM cho phép phát triển các chiến lược để giảm thiểu nguy cơ bùng phát dịch bệnh trong nuôi tôm. Kết quả cho thấy rằng sự lây nhiễm EHP ở tôm thẻ P. vannamei có thể được phát hiện sớm nhất là 9 ngày sau khi nhiễm bệnh, khi áp dụng phương pháp sống chung kết hợp với lai tại chỗ (ISH). Thời gian phát hiện EHP trong nghiên cứu này sớm hơn so với các nghiên cứu khác, rằng EHP được phát hiện sau 14 ngày nhiễm bệnh, có thể là do sự khác biệt về nhiều yếu tố ngoại sinh (như tải lượng ký sinh trùng, chất lượng nước) và yếu tố nội sinh (như trạng thái sinh lý) điều chỉnh quá trình lây nhiễm của ký sinh trùng ở tôm. Trong mọi trường hợp, khả năng phát hiện EHP dưới 10 ngày sau khi nhiễm có thể có ý nghĩa chẩn đoán tích cực vì kết hợp ISH và Real-time PCR có thể là một cách hiệu quả để phát hiện sớm ký sinh trùng trong chu kỳ nuôi.
Dữ liệu của chúng tôi cho thấy cơ chế bệnh của EHP ở tôm được cảm nhiễm có một mô hình được xác định rõ ràng. Trong 12 ngày sau khi nhiễm (giai đoạn đầu), không thể phát hiện được sự hiện diện của EHP ngoại trừ con tôm bị nhiễm ở ngày 9 và ngày 12. Tiếp theo là giai đoạn bệnh phát triển và sinh sôi trong mô gan tụy. Sau đó, tôm bước vào giai đoạn cuối của bệnh, dường như có sự nhiễm bệnh theo chu kỳ, trong đó tôm từ mức nhiễm I4 có thể giảm xuống mức I1 và lặp lại chu kỳ nhưng không trở lại mức I0. Theo hiểu biết của chúng tôi, đây là lần đầu tiên mô hình nhiễm EHP theo chu kỳ xuất hiện ở tôm thẻ P. vannamei. Các mô hình nhiễm trùng theo chu kỳ trước đây có liên quan đến các bệnh nhiễm trùng mãn tính ở động vật có vú và ở các động vật không xương sống khác. Sự tương tác giữa vật chủ và mầm bệnh trong các trường hợp bệnh nhiễm trùng mãn tính thường kéo dài, trong đó vật chủ không thể đối phó với mầm bệnh theo thời gian và mầm bệnh sử dụng nguồn năng lượng dữ trữ của vật chủ và / hoặc sử dụng tế bào vật chủ để tạo bản sao virus. Những tương tác này sẽ làm suy giảm sức khỏe vật chủ, dẫn đến tốc độ tăng trưởng chậm và năng suất kém, như được báo cáo ở ong Apis cerana. Đặc biệt, vi bào tử trùng đã được báo cáo là tác nhân gây ra các bệnh mãn tính, mức độ bệnh của chúng có thể khác nhau và kéo dài trong suốt chu kỳ bệnh, và trong một số trường hợp, mầm bệnh có thể không được phát hiện. Tuy nhiên, những vật nuôi bị nhiễm bệnh và thiếu các dấu hiệu lâm sàng có thể truyền bệnh. Thông tin này ủng hộ mạnh mẽ những phát hiện của chúng tôi liên quan đến mô hình bệnh của EHP ở tôm thẻ P. vannamei, nơi mức độ nhiễm bệnh có thể giảm đáng kể ở giai đoạn cuối của bệnh. Điều thú vị là mô hình bệnh theo chu kỳ này có thể giúp giải thích tại sao một số nghiên cứu không phát hiện được EHP ở tôm có biểu hiện hội chứng phân trắng. Hội chứng này có liên quan đến EHP trong các điều kiện cụ thể và đồng nhiễm với một số chủng Vibrio parahaemolyticus.
