Các hạt nano là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho việc quản lý và giảm thiểu bệnh Vibriosis trong nuôi trồng thủy sản

Các hạt nano đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng sinh học, bao gồm cả tác nhân kháng khuẩn

Các tác giả đã xem xét các nghiên cứu đã công bố về bệnh Vibriosis và ứng dụng tiềm năng của các hạt nano trong sức khỏe nuôi trồng thủy sản. Các hạt nano đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng sinh học, bao gồm các tác nhân kháng khuẩn và một số có thể được sử dụng để kiểm soát bệnh ở các sinh vật thủy sinh. Có thể có tiềm năng đáng kể để sử dụng các hạt nano làm thuốc kháng khuẩn trong thời gian dài vì các hạt nano áp đặt nhiều cơ chế hoạt động đồng thời chống lại vi khuẩn, khiến vi khuẩn khó có thể kháng thuốc. Hình ảnh trên cho thấy tổn thương cơ ở tôm từ chủng V. alginolyticus có độc lực cao. Ảnh của Stephen G. Newman.

Vibriosis là một trong những bệnh phổ biến nhất trong nuôi trồng thủy sản biển, do vi khuẩn thuộc chi Vibrio gây ra. Đây là một bệnh dịch nguy hiểm ảnh hưởng đến cả các loài sinh vật biển hoang dã và nuôi trồng trên toàn thế giới. Sự phát triển nhanh chóng của ngành nuôi trồng thủy sản đã dẫn đến sự lây lan của Vibriosis, gây ra thiệt hại đáng kể cho ngành nuôi trồng thủy sản trên toàn cầu. Thuốc kháng sinh hiện là một trong những phương pháp điều trị được sử dụng rộng rãi nhất cho Vibriosis trong nuôi trồng thủy sản. Tuy nhiên, việc sử dụng kháng sinh không được kiểm soát đã dẫn đến sự gia tăng của vi khuẩn kháng thuốc.

Các phương pháp điều trị thay thế cho bệnh Vibriosis như tiêm vắc-xin đã cho thấy những tác động tích cực đáng kể; tuy nhiên, tiêm vắc-xin đôi khi có thể không hiệu quả về mặt chi phí do chi phí nhân công cao phát sinh từ việc tiêm vắc-xin nhiều lần hoặc thường xuyên. Probiotic đã được sử dụng như một phương pháp thay thế, nhưng rào cản lớn nhất nằm ở nồng độ probiotic chưa xác định cần được sử dụng để chúng được coi là có hiệu quả. Việc sử dụng probiotic cũng có thể dẫn đến việc bổ sung vi khuẩn không cần thiết vào nhóm vi khuẩn có sẵn trong động vật, điều này có thể gây ra ngộ độc vi khuẩn có thể làm trầm trọng thêm tình trạng suy nội tạng và chết. Các phương pháp thay thế mới chống lại bệnh Vibriosis bao gồm ứng dụng công nghệ nano.

Bài viết này – tóm tắt từ ấn phẩm gốc – (Sem, NAD et al. 2023. Quản lý và giảm thiểu bệnh Vibriosis trong nuôi trồng thủy sản: Các hạt nano là giải pháp thay thế đầy hứa hẹn. Int. J. Mol. Sci. 2023, 24 (16), 12542) – đánh giá các nghiên cứu đã công bố về bệnh Vibriosis và ứng dụng của các hạt nano trong nuôi trồng thủy sản.

Các hạt nano

Công nghệ nano là một trong những cải tiến phát triển nhanh nhất trong khoa học và công nghệ trong những năm gần đây và đã tạo ra sự phát triển to lớn. Các hạt nano là những vật liệu nhỏ có kích thước từ 1 đến 100 nm, thể hiện tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích lớn. Diện tích bề mặt lớn của các hạt nano khiến chúng phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như y sinh, phân phối thuốc, quang học và điện tử. Các hạt có kích thước nano có các đặc tính vật lý và hóa học độc đáo và đang trở thành vật liệu ngày càng quan trọng trong việc tạo ra các thiết bị nano mới cho nhiều ứng dụng sinh học khác nhau.

