Probiotic Trong Nuôi Trồng Thủy Sản: Tầm Quan Trọng Và Triển Vọng Tương Lai

Tóm tắt

Nuôi trồng thủy sản là một trong những ngành tăng trưởng nhanh nhất trên thế giới và châu Á hiện đóng góp khoảng 90% vào sản lượng toàn cầu. Tuy nhiên, dịch bệnh bùng phát là những hạn chế đối với sản xuất thủy sản, từ đó ảnh hưởng đến cả sự phát triển kinh tế của đất nước và tình trạng kinh tế xã hội của người dân địa phương ở nhiều nước trong khu vực Châu Á – Thái Bình Dương. Việc kiểm soát dịch bệnh trong ngành nuôi trồng thủy sản được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau bao gồm việc sử dụng các phương pháp truyền thống, hóa chất tổng hợp và kháng sinh. Tuy nhiên, việc sử dụng các hóa chất đắt tiền để kiểm soát bệnh đã bị chỉ trích rộng rãi vì những tác động tiêu cực như tồn dư dư lượng, phát triển vi khuẩn kháng thuốc, ức chế miễn dịch, giảm sự ưa thích của người tiêu dùng đối với các sản phẩm thủy sản được xử lý bằng kháng sinh, và các phương pháp truyền thống không hiệu quả trong việc kiểm soát các mầm bệnh mới trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản lớn. Do đó, các phương pháp thay thế cần được phát triển để duy trì môi trường vi sinh vật khỏe mạnh trong hệ thống nuôi trồng thủy sản, từ đó duy trì sức khỏe của sinh vật nuôi. Sử dụng probiotic là một trong những phương pháp đang ngày càng trở nên quan trọng trong việc kiểm soát các mầm bệnh tiềm ẩn. Đánh giá này cung cấp bản tóm tắt các tiêu chí để lựa chọn probiotic tiềm năng, tầm quan trọng và triển vọng tương lai của chúng trong ngành nuôi trồng thủy sản.

Giới thiệu

Nuôi trồng thủy sản đã trở thành một hoạt động kinh tế quan trọng ở nhiều quốc gia. Ở các cơ sở sản xuất quy mô lớn, nơi động vật thủy sản phải đối mặt với nhiều điều kiện căng thẳng, thường xảy ra các vấn đề liên quan đến dịch bệnh và suy thoái điều kiện môi trường, dẫn đến thiệt hại kinh tế nghiêm trọng. Phòng ngừa và kiểm soát dịch bệnh trong những thập kỷ gần đây đã dẫn đến sự gia tăng đáng kể việc sử dụng thuốc thú y. Tuy nhiên, dựa trên tài liệu phong phú về sự tiến triển của tình trạng kháng kháng sinh của các vi khuẩn gây bệnh, công dụng của các chất kháng khuẩn như một biện pháp phòng ngừa vẫn còn là nghi vấn.

Trên toàn cầu, hàng tấn kháng sinh đã được phân phối trong sinh quyển trong thời kỳ sử dụng kháng sinh chỉ kéo dài khoảng 60 năm. Tại Hoa Kỳ, trong số 18.000 tấn kháng sinh được sản xuất mỗi năm cho mục đích y tế và nông nghiệp, 12.600 tấn được sử dụng để điều trị vật nuôi nhằm thúc đẩy tăng trưởng. Tại Liên minh Châu Âu và Thụy Sĩ, 1600 tấn kháng sinh, chiếm khoảng 30% tổng lượng kháng sinh sử dụng ở vật nuôi trong trang trại, cũng được sử dụng tương tự cho mục đích thúc đẩy tăng trưởng. Lượng kháng sinh này đã tạo ra áp lực chọn lọc rất mạnh đối với sức đề kháng của các vi khuẩn đã thích nghi với tình huống này, chủ yếu là do dòng gen kháng thuốc lan truyền theo chiều ngang và bừa bãi. Cơ chế kháng thuốc có thể phát sinh theo một trong hai cách: đột biến nhiễm sắc thể hoặc thu nhận plasmid. Đột biến nhiễm sắc thể không thể truyền sang các vi khuẩn khác, nhưng plasmid có thể truyền kháng thuốc nhanh chóng. Một số vi khuẩn gây bệnh có thể phát triển khả năng kháng thuốc dựa trên plasmid.

Plasmid mang gen kháng kháng sinh đã được tìm thấy ở các loài Vibrio ở biển và chúng có thể được trao đổi ngang. Trong các ao nuôi trồng thủy sản có mật độ quần thể vi khuẩn cao, việc truyền qua plasmid, qua virus và thậm chí chuyển đổi trực tiếp từ DNA được hấp thụ vào các hạt trong nước hoặc trên bề mặt trầm tích đều có thể là cơ chế trao đổi gen. Ví dụ, sự chuyển giao kháng đa thuốc xảy ra ở Ecuador trong trận dịch tả (1991–1994) ở Mỹ Latinh và điều này bắt đầu từ những người đang làm việc tại các trang trại nuôi tôm. Mặc dù chủng dịch bệnh ban đầu của Vibrio cholerae 01 nhạy cảm với 12 loại thuốc kháng sinh được thử nghiệm, nhưng ở vùng ven biển Ecuador, nó đã trở nên kháng đa thuốc do sự truyền gen kháng của các vi khuẩn không phải là Vibrio cholerae gây bệnh cho tôm. Ngoài ra, các bằng chứng khác về sự lây truyền tính kháng giữa các hệ sinh thái nuôi trồng thủy sản và con người đã được chứng minh, với một gen kháng florofenicol mới, gọi là ﬂoR, ở Salmonella typhimurium DT104, có khả năng kháng chloramphenicol và nó gần như giống hệt về trình tự phân tử với gen kháng florofenicol được mô tả lần đầu tiên ở Photobacter damsela, một loại vi khuẩn được tìm thấy ở cá. Hiện nay, ngành công nghiệp đang ngày càng quan tâm đến việc kiểm soát hoặc loại bỏ việc sử dụng thuốc kháng sinh. Do đó, các phương pháp thay thế cần được phát triển để duy trì môi trường vi sinh vật khỏe mạnh trong hệ thống nuôi trồng thủy sản. Một phương pháp đang đạt được tầm quan trọng trong ngành là sử dụng vi khuẩn probiotic để kiểm soát mầm bệnh tiềm ẩn.