Dữ liệu của chúng tôi cho thấy tình trạng nhiễm EHP theo chu kỳ có liên quan đến tình trạng nhiễm trùng mãn tính, làm suy giảm quần thể vi sinh vật và chức năng của nó, dẫn đến sự bùng phát của vi khuẩn và nấm gây bệnh cơ hội. Tần số phyla của vi khuẩn không cho thấy mối liên quan rõ ràng với giai đoạn bệnh. Tuy nhiên, ở nấm, sự gia tăng của Basidiomycota phyla kèm theo sự giảm của Ascomycota phyla đã được ghi nhận ở cuối giai đoạn phát triển và giai đoạn cuối của bệnh. Ascomycota phylum đã được ghi nhận ở giai đoạn đầu của bệnh, nó được mong đợi vì nó là phyla dồi dào nhất trong gan tụy của tôm khỏe mạnh. Sự gia tăng của Basidiomycota phyla ở giai đoạn cuối có liên quan đến sự gia tăng của chi Malasseiza, chi này có liên quan đến tác nhân gây bệnh cho các sinh vật biển. Điều này cho thấy nấm gây bệnh từ Basidiomycota phyla sinh sôi nảy nở ở tôm nhiễm EHP dần dần thay thế nấm có ích Ascomycota phyla. Thật thú vị khi nhận thấy rằng Microsporidian phylum không xuất hiện trong các chuỗi nấm được lựa chọn của chúng tôi có nguồn gốc từ tôm bị nhiễm EHP. Điều này được cho là do không có khuếch đại ITS EHP. Mặc dù, ITS được đề xuất như một dấu ấn sinh học mã vạch DNA phổ quát cho nấm, các đơn vị rDNA vi bào tử trùng được phân tán khắp bộ gen ở một số loài, dẫn đến không khuếch đại vùng ITS.
Ở cấp độ chi vi khuẩn, mức độ phong phú cao của Bacteroides, Pseudomonas, Acinetobacter, Delftia, Agrobacterium, Achromobacter và Commamonas đã được ghi nhận ở giai đoạn đầu. Sự tập hợp giữa các vi khuẩn này cho thấy rằng chúng có thể liên quan đến điều kiện môi trường sống cụ thể (gan tụy) và tình trạng khỏe mạnh của vật chủ vì tất cả các đơn vị phân loại này đã được nhận thấy ở tôm P. vannamei khỏe mạnh. Hoạt động có lợi của các đơn vị phân loại này có liên quan nhiều đến các chức năng trong hệ tiêu hóa của vật chủ đã được báo cáo ở các nghiên cứu trước. Các chi Bacteroides và Comamonas spp. đã được báo cáo là chi sản xuất ra vitamin B12 cùng với các chất chuyển hóa kháng khuẩn trong Comamonas spp.. Chi Pseudomonas có liên quan đến sự gia tăng hoạt động của các enzym tiêu hóa và khả năng kháng mầm bệnh ở tôm P. vannamei. Các chi Acrhomobacter và Acinetobacter đã được báo cáo trong ruột tôm, bao gồm vi khuẩn nitrat hóa và khử nitơ, liên quan đến việc cải thiện chất lượng nước. Vi khuẩn từ chi Agrobacterium có liên quan đến việc tăng hấp thu lipid ở cá hồi Salvelinus alpinus. Cuối cùng, các chi Delftia đã được sử dụng để giảm tác động của các vi khuẩn gram âm. Ngoài ra, các nghiên cứu trước đây đã báo cáo rằng quần thể Comamonadaceae và Bacteroides đã giảm khi tôm P. vannamei nhiễm EHP. Những điều trên ủng hộ giả thuyết rằng những đơn vị phân loại vi khuẩn từ giai đoạn đầu của bệnh là rất cần thiết đối với sức khỏe và cải thiện cân bằng nội môi của hệ tiêu hóa ở tôm thẻ P. vannamei. Điều này cũng cho thấy rằng EHP đã thay đổi môi trường gan tụy, dẫn đến sự thay đổi của các vi khuẩn có lợi này.
