Phát Triển Vắc-Xin Vi Khuẩn Sống Bằng Cách Chọn Lọc Khả Năng Kháng Kháng Sinh

Việc lạm dụng kháng sinh ngày càng gia tăng đã thúc đẩy nhu cầu tìm kiếm những giải pháp thay thế hiệu quả trong kiểm soát dịch bệnh.

Nuôi trồng thủy sản hiện là ngành sản xuất thực phẩm tăng trưởng nhanh nhất trên toàn cầu. Dù vậy, lĩnh vực này đang chịu ảnh hưởng nặng nề từ các loại dịch bệnh, gây thiệt hại kinh tế lên đến hàng tỷ đô la mỗi năm. Trong đó, các bệnh do vi khuẩn là mối đe dọa chính, bao gồm bệnh liên cầu khuẩn do các vi khuẩn Gram dương dạng cầu như Streptococcus agalactiae và S. iniae, bệnh nhiễm trùng huyết đường ruột do vi khuẩn Gram âm dạng que Edwardsiella tarda, cùng với bệnh nhiễm trùng huyết do Aeromonas hydrophila gây ra.

Để kiểm soát các bệnh vi khuẩn trên cá, phương pháp phổ biến là sử dụng thức ăn có trộn kháng sinh đã được phê duyệt. Tuy nhiên, cách làm này vừa tốn kém vừa kém hiệu quả do cá bệnh thường giảm hoặc bỏ ăn. Bên cạnh đó, tại Hoa Kỳ hiện chỉ có ba loại kháng sinh được phép sử dụng trong nuôi trồng thủy sản, bao gồm oxytetracycline, sulfadimethoxine và florfenicol.

Việc phụ thuộc quá nhiều vào một số ít loại kháng sinh trong điều trị các bệnh do vi khuẩn trong nuôi trồng thủy sản đã làm gia tăng hiện tượng kháng thuốc ở nhiều mầm bệnh trên cá da trơnn phạm vi toàn cầu. Chính vì vậy, ngành nuôi trồng thủy sản đang rất cần những giải pháp kiểm soát thay thế hiệu quả và bền vững hơn.

Vắc-xin

Việc ứng dụng vắc-xin đang được xem là giải pháp thay thế hiệu quả nhằm kiểm soát và phòng ngừa các bệnh do vi khuẩn trong nuôi trồng thủy sản. Trong đó, nhóm vắc-xin vi khuẩn cho cá được nghiên cứu phổ biến nhất là các vắc-xin sử dụng vi khuẩn gây bệnh đã được bất hoạt bằng formalin hoặc xử lý nhiệt. Bên cạnh đó, vắc-xin protein tái tổ hợp và các dịch chiết từ vi khuẩn cũng đã chứng minh khả năng bảo vệ trước sự xâm nhiễm của tác nhân gây bệnh. Ngoài ra, vắc-xin sống giảm độc lực được ghi nhận có thể mang lại hiệu quả bảo vệ đáng kể đối với các bệnh do vi khuẩn.

Trong quá trình phát triển vắc-xin sống vi khuẩn, chiến lược tạo dòng kháng rifampicin đã được áp dụng thành công nhằm làm suy yếu các loài như E. ictaluri và Flavobacterium columnare. Tuy nhiên, khả năng sử dụng các hợp chất khác để làm suy yếu vi khuẩn phục vụ phát triển vắc-xin vẫn chưa được làm rõ.

Gossypol – một hợp chất tự nhiên chiết xuất từ cây bông được biết đến với khả năng gây đột biến DNA. Trong khi đó, novobiocin và ciprofloxacin là các loại kháng sinh phổ biến. Vì vậy, nghiên cứu này tập trung đánh giá hiệu quả của gossypol, proflavine hemisulfate, novobiocin và ciprofloxacin trong việc làm suy yếu vi khuẩn, hướng tới mục tiêu phát triển các loại vắc-xin mới.