Probiotic là gì?

Pro: ưu ái, Bios: cuộc sống. Là một từ trái nghĩa với kháng sinh, probiotic liên quan đến việc nhân lên một số vi khuẩn tốt/có ích để cạnh tranh với những vi khuẩn có hại và ngăn chặn sự phát triển của chúng. Probiotic bao gồm một số vi khuẩn và nấm men không gây hại khi liên tục sử dụng trong thời gian dài. Việc quản lý các sinh vật có lợi cho động vật bắt đầu vào những năm 1920 và cái tên “probiotic” được Parker (1974) giới thiệu khi việc sản xuất chất bổ sung vi sinh vật vào thức ăn bắt đầu ở quy mô thương mại. Một định nghĩa được chấp nhận rộng rãi từ Fuller (1987), người cho rằng probiotic là một sản phẩm được nuôi cấy hoặc bổ sung vi sinh vật sống vào thức ăn, có ảnh hưởng tích cực đến vật chủ bằng cách cải thiện sự cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột của vật chủ. Các thành phần quan trọng của định nghĩa này phản ánh nhu cầu về một vi sinh vật sống và ứng dụng vào vật chủ như một chất bổ sung thức ăn.

Tuy nhiên, những tác giả khác đã mở rộng định nghĩa này. Ví dụ, Gram và cộng sự (1999) đề xuất rằng probiotic là bất kỳ chất bổ sung vi sinh vật sống nào, có ảnh hưởng có lợi đến vật chủ bằng cách cải thiện sự cân bằng vi sinh vật của nó. Trong ví dụ này, không có mối liên hệ nào với thức ăn. Hơn nữa, Salminen và cộng sự (1999) xem probiotic như bất kỳ vi sinh vật nào (nhưng không nhất thiết phải là vi sinh vật sống) hoặc các thành phần của tế bào vi sinh vật có tác dụng có lợi đối với sức khỏe của vật chủ. Ở định nghĩa này, nhu cầu về tế bào sống gắn liền với thức ăn không được đề cập. Nói tóm lại, rõ ràng là có nhiều khác biệt trong cách hiểu thực tế về thuật ngữ probiotic. Dựa trên quan sát rằng các sinh vật có khả năng thay đổi thành phần vi khuẩn trong nước và trầm tích, mặc dù tạm thời, Moriarty (1999) gợi ý rằng định nghĩa về probiotic trong nuôi trồng thủy sản nên bao gồm việc bổ sung vi khuẩn sống tự nhiên vào bể và ao nơi động vật sinh sống, tức là khái niệm kiểm soát sinh học được thảo luận bởi Maeda và cộng sự (1997). Như một sự thỏa hiệp, có vẻ như probiotic là toàn bộ hoặc (các) thành phần của vi sinh vật có lợi cho sức khỏe của vật chủ. Khái niệm tổng quát này có thể tác động đến các lĩnh vực kiểm soát dịch bệnh khác, đặc biệt là vắc-xin.

Tất nhiên, probiotic không được gây hại cho vật chủ và chúng sẽ cần phải có hiệu quả trong nhiều điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt và thay đổi độ mặn. Việc áp dụng có thể thông qua thức ăn (như được ngụ ý trong định nghĩa của Fuller (1987)) hoặc bằng cách ngâm hoặc tiêm (như trong định nghĩa của Salminen và cộng sự (1999)). Điều này có thể gây ra sự nhầm lẫn, tức là sự khác biệt giữa probiotic được áp dụng bằng cách tiêm hoặc ngâm và vắc xin là gì? Bất kỳ sự nhầm lẫn nào cũng có thể có ý nghĩa pháp lý đối với việc đăng ký sử dụng probiotic ở một số quốc gia. Cụ thể, khi cấp phép/ đăng ký sử dụng probiotic trong nuôi cá thì chúng được coi là phụ gia thức ăn (probiotic stricto sensu) hay sản phẩm thú y (vắc-xin)? Tuy nhiên, điều cần thiết là phải xác định xem lợi ích của probiotic là thực tế hay chỉ là cảm nhận, tức là probiotic có thực sự chỉ là giả dược không? Điều đáng nhấn mạnh là, theo Fuller (1987), probiotic phải mang lại lợi ích thực sự cho vật chủ, có thể tồn tại trong đường tiêu hóa, có khả năng thương mại hóa, tức là được sản xuất ở quy mô công nghiệp và phải ổn định và tồn tại trong điều kiện bảo quản kéo dài và trong môi trường thực tế.

Probiotic hoạt động như thế nào?