Sự hấp dẫn của các hạt nano này đối với các ứng dụng sinh học xuất phát từ các đặc điểm quan trọng và riêng biệt của chúng, chẳng hạn như tỷ lệ bề mặt trên khối lượng cao hơn đáng kể so với các hạt khác, các đặc tính lượng tử của chúng và khả năng hấp thụ và vận chuyển các hợp chất khác. Các hạt nano có diện tích bề mặt lớn cho phép chúng liên kết, hấp thụ và vận chuyển các phân tử khác như thuốc, đầu dò và protein.

Các hạt nano, như một kỹ thuật mới mẻ và sáng tạo, có nhiều ứng dụng và tiềm năng to lớn trong nuôi trồng thủy sản. Các hạt nano gần đây đã được phát hiện có tiềm năng trong việc ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn. Việc xử lý bằng các hạt nano đã được chứng minh là có hiệu quả làm giảm hầu hết các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn, với nguy cơ vi khuẩn kháng thuốc là tối thiểu. Tính chất kháng khuẩn là một trong những công dụng phổ biến nhất của các hạt nano. Mặc dù các hạt nano được phát hiện có khả năng ức chế Vibrio spp. hiệu quả, nhưng độc tính của chúng đối với các sinh vật dưới nước phải được đánh giá. Nghiên cứu về các hạt nano trong các sinh vật dưới nước vẫn còn thiếu. Sẽ cần nghiên cứu sâu rộng về nguy cơ tích tụ ở động vật cũng như tính bền vững về mặt kinh tế của sản xuất và ứng dụng quy mô lớn.

Hạt nano bạc

Các hạt nano bạc (AgNP) đã trở nên phổ biến như một trong những hạt nano thành công nhất trong nhiều lĩnh vực, thể hiện thành tựu lớn nhất là tác nhân kháng khuẩn. Trong một nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra hiệu quả ức chế của AgNP tổng hợp xanh từ chiết xuất lá Calotropis gigantea đối với vi khuẩn gây bệnh V. alginolyticus và kết quả cho thấy số lượng khuẩn lạc V. alginolyticus đã giảm thành công bằng cách tăng nồng độ AgNP.

Ở nồng độ AgNP 5 µg/mL, số lượng khuẩn lạc giảm và ở nồng độ AgNP 20 µg/mL, V. alginolyticus bị ức chế hoàn toàn. Ngoài ra, xử lý bằng AgNP có hiệu quả kiểm soát V. alginolyticus ở tôm ngâm nước muối, với báo cáo rằng các nuôi cấy Artemia bị nhiễm được xử lý bằng AgNP (10 µg/mL) có tỷ lệ sống sót cao hơn so với những nuôi cấy không được xử lý bằng AgNP.

Trong một nghiên cứu khác, tính chất kháng khuẩn của AgNPs có hai kích thước khác nhau (16,62 và 22,22 nm) đã được thử nghiệm trên V. harveyi. Kết quả cho thấy AgNPs nhỏ hơn có hoạt tính kháng khuẩn mạnh hơn đối với vi khuẩn so với các hạt nano lớn hơn. Những phát hiện này chứng minh rằng AgNPs có tiềm năng là tác nhân kháng khuẩn để giảm sự phát triển của vi khuẩn ở các loài nuôi.

Các nhà nghiên cứu khác báo cáo rằng V. parahaemolyticus và Salmonella typhimurium bị ức chế bởi AgNP với nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) lần lượt là 3,12 và 12,5 µg trên mL. Kiểm tra bằng kính hiển vi điện tử quét cho thấy AgNP gây ra những thay đổi về cấu trúc và hình thái, cũng như phá vỡ tính toàn vẹn của màng vi khuẩn. Điện tích bề mặt dương của các hạt nano được liên kết tĩnh điện với điện tích âm của màng tế bào, thúc đẩy sự kết dính màng của các hạt nano. Một sự thay đổi hình thái rõ ràng đã xảy ra do sự tương tác, được đặc trưng thêm bởi sự co lại của tế bào chất và sự phá vỡ màng tế bào.