Điều đáng chú ý là mặc dù các chi Acinetobacter và Delfia đã được nhận thấy ở giai đoạn đầu và có liên quan đến tôm khỏe mạnh, nhưng các tác giả khác đã báo cáo rằng những chi này có thể gây bệnh cho tôm. Điều này cho thấy sự cân bằng hệ vi sinh vật khỏe mạnh không chỉ phụ thuộc vào sự vắng mặt hoặc có mặt của một số đơn vị phân loại nhất định, mà còn phụ thuộc vào sự phong phú của chúng. Trong số các loài nấm, chỉ có chi Komagataella có liên quan đến giai đoạn đầu của bệnh đối với loài K. phaffii. Tuy nhiên, theo hiểu biết của chúng tôi, nó chưa được báo cáo ở tôm P. vannamei và đây là lần đầu tiên có liên quan đến tình trạng sức khỏe tốt ở tôm P. vannamei.
Trái ngược với giai đoạn đầu, ở giai đoạn phát triển, số lượng phân loại vi khuẩn thấp hơn so với nấm, điều này cho thấy sự sinh sôi nảy nở của nấm cao hơn ở giai đoạn này. Sự hiện diện thấp của các đơn vị vi khuẩn có thể là hậu quả của các đối kháng giữa các vi sinh vật có lợi và vi sinh vật gây bệnh khi bệnh bắt đầu tiến triển. Chỉ có một đơn vị phân loại vi khuẩn xuất hiện phong phú ở giai đoạn phát triển của bệnh là lớp Vi khuẩn Actinobacteria. Lớp này đã được phát hiện ở tôm khỏe mạnh, liên quan đến đặc tính kháng nấm, hoạt động đối kháng với vi khuẩn gây bệnh Vibrio spp. và liên quan đến tôm bị nhiễm EHP. Điều này cho thấy lớp Actinobacteria có khả năng điều chỉnh hệ vi sinh vật cao hơn do sự sinh sôi của EHP trong giai đoạn phát triển của bệnh. Xem xét các đặc tính kháng nấm của phân loại này, sự xuất hiện quá mức của nó có thể được giải thích là do EHP hoặc các chi nấm cơ hội và gây bệnh khác khó loại bỏ như Naganisha và Alternaria, là những đơn vị phân loại nấm xuất hiện nhiều nhất ở giai đoạn phát triển. Ảnh hưởng của các chi Naganishia và Alternaria đến sức khỏe của tôm P. vannamei vẫn chưa được đánh giá rõ ràng. Tuy nhiên, những loại nấm này được coi là mầm bệnh cơ hội ở người. Điều này cho thấy rằng trong giai đoạn phát triển của bệnh, hệ thống tiêu hóa của tôm bắt đầu rối loạn và mất cân bằng hệ vi sinh vật. Giai đoạn phát triển của bệnh có thể được mô tả như một giai đoạn chuyển tiếp, nơi các vi khuẩn có lợi đang bị mất dần và nấm cơ hội bắt đầu sinh sôi.
Ở giai đoạn cuối của bệnh, số lượng vi khuẩn có lợi giảm rõ rệt và thay vào đó là sự gia tăng của các chi vi khuẩn gây bệnh như Vibrio, Aquimarina và các chi nấm như Malassezia. Các chi vi khuẩn và nấm này được coi là mầm bệnh cơ hội, ủng hộ giả thuyết rằng EHP ở giai đoạn cuối của bệnh dẫn đến một quá trình rối loạn trong gan tụy của tôm P. vannamei, tạo điều kiện cho các mầm bệnh cơ hội phát triển. Sự phong phú của vi khuẩn Vibrio có liên quan đến chứng quá trình rối loạn và nhiễm EHP ở tôm P. vannamei. Các chi Aquimarina cũng có liên quan đến bệnh ở giáp xác như gây chết ở ấu trùng tôm P. vannamei và làm tăng sự phong phú của vi khuẩn gây hại Malassezia sp. Điều này đã được báo cáo là liên quan đến bệnh phân trắng trên tôm P. vannamei gây ra bởi EHP và V. parahaemolyticu6. Những nghiên cứu sâu hơn sẽ góp phần làm rõ tác động của Aquimarina và Malassezia đối với sức khỏe tôm và hiểu được rằng liệu những vi khuẩn này có phải là nguyên nhân làm thay đổi môi trường vật chủ khi kết hợp với EHP hay không. Điều thú vị là các chi vi khuẩn Leadbetterella cũng xuất hiện quá mức ở giai đoạn cuối của bệnh. Tuy nhiên, do chi này có liên quan đến việc hỗ trợ tôm khỏe mạnh khi được bổ sung probiotics, nên ảnh hưởng của nó đối với tôm cần được nghiên cứu thêm.
