Các Liệu Pháp Dựa Trên RNAi chống Lại Bệnh Do Virus Ở Tôm Như Thế Nào?

Xem xét các nguyên tắc của RNAi, ứng dụng của nó trong việc chống nhiễm vi-rút và tiến bộ đạt được trong liệu pháp dựa trên RNAi đối với các bệnh do vi-rút ở tôm

Các tác giả thảo luận về khả năng ứng dụng các liệu pháp dựa trên RNAi để chống nhiễm virus trên tôm, những tiến bộ hiện nay đạt được trong liệu pháp dựa trên RNAi cũng như những thách thức và triển vọng của phương pháp đổi mới này. Ảnh của Darryl Jory.

Bệnh tôm đặt ra những thách thức lớn cho ngành nuôi tôm và gây ra thiệt hại kinh tế nặng nề trên toàn thế giới. Các tác nhân truyền nhiễm như vi khuẩn, nấm và vi rút đã được chứng minh là nguyên nhân chính khiến quần thể tôm suy giảm. Phần lớn các bệnh ở tôm là do nhiễm virus và tác động tiêu cực của chúng mạnh hơn gần bốn lần so với các bệnh do vi khuẩn.

Các biện pháp quản lý trang trại nuôi tôm đúng cách có thể ngăn chặn sự lây lan của các bệnh do ký sinh trùng và vi khuẩn, nhưng phương pháp phòng ngừa này có thể không hiệu quả đối với các bệnh do vi-rút . Các phương pháp tiếp cận thông thường để quản lý bệnh tật, bao gồm kháng sinh và vắc xin có những hạn chế về hiệu quả, tính đặc hiệu và tác động đến môi trường. Do đó, cần có các chiến lược điều trị sáng tạo có thể chống lại những căn bệnh này một cách hiệu quả đồng thời giảm thiểu tác động bất lợi của chúng.

Axit ribonucleic hay RNA, đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi các chỉ dẫn trong DNA của bộ gen thành các protein chức năng trong tế bào của sinh vật. Sự can thiệp RNA (RNAi) là một cơ chế tế bào điều chỉnh sự biểu hiện gen bằng cách ngăn chặn hoạt động của các gen cụ thể. Công nghệ RNAi đã thu hút được nhiều sự chú ý như một công cụ đầy hứa hẹn để điều trị bệnh cho tôm. Đó là một cơ chế điều chỉnh biểu hiện gen thông qua việc phân hủy hiệu quả các RNA thông tin mục tiêu (mRNA), dẫn đến làm bất hoạt các gen mục tiêu trong mầm bệnh và đưa ra một cách tiếp cận có mục tiêu để can thiệp vào quá trình sao chép và sinh bệnh học của các tác nhân lây nhiễm, khiến nó trở thành một giải pháp thay thế hấp dẫn cho các phương pháp kiểm soát dịch bệnh trong nuôi tôm.

Bài viết này – được tóm tắt từ ấn phẩm gốc (Alam, A. và cộng sự 2023. Liệu pháp dựa trên RNAi: Chống lại các bệnh do vi-rút  ở tôm. Virus 2023, 15(10), 2050) – trình bày tổng quan về tình hình hiện tại và các phương pháp tiếp cận sắp tới có liên quan đến việc sử dụng RNAi trong điều trị để chống lại các bệnh do vi-rút  ở tôm.

RNAi của Tôm là vũ khí chống virus

Ở hầu hết các loài giáp xác, cơ chế phân tử chính xác làm cơ sở cho phản ứng miễn dịch chống lại vi-rút  vẫn chưa được biết rõ. Do đó, điều quan trọng là phải hiểu cách thức vi-rút  xâm nhập và lây lan trong tôm cũng như sự tương tác giữa vật chủ và mầm bệnh ở cấp độ phân tử và tế bào để phát triển các chiến lược hiệu quả chống nhiễm vi-rút  ở tôm.