Gây ra hiện tượng kháng thuốc ở vi khuẩn

Tất cả các chủng vi khuẩn trong nghiên cứu đều nhanh chóng hình thành khả năng kháng gossypol, tăng từ 250 đến 800 lần so với ban đầu (ở nồng độ chọn lọc 2 µg/mL). Ngược lại, khả năng kháng proflavine hemisulfate chỉ xuất hiện ở 33% vi khuẩn Gram âm (6/18) và 50% vi khuẩn Gram dương (10/20).

Cụ thể, các chủng Gram âm tăng khả năng kháng proflavine hemisulfate từ 16 đến 1.000 lần, trong khi các chủng Gram dương ghi nhận mức tăng cao hơn đáng kể, dao động từ 20.000 đến 80.000 lần. Khi sử dụng novobiocin làm tác nhân chọn lọc, cả vi khuẩn Gram âm và các chủng S. agalactiae Gram dương đều có thể phát triển tính kháng.

Mức độ kháng novobiocin ở vi khuẩn Gram âm tăng từ 64 đến 2.000 lần, còn ở các chủng S. agalactiae có thể đạt từ 256 đến 16.000.000 lần. Trái lại, S. iniae tỏ ra rất nhạy cảm với novobiocin, chỉ có hai chủng phát triển khả năng kháng với mức tăng lần lượt là 256.000 và 2.000.000 lần.

Tương tự, khi áp dụng ciprofloxacin để chọn lọc, toàn bộ vi khuẩn Gram âm cùng với phần lớn các chủng S. agalactiae đều hình thành tính kháng, trong khi S. iniae hầu như không thích nghi, chỉ ghi nhận một chủng duy nhất có mức kháng tăng 128 lần.

Độc tính của vi khuẩn đối với cá rô phi và cá da trơn

Tất cả các chủng vi khuẩn kháng gossypol đều thể hiện mức độ độc lực đối với cá rô phi, dao động từ tương đương đến chỉ thấp hơn nhẹ so với chủng ban đầu. Trong số 20 chủng kháng proflavine hemisulfate, có đến 18 chủng không gây độc khi được tiêm vào khoang bụng cá rô phi. Đối với 18 chủng kháng novobiocin, ghi nhận 4 chủng không gây độc cho cá da trơn.

Xét riêng nhóm 13 vi khuẩn Gram dương kháng novobiocin, có 3 chủng không gây bệnh cho cá rô phi. Trong số 12 chủng S. iniae hoặc S. agalactiae kháng ciprofloxacin, có 5 chủng không biểu hiện khả năng gây bệnh. Tương tự, trong 11 chủng vi khuẩn kháng ciprofloxacin, có 3 chủng được xác định là không gây bệnh cho cá da trơn.

Cá rô phi đã tiêm phòng, cá da trơn bị nhiễm các chủng vi khuẩn

Các chủng kháng proflavine hemisulfate đều không mang lại hiệu quả bảo vệ đáng kể cho cá rô phi sông Nile khi bị các vi khuẩn gây bệnh tấn công, với tỷ lệ sống sót tương đối dưới 33%. Trong số chín chủng S. iniae và S. agalactiae kháng novobiocin được đánh giá, có hai chủng thể hiện khả năng bảo vệ hoàn toàn (100%). Đối với bảy chủng kháng ciprofloxacin, chỉ ghi nhận hai chủng có hiệu quả bảo vệ, với tỷ lệ lần lượt đạt 88% và 63%.

Ở cá da trơn, hai chủng vi khuẩn kháng novobiocin cho thấy khả năng bảo vệ tuyệt đối (100%) trước tác nhân gây bệnh. Bên cạnh đó, trong số năm chủng A. hydrophila và E. tarda kháng ciprofloxacin được thử nghiệm, có ba chủng được xác định có thể bảo vệ hoàn toàn cá da trơn.