Dựa trên dữ liệu của chúng tôi, khi thời gian tiếp xúc với EHP tăng, các vi sinh vật có lợi bắt đầu giảm mức độ phong phú và mầm bệnh cơ hội bắt đầu sinh sôi nảy nở. Ngoài ra, một số vi sinh vật không thể được coi là có lợi hay có hại vì tác động của chúng còn phụ thuộc vào các đặc tính hóa lý của hệ tiêu hóa và sự tương tác của chúng đối với quần thể vi sinh vật đang bị thay đổi bởi EHP. Điều quan trọng cần lưu ý là mặc dù sự thay đổi về hệ vi sinh vật có thể liên quan đến việc tôm SPF bị sốc bởi điều kiện môi trường mới nhưng quần thể / chức năng hệ vi sinh vật được quan sát thấy trong nghiên cứu đã hỗ trợ mạnh mẽ rằng EHP là nguyên nhân gây ra những thay đổi về hệ vi sinh vật trong gan tụy tôm. Quan trọng hơn, sự gia tăng của vi khuẩn cơ hội / gây bệnh được nhận thấy rõ ràng hơn ở giai đoạn cuối của bệnh, đặc biệt là ở những con tôm có mức nhiễm cao hơn so với những con có mức nhiễm thấp hơn. Hơn nữa, như đã đề cập ở trên, các tài liệu hiện có về sự thay đổi hệ vi sinh vật và sự hiện diện của vi khuẩn liên quan đến EHP trong họ tôm He phù hợp với quan sát của chúng tôi.
Sự khác biệt về mức độ phong phú của vi sinh vật (đơn vị phân loại biểu hiện cao hơn ở giai đoạn đầu) được ghi nhận giữa các giai đoạn bệnh là dựa trên kết quả thu được từ chỉ số đa dạng ở vi khuẩn. Mặc dù không tìm thấy sự khác biệt đáng kể về chỉ số alpha của vi khuẩn giữa các giai đoạn bệnh, nhưng chỉ số beta đã cho thấy sự khác biệt đáng kể giữa giai đoạn đầu so với giai đoạn phát triển và giai đoạn cuối của bệnh về những thay đổi trong quần thể vi sinh vật và sự đa dạng. Kết quả của nghiên cứu đúng như mong đợi, rằng sự đa dạng của quần thể vi sinh vật thấp hơn ở giai đoạn cuối của bệnh. Các phát hiện tương tự cũng đã được báo cáo trước đây, khi các giá trị đa dạng alpha thấp hơn được nhận thấy ở những con tôm bị bệnh, nhưng không có sự khác biệt đáng kể nào được phát hiện. Điều này hỗ trợ thực tế là sự xuất hiện của bệnh làm giảm sự đa dạng alpha của vi khuẩn trong hệ tiêu hóa của tôm P. vannamei, đi kèm theo đó là sự rối loạn. Việc giảm tính đa dạng của vi sinh vật được cho là do các mầm bệnh cơ hội cạnh tranh với vi khuẩn có lợi và các loại vi khuẩn có hại khác, đồng thời gây ra sự bùng phát dịch bệnh trong hệ tiêu hóa của tôm. Trong nghiên cứu của chúng tôi, cần nhấn mạnh rằng sự đa dạng hệ của vi sinh vật ở tôm SPF trước khi nhiễm bệnh là mức thấp nhất được ghi nhận trong tất cả các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, điều này có thể làm thay đổi việc thiết kế thí nghiệm khi đánh giá sự đa dạng của vi sinh vật. Sự đa dạng thấp này được cho là do tôm được nuôi dưỡng trong phòng thí nghiệm không tiếp xúc với sự đa dạng vi sinh vật cao giống như những con tôm nuôi.