Việc phát hiện ra RNAi đã dẫn đến việc xác định các protein quan trọng liên quan đến con đường RNAi ở các loài như tôm sú (P. monodon), tôm thẻ chân trắng (L. vannamei) và tôm Kuruma (Marsupenaeus japonicus). Điều này khẳng định sự tồn tại của bộ máy RNAi ở tôm. Do đó, các chuỗi RNA sợi đôi (dsRNA) cụ thể có nguồn gốc từ gen của các mầm bệnh tôm có ý nghĩa kinh tế như IHHNV, TSV, WSSV và YHV đã được nhắm mục tiêu và tính hiệu quả của chúng trong việc cải thiện tỷ lệ sống của tôm và ngăn chặn sự nhân lên của vi-rút  đã được chứng minh.

Nhiều nghiên cứu đã cho thấy việc sử dụng DSRNA/siRNA đặc hiệu của mầm bệnh (một phân tử RNA sợi đôi không mã hóa; còn được gọi là RNA bất hoạt và RNA can thiệp ngắn) trước hoặc cùng lúc với cảm nhiễm vi-rút  có thể ức chế hiệu quả sự nhân lên của nhiều loài vi-rút  khác nhau. Ngược lại, việc cung cấp chất cảm ứng RNAi cho tôm đã bị nhiễm bệnh đã được chứng minh có thể có tác dụng điều trị. Theo các tài liệu hiện có, việc vô hiệu hóa đồng thời các protein cấu trúc và phi cấu trúc của vi-rút , cũng như nhắm mục tiêu vào cả gen của vật chủ và gen vi-rút , giúp cải thiện đáng kể phản ứng điều trị.

RNAi cung cấp một chiến lược thay thế phù hợp bằng cách làm suy giảm mRNA chịu trách nhiệm về các protein quan trọng của vi-rút , ngăn chặn hiệu quả việc sản xuất các hạt vi-rút  chức năng. Hiệu quả của RNAi đã được chứng minh trong việc chống lại các bệnh nhiễm vi-rút  khác nhau. Nhiều nghiên cứu liên quan đến việc ức chế mục tiêu các gen cụ thể đã sử dụng DSRNA theo trình tự cụ thể để ngăn chặn sự nhân lên của các loại vi-rút  gây bệnh quan trọng như TSV, IHHNV, YHV, WSSV, LSNV và GAV ở tôm.

Chiến lược phân phối của các phân tử RNAi

Phương pháp cung cấp các phân tử trị liệu trong liệu pháp dựa trên RNAi là mối quan tâm hàng đầu. Để hiểu rõ hơn về chức năng gen và quản lý bệnh ở các sinh vật thủy sinh khác nhau, điều cần thiết là phải tối ưu hóa các quy trình hiệu quả để đưa các phân tử RNA vào tế bào hoặc sinh vật. RNAi có tiềm năng lớn trong việc điều trị nhiều loại bệnh. Tuy nhiên, việc dịch mã thành công RNAi từ phòng thí nghiệm sang ứng dụng trong thế giới thực phải đối mặt với những thách thức trong việc đưa các phân tử RNA đến các tế bào cụ thể cần điều trị trong cơ thể sinh vật. Do có nhiều rào cản khác nhau tồn tại, cả bên trong và bên ngoài tế bào, đòi hỏi phải thiết kế cẩn thận các chiến lược phân phối.

Một loạt các kỹ thuật phân phối khác nhau đã được phát triển để vận chuyển hiệu quả các phân tử RNAi, cả trong môi trường phòng thí nghiệm và trong cơ thể sống. Những phương pháp này bao gồm điện di, vi tiêm, dùng đường miệng, hệ thống dựa trên polymer, hệ thống dựa trên protein và hạt nano lipid (Hình 1). Cách tiếp cận được chọn sẽ phụ thuộc vào mục tiêu của nghiên cứu, loại tế bào sẽ được nhắm mục tiêu và/hoặc khả năng tiếp cận của mục tiêu. Mỗi chiến lược phân phối đều có những lợi ích và hạn chế.

Việc phân phối các phân tử RNAi hiệu quả nhất đã đạt được bằng cách cho ăn vi khuẩn giàu DSRNA và hợp tử Artemia sống (tế bào trứng được thụ tinh từ sự kết hợp của trứng cái với tinh trùng đực) và đường miệng là phương pháp hứa hẹn nhất để cung cấp RNAi trong môi trường nước.