Kháng sinh thường điều trị bệnh, nhưng không giải quyết vấn đề gốc. Ngoài ra, liệu pháp kháng sinh và hóa học, đặc biệt là sử dụng hóa chất phổ rộng, sẽ tiêu diệt hầu hết các vi khuẩn có lợi trong cột nước của ao chứ không chỉ riêng các vi khuẩn gây bệnh cho các loài thủy sản. Ngược lại, có nhiều cơ chế khác nhau liên quan đến quá trình sử dụng probiotic trong ao nuôi. Probiotic trong nuôi trồng thủy sản có vai trò rất quan trọng trong quá trình phân hủy chất hữu cơ, từ đó làm giảm đáng kể sự hình thành bùn và chất nhớt. Kết quả là, chất lượng nước sẽ được cải thiện thông qua việc giảm tỷ lệ mắc bệnh (bao gồm Vibrio sp., Aeromonas sp. và virus), tăng số lượng động vật phù du, giảm mùi hôi và cuối cùng là tăng cường sản xuất nuôi trồng thủy sản. Bằng cách tăng tốc độ phân hủy chất hữu cơ, các axit amin tự do và glucose cũng được giải phóng, cung cấp nguồn thức ăn cho các vi sinh vật có lợi. Các dạng nitơ vô cơ như amoniac, nitrat và nitrit cũng được giảm bớt. Bằng cách cải thiện chất lượng nước tổng thể và FCR, sức khỏe tổng thể và khả năng miễn dịch của tôm sẽ được cải thiện. Sự tương tác phức tạp của vi sinh vật trong sản xuất nuôi trồng thủy sản được thể hiện trong Hình 1.

Hình 1. Sự tương tác phức tạp của vi sinh vật trong sản xuất nuôi trồng thủy sản (Phỏng theo Green and Green, 2003)

Đánh giá các “ứng cử viên” tiềm năng để sử dụng làm probiotic

Việc phát triển probiotic để sử dụng thương mại trong nuôi trồng thủy sản là một quá trình đa ngành đòi hỏi cả nghiên cứu thực nghiệm và nghiên cứu cơ bản, thử nghiệm toàn diện và đánh giá kinh tế về việc sử dụng nó. Nhiều thất bại trong nghiên cứu probiotic có thể là do việc lựa chọn các vi sinh vật không phù hợp. Các bước chọn lọc đã được xác định, nhưng chúng cần được điều chỉnh cho phù hợp với các loài vật chủ và môi trường nuôi. Điều cần thiết là phải hiểu cơ chế hoạt động của probiotic và xác định các tiêu chí lựa chọn probiotic tiềm năng. Tiêu chí lựa chọn chung chủ yếu được xác định bằng các cân nhắc về an toàn sinh học (không gây bệnh), phương pháp sản xuất và chế biến, phương pháp sử dụng probiotic và vị trí trong cơ thể nơi vi sinh vật được cho là sẽ hoạt động. Các phương pháp lựa chọn vi khuẩn probiotic để sử dụng trong nuôi trồng thủy sản có thể bao gồm các bước sau.

Thu thập thông tin cơ bản: Trước khi bắt đầu nghiên cứu phát triển probiotic, cần nghiên cứu các hoạt động về thực hành nuôi và kinh tế của sự phát triển. Cần có kiến thức rõ ràng về các phương pháp nuôi được sử dụng trong trang trại để xác định liệu việc áp dụng probiotic có khả thi hay không.
Thu thập các probiotic giả định: Việc thu thập một lượng lớn các probiotic tiềm năng có tầm quan trọng lớn trong quá trình này. Điều quan trọng trong giai đoạn này là việc lựa chọn chủng probiotic cần được phát triển dựa vào vai trò có thể có của chúng. Không có dấu hiệu rõ ràng nào cho thấy probiotic giả định được phân lập từ vật chủ hoặc từ môi trường xung quanh của chúng hoạt động tốt hơn so với các chủng được phân lập những loài hoàn toàn xa lạ với các loài được nuôi hoặc những loài có nguồn gốc từ môi trường sống rất khác.
Sàng lọc các probiotic giả định: Một cách phổ biến để lựa chọn probiotic là thực hiện các xét nghiệm đối kháng trong ống nghiệm, trong đó mầm bệnh tiếp xúc với probiotic được chọn hoặc các sản phẩm ngoại bào của chúng trong môi trường lỏng hoặc rắn. Các probiotic có thể được lựa chọn dựa trên việc sản xuất các hợp chất ức chế như vi khuẩn, siderophores hoặc khi cạnh tranh các chất dinh dưỡng. Tuy nhiên, điều này phải được thực hiện một cách cẩn thận.
Đánh giá khả năng gây bệnh và thử nghiệm khả năng sống: Probiotic không được gây bệnh cho vật chủ và điều này phải được xác nhận trước khi chấp nhận loại probiotic đó. Vì vậy, vật chủ phải được thử nghiệm trong cả điều kiện căng thẳng và không căng thẳng. Khi chọn probiotic để nuôi ấu trùng bằng kỹ thuật nước xanh, cần xem xét khả năng tương tác của chúng với tảo. Các probiotic cần được đánh giá về khả năng sống khi vận chuyển qua đường tiêu hóa của vật chủ (ví dụ: khả năng kháng muối mật, độ pH thấp và protease). Chủng probiotic phải có khả năng bám dính hiệu quả vào các tế bào biểu mô ruột để làm giảm hoặc ngăn ngừa sự xâm nhập của mầm bệnh.
Đánh giá in vivo: Tác dụng của probiotic được lựa chọn cũng nên được kiểm tra thông qua thử nghiệm in vivo. Nó liên quan đến việc đưa “ứng cử viên” được lựa chọn vào vật chủ trong quá trình nuôi và sau đó theo dõi các thông số tăng trưởng, xâm chiếm, tỷ lệ sống và hóa lý. Tuy nhiên, khi mong muốn kiểm soát sinh học hệ vi sinh vật, các thử nghiệm thử nghiệm in vivo dường như là công cụ thích hợp để đánh giá tác động tiềm tàng của probiotic đối với vật chủ. Ngoài ra, probiotic tiềm năng phải phát huy tác dụng có lợi của nó (ví dụ: tăng cường dinh dưỡng và tăng phản ứng miễn dịch) ở vật chủ. Cuối cùng, probiotic phải tồn tại trong điều kiện bảo quản bình thường và phù hợp về mặt công nghệ cho các quy trình công nghiệp (ví dụ: đông khô).
Ảnh hưởng đến điều kiện nuôi: Mặc dù các tiêu chí thử nghiệm nêu trên là cần thiết trong việc lựa chọn probiotic thích hợp, nhưng các thử nghiệm nuôi dưỡng cũng không kém phần quan trọng trong việc kết luận rằng các chủng này có lợi. Việc đánh giá thực tế về lợi ích của phương pháp điều trị bằng probiotic sẽ cần những cuộc khảo sát dài hạn.