Trái ngược với vi khuẩn, sự đa dạng alpha trong nấm tăng lên ở giai đoạn cuối của bệnh. Sự đa dạng của nấm giảm được báo cáo ở tôm bị bệnh. Trong nghiên cứu của chúng tôi, sự gia tăng của nấm gây bệnh cơ hội ở giai đoạn cuối của bệnh có liên quan đến thành viên của Basidomicota phylum. Sự phong phú của các thành viên thuộc họ này được coi là dấu hiệu của việc rối loạn ở tôm. Sự khác biệt về tính đa dạng của nấm và vi khuẩn có thể liên quan đến khả năng cải thiện môi trường gan tụy do EHP gây ra đối với nấm gây bệnh cơ hội. Người ta biết rằng EHP làm tổn thương các tế bào gan tụy, điều này có thể làm tăng các tế bào biểu mô gan tụy bị chết bong ra vào lòng ống gan tụy. Chúng tôi suy đoán rằng sự tách rời của các tế bào biểu mô khỏi màng đáy làm lộ ra mô bên dưới và do đó tạo ra một vị trí thích hợp cho sự tăng sinh của Basidomicota phyla.
Chức năng được dự đoán của hệ vi sinh vật có liên quan chặt chẽ với các đơn vị phân loại có sự xuất hiện quá mức ở mỗi giai đoạn của bệnh. Như đã đề cập trước đó, các đơn vị phân loại vi khuẩn và nấm ở giai đoạn đầu của bệnh có liên quan nhiều đến việc thu nhận chất dinh dưỡng từ quá trình trao đổi chất. Ở giai đoạn đầu của bệnh, các đơn vị phân loại xuất hiện quá mức ở vi khuẩn và nấm là chất vận chuyển ABC và sinh tổng hợp axit béo có liên quan nhiều đến tiêu hóa và hấp thụ chất dinh dưỡng, nhưng cũng làm cho hệ thống phòng thủ hoạt động hiệu quả hơn. Một số chức năng của hệ vi sinh vật này đã được báo cáo ở tôm khỏe mạnh, cho thấy tầm quan trọng của vi sinh vật trong việc thu nhận chất dinh dưỡng đối với sức khỏe của vật chủ.
Ở giai đoạn phát triển, có thể được coi là giai đoạn chuyển tiếp, hệ vi sinh vật khỏe mạnh bắt đầu mất cân bằng do sự tương tác giữa các vi sinh vật có lợi và có hại. Tuy nhiên, ở giai đoạn cuối của bệnh, quá trình trao đổi chất để nhận chất dinh dưỡng giảm ở cả vi khuẩn và nấm. Điều này đã được báo cáo bởi Duan và cộng sự, người đã đề cập rằng EHP có thể ảnh hưởng đến sự hấp thụ chất dinh dưỡng của vi khuẩn đường ruột, điều này chứng minh EHP có ảnh hưởng đến sự hấp thụ chất dinh dưỡng của tôm. Điều thú vị là ở giai đoạn cuối của bệnh, các con đường trao đổi chất phong phú từ vi khuẩn và nấm là hoàn toàn khác nhau. Ở vi khuẩn, các con đường trao đổi chất có liên quan đến tăng vi khuẩn gây bệnh (chu trình gây bệnh của vi khuẩn Vibrio cholerae, sinh tổng hợp peptidoglycan, tái tổ hợp tương đồng). Sự ức chế miễn dịch được báo cáo ở tôm P. vannamei bị nhiễm EHP, đi kèm với quá trình rối loạn, có thể giải thích sự gia tăng của vi khuẩn gây bệnh (các chi Vibrio và Aquimarina) được nhận thấy trong nghiên cứu này.