Những thách thức trong liệu pháp RNAi

RNAi đã được công nhận là một kỹ thuật hiệu quả để điều chỉnh chức năng gen và được coi là một phương pháp đầy hứa hẹn để kiểm soát mầm bệnh trong nuôi trồng thủy sản. Bất chấp sự quan tâm dành cho cơ chế sinh học ấn tượng này để điều chỉnh gen chính xác, một số thách thức và cân nhắc cần được giải quyết trước khi liệu pháp RNAi có thể được triển khai thực tế trong nuôi tôm. Những thách thức này bao gồm nguy cơ tác động ngoài mục tiêu, kích hoạt khả năng miễn dịch bẩm sinh và đặc biệt là việc sử dụng thành công các tác nhân RNAi trong cơ thể.

Đảm bảo tính đặc hiệu của các phân tử RNAi là rất quan trọng để tránh vô hiệu hóa ngoài ý muốn của các gen không phải mục tiêu. Các tác động ngoài mục tiêu, trong đó các gen ngoài ý muốn bị ức chế, có thể dẫn đến những hậu quả không mong muốn và tác dụng phụ tiềm ẩn. Tính đặc hiệu về mặt lý thuyết của RNAi chưa được nhận thức đầy đủ và các tác dụng ngoài mục tiêu là một thách thức đáng kể trong lĩnh vực trị liệu dựa trên RNAi. Tác động toàn diện của từng siRNA riêng lẻ lên toàn bộ bộ gen phần lớn chưa được biết rõ và khó dự đoán. Một số công cụ thiết kế tính toán đã được tạo ra để đánh giá một cách có hệ thống và chính xác tác động ngoài mục tiêu của RNAi giữa các trình tự cụ thể và gen mục tiêu.

Việc sử dụng hiệu quả các phân tử RNAi vào các tế bào hoặc mô cụ thể vẫn là một trở ngại lớn cho sự phát triển liệu pháp RNAi in vivo thành công và an toàn. Do đó, điều cơ bản là phải có các kỹ thuật phân phối phù hợp để tăng cường nồng độ các trình tự cụ thể trong tế bào và hỗ trợ giải phóng chúng vào trong tế bào. Việc lựa chọn vectơ phân phối không đúng cách có thể làm giảm hoạt động vô hiệu hóa gen, làm tăng các tác động ngoài mục tiêu và dẫn đến độc tính. Vượt qua các rào cản trong việc cung cấp tế bào và mô cụ thể là rất quan trọng để điều trị RNAi hiệu quả.

Một khía cạnh thực tế quan trọng khác cần phải được xem xét là khả năng một số loại vi-rút  nhất định có thể trốn tránh sự ức chế qua trung gian RNAi. Sự trốn tránh này có thể xảy ra do đột biến ở vùng mục tiêu và sự hiện diện của chất ức chế vi-rút. Để chống lại sự xuất hiện của vi-rút kháng thuốc, một chiến lược là nhắm mục tiêu đồng thời vào nhiều chuỗi vi-rút bằng cách sử dụng một nhóm trình tự RNAi và có các chiến lược khác.

Ngoài ra, các phân tử RNAi và các axit nucleic khác có khả năng kích hoạt phản ứng miễn dịch sự lây nhiễm của vi-rút , kích hoạt hệ thống interferon. Tính sinh miễn dịch (khả năng của một chất lạ, chẳng hạn như kháng nguyên, kích thích phản ứng miễn dịch trong cơ thể người hoặc động vật) của các phân tử RNAi, cùng với hệ thống phân phối được sử dụng, có thể dẫn đến phản ứng miễn dịch không mong muốn hoặc làm giảm hiệu quả điều trị.

Để đảm bảo sự thành công của liệu pháp RNAi, điều quan trọng là phải xử lý hiệu quả phản ứng miễn dịch và giảm thiểu mọi tác dụng phụ liên quan đến miễn dịch. Giải quyết những thách thức này thông qua nghiên cứu liên tục và tiến bộ công nghệ sẽ góp phần thực hiện thành công liệu pháp RNAi và tiềm năng như một phương pháp điều trị nhắm mục tiêu cho các bệnh khác nhau.