Hạt nano vàng

Trong số các hạt kim loại ổn định và đầy hứa hẹn nhất là hạt nano vàng (AuNP). Do tính tương thích sinh học tuyệt vời và bản chất lành tính của chúng, AuNP gần đây đã thu hút được nhiều sự chú ý. Tiềm năng bảo vệ của AuNP dùng đường uống chống lại V. parahaemolyticus ở tôm thẻ chân trắng đã được nghiên cứu. AuNP được cho tôm dùng với liều lượng duy nhất là 0,2, 2 và 20 µg trên một gam thức ăn. AuNP ở mức 2 µg trên một gam đã làm giảm thành công tổn thương mô bệnh học và tăng cường khả năng sống sót (80 phần trăm) ở tôm bị nhiễm V. parahaemolyticus. Việc dùng AuNP cho tôm không gây ra bất kỳ trường hợp tử vong hoặc triệu chứng ngộ độc nào.

Các nhà nghiên cứu khác báo cáo rằng quá trình tổng hợp AuNP xanh từ tảo đỏ biển Acanthophora spicifera cho thấy hoạt tính kháng khuẩn chống lại V. harveyi và Staphylococcus aureus. Các As-AuNP sinh tổng hợp ở các nồng độ khác nhau là 25, 50, 75 và 100 µg trên mL có hiệu quả hơn đối với V. harveyi so với S. aureus về mặt hoạt tính kháng khuẩn. Vi khuẩn được xử lý bằng nồng độ As-AuNP cao nhất (100 µg trên mL) cho thấy hoạt động rò rỉ protein tăng đáng kể.

Trong một nghiên cứu khác, polysaccharide fucoidan biển từ Fucus vesiculosus đã được sử dụng để tổng hợp các hạt nano vàng (Fu-AuNP) và hiệu quả kháng khuẩn đã được đánh giá thêm đối với Aeromonas hydrophila ở cá rô phi. Ở mức 100 µg trên mL, hạt nano vàng tổng hợp này cho thấy hiệu quả kháng khuẩn tốt hơn đáng kể đối với A. hydrophila so với kháng sinh thương mại chloramphenicol. Tỷ lệ chết của cá bị nhiễm bệnh được điều trị bằng hạt nano này thấp hơn đáng kể so với cá bị nhiễm bệnh không được điều trị.

AuNP có thể tăng cường tác dụng kháng khuẩn khi kết hợp với kháng sinh. Người ta đã báo cáo rằng các hạt nano vàng chứa cefotaxime (C-AuNP) có đặc tính kháng khuẩn mạnh hơn cefotaxime tự do và AuNP. Điều này được cho là do AuNP bao gồm một lượng đáng kể cefotaxime, dễ dàng được vi khuẩn hấp thụ và không bị phân hủy nhiều bởi các enzyme của vi khuẩn. Tác dụng kháng khuẩn của AuNP có thể là kết quả của khả năng làm hỏng DNA của vi khuẩn, rất có thể là thông qua tiếp xúc trực tiếp và ngăn chặn quá trình tháo xoắn trong quá trình phiên mã.

Các hạt nano khác

Trong số các hạt nano vàng, bạc, palađi, vonfram và các kim loại chuyển tiếp khác đang được nghiên cứu, hạt nano đồng là loại rẻ nhất. Các nhà nghiên cứu báo cáo rằng các hạt nano đồng tổng hợp (CuNP) cho thấy tác dụng kháng khuẩn mạnh đối với một số loại vibrio, bao gồm cả V. harveyi, V. parahaemolyticus  và V. vulnificus, và CuNP có thể là ứng cử viên điều trị phù hợp cho bệnh Vibriosis trong nuôi trồng thủy sản.

Trong các nghiên cứu in vitro và in vivo khác, các nhà khoa học đã nghiên cứu tác động của CuNP lên nhiều loại vi khuẩn gây bệnh khác nhau và kết quả cho thấy tỷ lệ sống sót của Artemia salina tăng đáng kể khi chống lại A. hydrophila, V. alginolyticus  và V. parahaemolyticus, chứng minh tác dụng không độc hại của CuNP với tỷ lệ sống sót là 100%. Một cơ chế có thể có cho chế độ hoạt động của các hạt nano đồng oxit chống lại E. coli đã được các nghiên cứu khác đề xuất. Các nhà nghiên cứu khác báo cáo rằng các hạt nano oxit đồng được hấp thụ vào bề mặt tế bào, làm phân hủy thành tế bào và cuối cùng làm hỏng màng tế bào, dẫn đến tăng tính thấm của màng tế bào và làm giảm khả năng sống của vi khuẩn trong dung dịch oxit đồng.