Ở nấm, hầu hết các con đường trao đổi chất phong phú có liên quan đến việc chuyển hóa carbohydrate bao gồm cả sự phân hủy glycan. Điều này cho thấy rằng nấm ở giai đoạn cuối có thể tận dụng nguồn dự trữ carbohydrate của tôm bị nhiễm EHP. Giả thuyết này được hỗ trợ bởi các phân tích transcriptomic, proteomic và chuyển hóa, trong đó con đường chuyển hóa năng lượng như phân hủy carbohydrate, tiêu hóa và hấp thụ được điều chỉnh bởi sự lây nhiễm EHP. Dựa trên những phát hiện của chúng tôi, chúng tôi đề xuất nhiễm EHP dẫn đến một quá trình thoái hóa mãn tính theo chu kỳ gây ra chứng loạn khuẩn (Hình 8). Chúng tôi suy đoán rằng EHP tăng trưởng khi nguồn dự trữ chất dinh dưỡng trong gan tụy cao, mức độ nhiễm bệnh cao (I4) và một khi nguồn dự trữ chất dinh dưỡng bị cạn kiệt thì sự sinh sôi của mầm bệnh sẽ dừng lại hoặc giảm đi. Nếu điều kiện thuận lợi, tôm sẽ tạm thời phục hồi và gan tụy một lần nữa trở thành nơi ở thuận lợi cho EHP.
Hình 8: Điều chỉnh hệ vi sinh vật trong gan tụy của tôm (P. vannamei) bị nhiễm EHP. Sơ đồ thể hiện những thay đổi chính được tạo ra trong môi trường gan tụy của vật chủ trong quá trình nhiễm EHP (30 ngày) theo các giai đoạn bệnh được phân chia trong nghiên cứu. Mức độ nhiễm bệnh thể hiện mô hình theo chu kỳ của EHP, trong đó số lượng EHP lớn hơn thể hiện mức độ nhiễm trùng cao hơn và số lượng EHP ít hơn thể hiện mức độ nhiễm trùng thấp hơn. Vi khuẩn màu xanh lam: hệ vi sinh vật có lợi; Chấm xám: EHP; Vi khuẩn đỏ: hệ vi sinh vật gây bệnh và cơ hội.
Kết luận
Bệnh nhiễm vi bào tử trùng do EHP gây ra ở tôm P. vannamei có thể được xếp vào danh mục là một bệnh nhiễm trùng mãn tính theo chu kỳ, trong đó hệ vi sinh vật khỏe mạnh bắt đầu mất đi tính đa dạng, các vi sinh vật có lợi và chức năng liên quan đến việc thu nhận chất dinh dưỡng cũng như sức khỏe vật chủ cũng bắt đầu suy giảm (hội chứng loạn khuẩn). Sự lây nhiễm EHP tiếp tục kéo dài ở mức độ nhiễm cao hơn sẽ quan sát thấy sự thay đổi rõ ràng hơn của mức độ đang dạng của hệ vi sinh vật gan tụy. Chúng tôi xác định EHP tạo điều kiện cho sự gia tăng số lượng vi khuẩn từ các chi Vibrio, Aquimarina và Leadbetterella và trong chi nấm Malassezia. Các vi sinh vật có lợi dần mất đi trong quá trình nhiễm EHP bao gồm các vi khuẩn có lợi như Bacteroides, Pseudomonas, Acinetobacter, Delftia, Agrobacterium, Achromobacter, Comamonas, cũng như các loài thuộc họ Bacillaceae và chi nấm Komagataella. Một số thành viên của các đơn vị phân loại này có thể được nuôi cấy và sử dụng như chế phẩm sinh học để giảm bớt sự tiến triển của bệnh HPM. Ngoài ra, đây là lần đầu tiên, phương pháp mô học định lượng được sử dụng để nghiên cứu chu trình lây nhiễm EHP trong điều kiện hệ vi sinh vật trong gan tụy tôm bị thay đổi.
Theo Jesús Antonio López-Carvallo, Roberto Cruz-Flores & Arun K. Dhar
Biên dịch: Huyền Thoại – Tôm Giống Gia Hóa Bình Minh
“Tôm Giống Gia Hóa – Chìa Khóa Thành Công”
Xem thêm:
- Bột Krill Hoạt Động Tốt Trong Các Thí Nghiệm Thức Ăn Cho Tôm
- Phần 1 – Tác Nhân Gây Bệnh Mới – Enterocytozoon hepatopenaei Làm Suy Giảm Hệ Vi Sinh Vật Theo Chu Kỳ Trong Gan Tụy Của Tôm Thẻ (Penaeus vannamei)
- Ảnh Hưởng Của Độ Mặn Lên Sự Lây Nhiễm EHP Trên Tôm Thẻ Chân Trắng Trong Điều Kiện Thí Nghiệm