Các loại probiotic

Probiotic chủ yếu có hai loại:

a. probiotic cho ruột, có thể kết hợp với thức ăn và tiêu thụ qua đường miệng để tăng cường hệ vi sinh vật có ích trong ruột.

b. probiotic cho nước, có thể sinh sôi nảy nở trong môi trường nước và loại trừ vi khuẩn gây bệnh bằng cách tiêu thụ tất cả các chất dinh dưỡng có sẵn. Do đó, vi khuẩn gây bệnh bị loại trừ vì thiếu thức ăn.

Probiotic được cân nhắc sử dụng trong nuôi trồng thủy sản

Probiotic đầu tiên được phát hiện từ rất lâu là Lactobacillus sp., vi khuẩn sản xuất axit lactic. Sau đó, nhiều probiotic như Aeromonas hydrophila, A. media, Altermonas sp, Bacillus subtilis, Car-nobacteria inhibins, Debaryomyces hansenii, Enterococcus faecium, Lactobacillus helveticus, L. plantarum, L. rhamnosus, Micrococcus luteus, Pseudomonas ﬂuorescens, Roseobacter sp., Streptococcus thermopilus, Saccharomyces cerevisiae, S. exiguous, Vibrio alginolyticus, V. fluvialis, Tetraselmis suecica và Weissella helenica đã được cân nhắc sử dụng trong nuôi trồng thủy sản.

Các phương pháp ứng dụng probiotic

Probiotic được bán trên thị trường dưới hai dạng:

a) Dạng khô: probiotic khô được đóng gói có thể sử dụng kết hợp thức ăn hoặc pha vào nước, và phải được ủ tại trang trại trước khi sử dụng. Mỗi bộ probiotic khô bao gồm một gói bột khô và một gói enzym xúc tác. Việc ủ phải được thực hiện trong nước sạch đã khử trùng sau khi hòa trộn hết các gói một cách cẩn thận. Thông thường, nó được ủ ở 27–32°C trong 16 đến 18 giờ và sục khí liên tục. Sản phẩm hoàn thiện phải được sử dụng trong vòng 72 giờ. Cần sục khí tối đa ở các ao nuôi bán thâm canh. Nếu sục khí ít thì phải sử dụng probiotic trong 2 ngày liên tiếp, mỗi lần sử dụng 50% liều lượng.

b) Dạng lỏng: Các trại giống thường sử dụng probiotic dạng lỏng với vi sinh ở trạng thái còn sống và sẵn sàng hoạt động. Chúng được thêm trực tiếp vào bể ương hoặc trộn với thức ăn trang trại. Dạng lỏng có thể được áp dụng bất kỳ lúc nào trong ngày đối với các bể ương trong nhà, và nên áp dụng vào buổi sáng hoặc buổi tối đối với các bể ngoài trời.

Probiotic dạng lỏng cho kết quả khả quan trong thời gian ngắn hơn so với probiotic dạng khô và dạng bào tử, mặc dù chúng có mật độ thấp hơn. Chưa có báo cáo liên quan đến bất kỳ tác hại nào của probiotic, nhưng người ta thấy rằng mức BOD (nhu cầu oxy sinh học) có thể tạm thời tăng lên sau khi áp dụng nó; do đó, nên cung cấp sục khí dưới bề mặt để đẩy nhanh quá trình hình thành vi sinh. Mức oxy hòa tan tối thiểu được khuyến nghị là 3% trong quá trình xử lý bằng probiotic.