Nghiên cứu quy mô lớn hơn

Khi cá da trơn đã được tiêm phòng và sau đó bị thử thách với chủng E. tarda 30305 có độc lực cao, vắc-xin E. tarda 30305–novobiocin cho thấy hiệu quả bảo vệ tuyệt đối, đạt 100%. Tương tự, ở cá rô phi sông Nile đã được tiêm phòng, tỷ lệ sống sót tương đối sau khi nhiễm chủng vi khuẩn này ở thời điểm 14 và 28 ngày lần lượt đạt 100% và 92%. Đồng thời, tỷ lệ chết tích lũy của nhóm cá được tiêm vắc-xin E. tarda 30305–novobiocin ở các thời điểm đều thấp hơn rõ rệt so với nhóm đối chứng được tiêm giả dược bằng dung dịch tryptic soy broth.

Về tính an toàn, trong quá trình đánh giá vận chuyển ngược dòng, toàn bộ cá được tiêm vắc-xin E. tarda 30305–novo qua đường tiêm phúc mạc đều không ghi nhận trường hợp chết, dấu hiệu bệnh lý hay biểu hiện bất thường. Ngoài ra, không có cá chết nào được ghi nhận trong các thử nghiệm an toàn sau khi tiếp xúc với chủng E. tarda 30305–novo.

Kết luận

Trong nghiên cứu này, 38 chủng vi khuẩn đã được biến đổi bằng bốn loại hóa chất thông qua chiến lược tạo tính kháng. Kết quả cho thấy tất cả các chủng đều có khả năng phát triển mức kháng cao đối với gossypol, và không ghi nhận trường hợp nào bị suy yếu do đặc tính này. Ngược lại, dù phần lớn các chủng kháng proflavine hemisulfate có biểu hiện suy yếu, nhưng chúng lại không mang lại hiệu quả bảo vệ đáng kể cho cá.

Đối với nhóm vi khuẩn Gram dương, tám chủng kháng novobiocin hoặc ciprofloxacin đã được làm suy yếu, tuy nhiên không có chủng nào đạt hiệu quả bảo vệ vượt quá 70%. Trong khi đó, ở nhóm vi khuẩn Gram âm, trong số bảy chủng đã được làm suy yếu, chỉ duy nhất một chủng (E. tarda 30305 kháng novobiocin) được xác định là tương đối an toàn và mang lại hiệu quả cao.

Khi tiến hành tiêm vắc-xin từ chủng E. tarda 30305-novo cho cá rô phi sông Nile và sau đó gây nhiễm bằng chủng độc lực cao E. tarda 30305, tỷ lệ sống tương đối của cá sau 14 và 28 ngày lần lượt đạt 100% và 92%. Tương tự, loại vắc-xin này cũng giúp cá da trơn kênh đạt mức bảo vệ 100% trước sự tấn công của cùng chủng vi khuẩn độc lực cao.

Những kết quả này cho thấy việc phát triển vắc-xin vi khuẩn sống giảm độc lực vừa an toàn vừa hiệu quả là hoàn toàn khả thi, dù vẫn còn tồn tại nhiều thách thức cần tiếp tục nghiên cứu.

Theo Julia W. Pridgeon, Phillip Klesius

Nguồn: https://www.globalseafood.org/advocate/developing-live-bacterial-vaccines-selecting-resistance-to-antibacterials/

Biên dịch: Nguyễn Thị Quyên – Tôm Giống Gia Hóa Bình Minh

Xem thêm:

• Ảnh Hưởng Của Stress Trước Khi Giết Mổ Đến Chất Lượng Phi Lê Cá Rô Phi
• Đánh Giá TILV Và Tác Động Tiềm Tàng Của Nó Đối Với Sản Lượng Cá Rô Phi
• Nuôi Ghép Tôm Thẻ Chân Trắng, Cá Đù Đỏ Và Cá Rô Phi Trong Hệ Thống Biofloc: Sử Dụng Cá Rô Phi Làm Vật Tiêu Thụ Tổng Chất Rắn Lơ Lửng