Thảo luận

RNAi cung cấp một công cụ mạnh mẽ để chống lại các bệnh nhiễm trùng do vi-rút, vi khuẩn và ký sinh trùng gây ra mối đe dọa lớn cho quần thể tôm. Bằng cách nhắm vào các gen cụ thể liên quan đến vòng đời của mầm bệnh hoặc phản ứng miễn dịch của tôm, RNAi có thể vô hiệu hóa một cách hiệu quả biểu hiện của các gen này, ức chế sự phát triển và nhân lên của mầm bệnh. Cách tiếp cận này có thể giúp giảm thiểu dịch bệnh bùng phát, giảm tỷ lệ chết và cải thiện sức khỏe tổng thể của đàn tôm. Ngoài ra, RNAi có thể được sử dụng để tăng cường hệ thống miễn dịch bẩm sinh của tôm, tăng cường sức đề kháng chống lại các mầm bệnh khác nhau.

Từ khám phá ban đầu đến các ứng dụng lâm sàng tiềm năng, những tiến bộ của công nghệ RNAi đều rất đáng chú ý. RNAi gần đây đã nổi lên như một công cụ mạnh mẽ để ức chế gen và hứa hẹn trong việc kiểm soát các bệnh do vi-rút  ở tôm. Sự phấn khích và mong đợi xung quanh RNAi là có cơ sở; tuy nhiên, có một số thách thức và cân nhắc cần được giải quyết để ứng dụng thực tế công nghệ hiện đại này trong nuôi trồng thủy sản. Chúng bao gồm việc thiết kế cẩn thận các cấu trúc RNA, tối ưu hóa liều lượng, lựa chọn chiến lược phân phối hiệu quả, thực hiện các sửa đổi hóa học để tăng cường tính ổn định và cải thiện sự hấp thu của tế bào.

Những phát hiện và hiểu biết sâu sắc được mô tả ở đây mang lại nhiều hứa hẹn cho liệu pháp dựa trên RNAi. Do ngày càng xuất hiện nhiều đợt bùng phát vi-rút trong quần thể tôm, nhu cầu cấp thiết là phải tăng cường các biện pháp điều trị để quản lý và kiểm soát hiệu quả các bệnh này. Nếu những thách thức được đề cập trước đó có thể được giải quyết một cách hợp lý và có hệ thống, thì các liệu pháp dựa trên RNAi có tiềm năng đáng kể trong việc chống lại các mầm bệnh vi-rút này trong nuôi tôm so với các phương pháp truyền thống, đặc biệt là về tính đặc hiệu, can thiệp có mục tiêu và giảm tác động đến môi trường.

Bất chấp những trở ngại phía trước, RNAi vẫn là con đường hứa hẹn nhất để phát triển các phương pháp điều trị sáng tạo và mạnh mẽ chống lại các bệnh do vi-rút ở tôm. Tuy nhiên, cần có những nỗ lực nghiên cứu và phát triển hơn nữa để vượt qua những thách thức hiện có và đưa giải pháp thay đổi đột phá này vào ứng dụng thực tế.

Theo Shahanoor Alam

Nguồn: https://www.globalseafood.org/advocate/how-rnai-based-therapies-combat-viral-shrimp-diseases/

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

TÔM GIỐNG GIA HÓA – CHÌA KHÓA THÀNH CÔNG

Xem thêm:

• Sự Phát Triển Trong Việc Sử Dụng Chế Phẩm Sinh Học Để Kiểm Soát Dịch Bệnh Trong Nuôi Trồng Thủy Sản
• Ảnh Hưởng Của Chế Phẩm Sinh Học Loài Bacillus (Bacillus subtilis Và B. licheniformis) Đến Chất Lượng Nước, Phản Ứng Miễn Dịch Và Sức Đề Kháng Của Tôm Chân Trắng (Litopenaeus vannamei) Chống Lại Nhiễm Nấm Fusarium solani
• Đối Mặt Với Nhu Cầu Nuôi Hải Sản Bền Vững Ngày Càng Tăng, Oman Cho Thử Nghiệm Nguồn Nước Nuôi Tôm Trên Sa Mạc