Lợi ích của probiotic trong nuôi trồng thủy sản

Sản xuất các hợp chất ức chế: Probiotic giải phóng nhiều loại hợp chất hóa học có tác dụng ức chế cả vi khuẩn gram dương và gram âm, bao gồm bacteriocin, sideropheres, lysozyme, protease, hydrogen peroxides, v.v. Vi khuẩn axit lactic (LAB) tạo ra các hợp chất như bacteriocin, có khả năng ức chế các vi khuẩn khác.
Cạnh tranh vị trí bám dính: Các vi khuẩn Probiotic cạnh tranh với các mầm bệnh về vị trí bám dính và thức ăn trên bề mặt biểu mô ruột và cuối cùng ngăn chặn sự xâm chiếm của của các vi khuẩn gây bệnh. Khả năng bám dính và phát triển trên hoặc trong ruột hoặc chất nhầy bên ngoài đã được chứng minh trong ống nghiệm đối với các mầm bệnh ở cá như Vibrio anguillarum và Aeromonas hydrophila.
Cạnh tranh về chất dinh dưỡng: Probiotic sử dụng các chất dinh dưỡng được tiêu thụ bởi vi khuẩn gây bệnh. Cạnh tranh về chất dinh dưỡng có thể đóng một vai trò quan trọng trong thành phần hệ vi sinh vật của đường ruột hoặc môi trường xung quanh của các sinh vật thủy sinh. Do đó, việc áp dụng thành công nguyên tắc cạnh tranh vào môi trường tự nhiên là điều không hề dễ dàng và đây vẫn là một nhiệm vụ chính đối với các nhà nghiên cứu vi sinh vật.
Nguồn dinh dưỡng và enzyme đóng góp cho quá trình tiêu hóa: Một số nghiên cứu cho rằng probiotic có tác dụng có lợi trong quá trình tiêu hóa của động vật thủy sản. Ở cá, người ta đã báo cáo rằng Bacteroides và Clostridium sp. đã góp phần cung cấp dinh dưỡng cho vật chủ bằng cách cung cấp axit béo và vitamin. Một số vi sinh vật như Agrobacteria sp., Pseudomonas sp., Brevibacteria sp., Microbacteria sp., và Staphylococcus sp. có thể đóng góp vào quá trình cung cấp dinh dưỡng ở cá hồi Bắc Cực (Salvelinus alpinus). Ngoài ra, một số vi sinh vật có thể tham gia vào quá trình tiêu hóa của động vật hai mảnh vỏ bằng cách sản xuất các enzyme ngoại bào như protease, lipase cũng như cung cấp các yếu tố tăng trưởng cần thiết. Những quan sát tương tự đã được báo cáo đối với hệ vi sinh vật của tôm penaeid giai đoạn trưởng thành (Penaeus chinensis), trong đó có sự tồn tại của các enzyme để tiêu hóa và tổng hợp các hợp chất được động vật hấp thụ. Hệ vi sinh vật có thể đóng vai trò là nguồn thực phẩm bổ sung và hoạt động của vi sinh vật trong đường tiêu hóa có thể là nguồn cung cấp vitamin hoặc axit amin thiết yếu.
Tăng cường phản ứng miễn dịch: Hệ thống miễn dịch không đặc hiệu có thể được kích thích bằng probiotic. Người ta đã chứng minh rằng việc bổ sung vi khuẩn Clostridium butyricum vào cá hồi vân thông qua đường miệng đã tăng cường khả năng chống lại bệnh Vibriosis của cá bằng cách tăng hoạt động thực bào của bạch cầu. Rengpipat và cộng sự (2000) đã báo cáo rằng việc sử dụng Bacillus sp. (chủng S11) đã cung cấp khả năng bảo vệ khỏi mầm bệnh bằng cách kích hoạt cả cơ chế phòng vệ miễn dịch tế bào và thể dịch ở tôm sú (Penaeus monodon). Balcazar (2003) đã chứng minh rằng việc sử dụng hỗn hợp các chủng vi khuẩn (Bacillus và Vibrio sp.) có ảnh hưởng tích cực đến sự tăng trưởng và tỷ lệ sống của tôm thẻ chân trắng giai đoạn juveniles và mang lại tác dụng bảo vệ giúp chống lại mầm bệnh Vibrio harveyi và virus gây hội chứng đốm trắng. Sự bảo vệ này là do sự kích thích của hệ thống miễn dịch, bằng cách tăng khả năng thực bào và hoạt động kháng khuẩn. Ngoài ra, Nikoskelainen và cộng sự (2003) đã chỉ ra rằng việc sử dụng vi khuẩn axit lactic Lactobacillus rhamnosus (chủng ATCC 53103) ở mức 10⁵ CFU/g thức ăn, đã kích thích sự bùng nổ hô hấp ở cá hồi vân (Oncorhynchus mykiss).
Ảnh hưởng đến chất lượng nước: Probiotic còn giúp cải thiện chất lượng nước trong ao nuôi trồng thủy sản. Điều này là do khả năng của vi khuẩn probiotic tham gia vào quá trình luân chuyển chất dinh dưỡng hữu cơ trong ao. Tuy nhiên, có rất ít trường hợp được ghi chép khoa học về việc vi khuẩn hỗ trợ tăng cường sinh học, ngoại trừ trường hợp đáng chú ý là điều chỉnh cân bằng NH₃/NO₂/NO₃, trong đó vi khuẩn nitrat hóa được sử dụng để loại bỏ NH₃ (và NO₂) độc hại. Cá thải chất thải nitơ dưới dạng NH₃ hoặc NH₄+ dẫn đến sự tích tụ nhanh chóng các hợp chất amoniac có độc tính cao đối với cá. Ngược lại, nitrat ít độc hơn nhiều khi chịu được ở nồng độ vài nghìn mg trên mỗi lít. Một số vi khuẩn, ví dụ: Nitrosomonas, chuyển đổi amoniac thành nitrit và các vi khuẩn khác, ví dụ: Nitrobacter, tiếp tục khoáng hóa nitrit thành nitrat. Vi khuẩn nitrat hóa bài tiết polyme, cho phép chúng liên kết với các bề mặt và hình thành màng sinh học. Các hệ thống tuần hoàn phải sử dụng bộ lọc sinh học để loại bỏ amoniac, và Skjolstrup và cộng sự (1998) đã chứng minh mức giảm 50% cả amoniac và nitrit trong bộ lọc sinh học tầng sôi trong hệ thống tuần hoàn nuôi cá hồi vân. Vi khuẩn khử lưu huỳnh oxy hóa carbon hữu cơ bằng cách sử dụng lưu huỳnh làm nguồn oxy phân tử. Ion hydro được giải phóng khi các mảnh carbon hữu cơ bị oxy hóa được kết hợp với sunfat để tạo thành sunfua ít độc hơn đối với động vật thủy sinh. Vi khuẩn khử khí mêtan sử dụng carbon dioxide làm nguồn oxy phân tử. Khí mê-tan khuếch tán vào không khí và do đó cải thiện chất lượng nước.
Tương tác với thực vật phù du: Vi khuẩn probiotic có tác dụng diệt khuẩn đáng kể đối với nhiều loài vi tảo, đặc biệt là sinh vật phù du gây hiện tượng thủy triều đỏ. Vi khuẩn đối kháng với tảo sẽ là điều không mong muốn xảy ra trong kỹ thuật nuôi ấu trùng nước xanh trong trại giống, nơi nuôi cấy và bổ sung tảo đơn bào, nhưng sẽ có lợi khi các loài tảo không mong muốn được phát triển trong ao nuôi.
Hoạt tính kháng vi-rút: Một số vi khuẩn được sử dụng làm probiotic có hoạt tính kháng vi-rút. Mặc dù cơ chế chính xác mà những vi khuẩn này thực hiện vẫn chưa được hiểu rõ, nhưng các xét nghiệm trong phòng thí nghiệm chỉ ra rằng sự bất hoạt của virus có thể xảy ra bởi các chất hóa học và sinh học, như chất chiết xuất từ tảo biển và các tác nhân ngoại bào của vi khuẩn. Người ta đã báo cáo rằng các chủng Pseudomonas sp., Vibrios sp., Aeromonas sp., và các nhóm coryneforms phân lập từ các trại giống cá hồi, cho thấy hoạt động kháng với virus, chống lại virus gây hoại tử cơ quan tạo máu (IHNV) với mức giảm mảng bám hơn 50%. Girones và cộng sự (1989) báo cáo rằng một loại vi khuẩn biển, được phân loại tạm thời vào chi Moraxella, cho thấy khả năng kháng virus, với độ đặc hiệu cao đối với virus gây bệnh bại liệt.

Xu hướng nghiên cứu probiotic gần đây trong nuôi trồng thủy sản đặc biệt liên quan đến nuôi tôm

Trong nuôi trồng thủy sản, probiotic đã được thử nghiệm trong nuôi ấu trùng tôm. Một số vi khuẩn tốt/ có lợi, ví dụ: các chủng phân lập không gây bệnh của Vibrio alginolyticus, B. subtilis, v.v. có thể được tiêm vào tôm nuôi với mục đích ngăn chặn các vi khuẩn Vibrio gây bệnh, như Vibrio harveyi, V. parahaemolyticus và V. splendidus, từ đó làm giảm sự xâm nhập cơ hội của các vi khuẩn này.

Trong một nghiên cứu trên tôm sú, việc tiêm chủng Bacillus S11, một chủng hoại sinh, đã mang lại tỷ lệ sống cao hơn đối với hậu ấu trùng tôm sú P. monodon vốn bị cảm nhiễm bởi vi khuẩn phát quang gây bệnh. Thử nghiệm cho ăn kéo dài 100 ngày sử dụng hỗn hợp Lactobacillus spp. phân lập từ đường tiêu hóa của gà đã cải thiện tốc độ tăng trưởng và tỷ lệ sống của tôm sú P. monodon giai đoạn juvenile. Gần đây, sự phát triển của vi khuẩn V. harveyi gây bệnh đã được kiểm soát nhờ tác dụng của probiotic Bacillus subtilis BT23 trong điều kiện in vitro và in vivo. Khả năng kháng bệnh được cải thiện sau khi cho tôm sú P. monodon giai đoạn tiếp xúc với B. subtilis BT23, phân lập từ ao nuôi tôm, với mật độ 10⁶-10⁸ tế bào/ml, trong 6 ngày trước khi cảm nhiễm với V. harveyi ở mật độ 10³-10⁴ tế bào/ml trong 1 giờ, với tỷ lệ chết tích lũy giảm 90%. Tác dụng của probiotic đối với tôm thẻ chân trắng L. vannamei đã được báo cáo bằng cách sử dụng ba chủng phân lập từ gan tụy của tôm. Các chủng này được xác định là Vibrio P62, Vibrio P63 và Bacillus P64, và đạt tỷ lệ ức chế V. harveyi S2 trong điều kiện in vivo lần lượt là 83, 60 và 58%. Các phân tích mô học sau thử nghiệm xâm chiếm và tương tác đã xác nhận rằng các chủng probiotic không có tác dụng gây bệnh cho vật chủ. Ngoài ra, Pseudomonas sp. PM 11 và V. fluvialis PM 17 đã được chọn làm probiotic tiềm năng, được phân lập từ ruột tôm sú nuôi trong trang trại nhờ khả năng tiết ra các enzyme tiêu hóa phân tử vĩ mô ngoại bào. Tuy nhiên, khi tôm được xử lý bằng từng chủng probiotic, việc ước tính các chỉ số miễn dịch như số lượng tế bào máu, phenol oxydase và hoạt tính kháng khuẩn cho thấy xu hướng giảm dần. Có thể những vi khuẩn này không xâm chiếm được đường ruột nên không giúp cải thiện hệ thống miễn dịch của tôm. Người ta biết rằng sự xâm chiếm của hệ vi sinh vật cụ thể trong ruột có thể đóng vai trò cân bằng hệ thống miễn dịch niêm mạc ruột, điều này có thể góp phần tạo ra và duy trì khả năng dung nạp miễn dịch hoặc ức chế các phản ứng không được kiểm soát do mầm bệnh gây ra ở vật chủ.

Khuyến cáo sử dụng probiotic

SEAFDEC (Trung tâm Phát triển Thủy sản Đông Nam Á) kết hợp với ASAN (Hiệp hội các quốc gia Đông Nam Á) đã hợp tác nghiên cứu và công bố các hướng dẫn sản xuất tôm bền vững. Ấn phẩm của họ có tựa đề “Các kế hoạch thân thiện với môi trường trong nuôi tôm thâm canh”, khuyến nghị áp dụng probiotic cho cả ao nuôi thương phẩm và hồ chứa để chất lượng nước nuôi luôn được duy trì trong suốt chu kỳ sản xuất. Ngoài ra, cả hai tổ chức này cũng khuyến nghị các cân nhắc quản lý ao khác bao gồm việc thả tôm đã được chứng nhận không mắc bất kỳ mầm bệnh cụ thể nào, như bệnh đốm trắng, bởi các phòng thí nghiệm chẩn đoán được trang bị PCR.

Hạn chế sử dụng probiotic

Probiotic có thể được sử dụng trước như một công cụ phòng ngừa. Chúng có thể ngăn ngừa bệnh thay vì là điều trị bệnh. Chúng có thể được thiết lập tốt trong các hệ thống nước tĩnh hoặc thay nước thấp (hệ thống tuần hoàn). Chúng có hiệu quả nếu được áp dụng ngay khi môi trường nước được khử trùng trước khi bị nhiễm các vi khuẩn khác. Trong quá trình sử dụng probiotic không được sử dụng bất kỳ loại hóa chất hoặc thuốc nào khác để điều trị các bệnh như bệnh nấm, ký sinh protizoan do vi khuẩn gây ra. Những probiotic này có thể dễ dàng bị phá hủy bởi bất kỳ hóa chất hoặc thuốc nào khác, vì hóa chất và thuốc thường cản trở sự hình thành các vi khuẩn có ích.

Triển vọng tương lai

Mặc dù một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng khái niệm probiotic có tiềm năng trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản nhưng vẫn cần thêm nhiều nghiên cứu mới. Một số dữ liệu hứa hẹn nhất bắt nguồn từ các thử nghiệm thực địa, trong đó việc bổ sung probiotic vào nước một cách thường xuyên sẽ làm tăng tỷ lệ sống của cá hoặc động vật giáp xác. Nhiều câu hỏi vẫn chưa được giải đáp liên quan đến việc sử dụng probiotic trong nuôi trồng thủy sản. Vẫn chưa rõ liệu chúng có hiệu quả hay không và nếu có thì chúng có tác dụng như thế nào. Chúng hoạt động như một loại thực phẩm hay chúng đang cạnh tranh với các vi khuẩn có hại? Probiotic sẽ hoạt động như thế nào khi xảy ra tình huống căng thẳng và ấu trùng bị suy yếu? Liệu chúng có thể trở thành mầm bệnh hay không, ví dụ như V. alginolyticus đã được đề xuất là vi khuẩn probiont nhưng các chủng vi khuẩn khác của dòng này có liên quan đến bệnh vibriosis ở tôm? Làm thế nào để phân biệt được một chủng probiotic với một chủng có khả năng gây bệnh? Nhiều câu hỏi trong số này vẫn chưa được trả lời, không chỉ đối với probiotic mà còn đối với vi khuẩn liên quan đến sinh vật dưới nước trong điều kiện nuôi cấy. Điều quan trọng là phải xác định được các cơ chế liên quan đến tác dụng của probiotic dưới điều kiện in vivo.

Một số khái niệm đi xa đến mức khi tuyên bố rằng “nếu không có mối quan hệ nhân quả cụ thể có thể được chứng minh một cách khoa học, thì việc sử dụng probiotic vẫn còn gây tranh cãi và không nên được ủng hộ bởi cộng đồng khoa học”. Ngay cả với thái độ ít khắt khe hơn một chút, việc hiểu rõ các cơ chế vẫn là yêu cầu bắt buộc đối với bất kỳ mục đích sử dụng thương mại lâu dài nào, vì điều này là cần thiết để xác định bất kỳ tác dụng phụ nào có thể xảy ra đối với môi trường, ví dụ: Việc bổ sung probiotic có làm thay đổi quần thể vi sinh vật khi sử dụng lâu dài hay không và điều này sau đó có ảnh hưởng đến sự luân chuyển các hợp chất hữu cơ và vô cơ trong môi trường cụ thể hay không. Do đó, tác dụng kháng vi khuẩn của một số loài Bacillus và Pseudomonas là do sản xuất kháng sinh, và đây rõ ràng không phải là con đường khả thi trong nỗ lực tìm kiếm chất thay thế không dùng kháng sinh để kiểm soát dịch bệnh. Sự hiểu biết về (các) cơ chế trong điều kiện in vivo cũng sẽ cho phép lựa chọn các probiont tiềm năng một cách hiệu quả và thông minh hơn nhiều.

Cho đến nay, vẫn chưa có nghiên cứu nào so sánh một cách nghiêm túc sự đối kháng in vitro và in vivo. Do đó, người ta không biết liệu việc sàng lọc hàng nghìn chủng phân lập về hoạt tính đối kháng trong xét nghiệm in vitro có ý nghĩa gì đối với tác dụng in vivo của chúng hay không. Việc xác định cơ chế hoạt động không phải là một nhiệm vụ dễ dàng, tuy nhiên vẫn tồn tại một số lựa chọn. So sánh các đặc điểm kiểu hình và khả năng ức chế mầm bệnh (chống lại nấm gây bệnh trên thực vật) của Pseudomonads đã chỉ ra rằng đối với một số chủng, việc sản xuất xyanua là quan trọng. Các chủng đột biến, ví dụ: được xây dựng bằng phương pháp gây đột biến transposon ngẫu nhiên, có thể cho phép xác định các dòng vô tính không có tác dụng phòng bệnh. Việc nhân bản và giải trình tự các gen bị ảnh hưởng bởi đột biến sau đó có thể giúp làm rõ các cơ chế.

Người ta đã đưa ra giả thuyết rằng thải sắt rất quan trọng đối với sự đối kháng của Pseudomonads trong vùng rễ và giả thuyết này đã được kiểm tra bằng cách so sánh tác dụng ức chế bệnh dưới điều kiện in vivo của chủng dại và đột biến âm tính siderophore. Một khía cạnh cụ thể liên quan đến việc thử nghiệm các chủng vi khuẩn probiotic. Việc sử dụng các thử nghiệm thực địa trong điều kiện thực tế rõ ràng là thử nghiệm cuối cùng. Tuy nhiên, thường cần một bước trung gian về hệ thống mô hình lây nhiễm sử dụng vật chủ sống. Do sự biến đổi vốn có (sinh học) rất cao trong các hệ thống như vậy, các nghiên cứu lây nhiễm mô hình nên được thực hiện với số lần lặp lại đủ để cho phép xử lý thống kê thích hợp. Phải sử dụng các phân tích thường được sử dụng để mô tả và so sánh dữ liệu tỷ lệ sống. Ngay cả với những phân tích thống kê thích hợp hơn, sự phát triển của nguyên tắc probiotic sẽ được có lợi rất nhiều từ các mô hình lây nhiễm ổn định hơn. Cũng phải thừa nhận rằng một probiont cụ thể hoạt động hiệu quả trong một hệ thống này, có thể hoàn toàn không hiệu quả trong một hệ thống với mầm bệnh-vật chủ khác. Do đó, kiến thức chi tiết hơn về các tác nhân gây bệnh, các yếu tố độc lực và sự tương tác của chúng với vật chủ sẽ có tầm quan trọng rất lớn.

Các cách tiếp cận khác nhau đã được sử dụng để đưa probiont vào hệ thống. Sinh vật có thể ở trạng thái sống hoặc trạng thái đông khô. Nó có thể được thêm trực tiếp vào nước hoặc trộn vào thức ăn; thức ăn viên hoặc thức ăn sống. Không có bất kỳ thông tin nào về việc mỗi phương pháp điều trị này sẽ ảnh hưởng như thế nào đến khả năng sống của sinh vật hoặc tác dụng của probiotic. Kiến thức về các vị trí sinh sôi và xâm nhập của mầm bệnh sẽ hỗ trợ việc xác định liệu phương pháp bổ sung qua nước hay thức ăn là thích hợp nhất. Sự hiểu biết như vậy là cần thiết cho sự phát triển hơn nữa của công nghệ.

Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc điều trị một lần duy nhất bằng probiotic là không đủ và (các) sinh vật phải được bổ sung liên tục hơn; tuy nhiên, độ bền của hệ thống (ví dụ: nồng độ probiont cần thiết, tần suất bổ sung cần thiết, ảnh hưởng của việc thay đổi nhiệt độ, v.v.) vẫn chưa được ghi nhận.

Cuối cùng, vấn đề pháp lý phải được giải quyết. Việc xử lý bằng probiotic liệu có được phân loại là một vấn đề y tế (điều trị động vật) hay vấn đề môi trường (xử lý nước) và trong cả hai trường hợp, ai là người chịu trách nhiệm kiểm soát? Ngoài ra, chưa có phân tích chi phí-lợi ích nào được thực hiện. Mặc dù việc áp dụng probiotic có thể làm tăng chi phí nhưng cần phải nhấn mạnh rằng nếu sử dụng thành công, có thể mang lại lợi ích lớn hơn do sản lượng ổn định hơn và từ đó đạt hiệu quả cao hơn. Ngoài ra, vì một số cách sử dụng kháng sinh có thể bị cấm nên việc sử dụng probiotic có thể được quan tâm rộng rãi hơn.

Theo Maloy Kumar Sahu, N. S. Swarnakumar, K. Sivakumar, T. Thangaradjou, L. Kannan

Nguồn: https://www.academia.edu/3576818/Probiotics_in_aquaculture_importance_and_future_perspectives

Biên dịch: Huyền Thoại – Tôm Giống Gia Hóa Bình Minh

TÔM GIỐNG GIA HÓA – CHÌA KHÓA THÀNH CÔNG

Xem thêm:

Hoạt Động - Sự Kiện, Kỹ Thuật Nuôi