Kẽm oxit (ZnO) là một chất bán dẫn có những đặc tính độc đáo bao gồm năng lượng liên kết kích thích mạnh và khoảng cách băng rộng, đã thu hút được nhiều sự quan tâm và được sử dụng trong nhiều ứng dụng như cảm biến khí, cảm biến sinh học, chất xúc tác quang, pin mặt trời và tác nhân kháng khuẩn. ZnO là một vật liệu nano đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) chấp thuận và thường được coi là an toàn, hiệu quả và không độc hại ở nồng độ thấp. Nhiều nghiên cứu khác nhau đã chỉ ra hoạt động hiệu quả kháng khuẩn đáng kể của ZnO đối với V. harveyi, V. parahaemolyticus và các vi khuẩn khác.

Thảo luận

Ngành nuôi trồng thủy sản liên tục phải đối mặt với bệnh Vibriosis do tính không đồng nhất và khả năng thích nghi của Vibrio, cũng như sự hiện diện phong phú của nó trong môi trường biển. Thuốc kháng sinh, vắc-xin, chế phẩm sinh học và liệu pháp thực vật hiện có đều có những điểm yếu riêng. Do đó, việc phát triển các biện pháp điều trị và phòng ngừa hiệu quả mới cho bệnh Vibriosis nên được ưu tiên. Các kỹ thuật nuôi trồng thủy sản truyền thống mang đến cơ hội cho nghiên cứu và phát triển công nghệ nano.

Các hạt nano đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng sinh học, bao gồm các tác nhân kháng khuẩn, và có khả năng sử dụng các hạt nano để kiểm soát bệnh ở các sinh vật thủy sinh. Có thể có tiềm năng có giá trị trong việc sử dụng các hạt nano làm thuốc kháng khuẩn trong thời gian dài vì các hạt nano áp đặt nhiều cơ chế hoạt động đồng thời chống lại vi khuẩn, khiến vi khuẩn khó có thể kháng thuốc.

Mặc dù các hạt nano đã được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau, một số vấn đề phát sinh trong quá trình sử dụng các hạt nano. Việc ứng dụng các hạt nano bị hạn chế do tính độc hại, tính ổn định và tính an toàn của chúng và có một số lo ngại về tác động của các hạt nano đối với sức khỏe con người và môi trường, vì những người lao động trong ngành công nghệ nano có nhiều khả năng tiếp xúc với các hạt nano trong quá trình sản xuất, vận chuyển và ứng dụng vật liệu. Khi các ứng dụng hạt nano phát triển mạnh trong vô số ngành công nghiệp, nguy cơ tiếp xúc với các hạt nano qua da, hít phải và nuốt phải các hạt nano cao hơn, điều này có thể khiến các hạt nano này đi vào máu, với các tác động tiêu cực chưa biết đến đối với các cơ quan quan trọng. Cần phải nghiên cứu thêm.

Theo Suhaili Shamsi

Nguồn: https://www.globalseafood.org/advocate/nanoparticles-are-a-promising-alternative-for-the-management-and-mitigation-of-Vibriosis-in-aquaculturenanoparticles-are-a-promising-alternative-for-the-management-and-mitigation-of-Vibriosis-in-aquac/

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

TÔM GIỐNG GIA HÓA – CHÌA KHÓA THÀNH CÔNG

Xem thêm:

• Phần 3: HƯỚNG DẪN NUÔI SINH KHỐI ROTIFER
• Loại muối, đường bổ sung và loại hệ thống trong RAS thâm canh đối với sản xuất tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei)
• Thay thế bột cá bằng bột côn trùng đã khử chất béo (giun vàng Tenebrio molitor) cải thiện sự tăng trưởng và khả năng miễn dịch của tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei)