Các Lựa Chọn Thay Thế Kháng Sinh Để Kiểm Soát Bệnh Do Vi Khuẩn Trong Nuôi Trồng Thủy Sản

Tóm tắt

Việc sử dụng rộng rãi và thường xuyên các loại kháng sinh trong nuôi trồng thủy sản đã dẫn đến sự phát triển và lan rộng tình trạng kháng kháng sinh. Nhận thức được những rủi ro về sức khoẻ liên quan đến việc sử dụng kháng sinh trong chăn nuôi, ngày càng có nhiều ý kiến cho rằng kháng sinh nên được sử dụng một cách cẩn thận hơn. Điều này được thể hiện qua việc thực hiện các quy định chặt chẽ hơn về việc sử dụng kháng sinh dự phòng và sự hiện diện của dư lượng kháng sinh trong sản phẩm nuôi trồng thủy sản. Để ngành nuôi trồng thủy sản có thể phát triển bền vững hơn nữa, cần có các chiến lược mới để kiểm soát việc nhiễm khuẩn. Đánh giá này xem xét một số biện pháp kiểm soát sinh học thay thế đã xuất hiện gần đây. Hầu hết các phương pháp này vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu; một số ít đã được thử nghiệm trong môi trường nuôi trồng thủy sản thực tế. Điều quan trọng là phải phát triển hơn nữa các chiến lược khác nhau có thể được sử dụng kết hợp hoặc sử dụng luân phiên nhằm tối đa hóa cơ hội bảo vệ thành công vật nuôi và ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn kháng thuốc.

Giới thiệu

Nuôi trồng thủy sản, bao gồm tất cả các hình thức nuôi động vật và thực vật thủy sinh trong môi trường nước ngọt, nước lợ và biển, là ngành sản xuất thực phẩm phát triển nhanh nhất trên toàn thế giới. Bùng phát dịch bệnh được coi là một hạn chế đáng kể đối với sự phát triển của ngành nuôi trồng thủy sản, với ước tính toàn cầu về thiệt hại do dịch bệnh gây ra vào khoảng vài tỷ USD mỗi năm. Môi trường dưới nước hỗ trợ cho vi khuẩn gây bệnh độc lập với vật chủ nhiều hơn so với môi trường trên cạn và do đó, vi khuẩn gây bệnh có thể đạt mật độ cao xung quanh động vật, sau đó động vật có thể ăn chúng thông qua thức ăn hoặc khi uống nước. Kết quả là, việc nuôi một số loài động vật thủy sản (đặc biệt là giai đoạn ấu trùng) trong nhiều trường hợp phải đối mặt với tỷ lệ sống không thể đoán trước bởi các mầm bệnh do vi khuẩn. Do đó, các chiến lược kiểm soát vi khuẩn gây bệnh là rất quan trọng cho sự phát triển hơn nữa của ngành nuôi trồng thủy sản.

Sử dụng kháng sinh và tình trạng kháng kháng sinh trong nuôi thủy sản

Giống như sản xuất động vật trên cạn, kháng sinh cũng được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản nhằm kiểm soát bệnh do vi khuẩn. Vấn đề quan trọng xảy ra khi các hợp chất này được sử dụng thường xuyên, ngay cả khi không có dấu hiệu bệnh rõ ràng. Ví dụ, Holmstrom và cộng sự (2003) đã báo cáo rằng trong số 76 người nuôi tôm mà họ phỏng vấn ở Thái Lan, thì có 56 người đã sử dụng thuốc kháng sinh. Hơn 10 loại kháng sinh khác nhau đã được sử dụng và hầu hết nông dân đều sử dụng kháng sinh dự phòng, một số nông dân sử dụng kháng sinh hàng ngày. Bảng 1 trình bày tổng quan về các nhóm kháng sinh chính được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản. Tuy nhiên, vẫn không thể thu thập được đầy đủ thông tin về tất cả các loại kháng sinh được sử dụng do thiếu dữ liệu có sẵn. Hơn nữa, rất ít quốc gia giám sát lượng kháng sinh được sử dụng trong chăn nuôi và dữ liệu về lượng kháng sinh được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản là rất hiếm. Ví dụ, Moriarty (1999) ước tính việc sử dụng kháng sinh trong trang trại nuôi tôm ở Thái Lan lên tới 500–600 tấn vào năm 1994. Một ước tính khác được Smith (2008) đưa ra gần đây cho thấy rằng có sự khác biệt lớn giữa các quốc gia, từ sản lượng 1 g/tấn ở Na Uy đến 700 g/tấn ở Việt Nam.

Việc sử dụng kháng sinh trong nuôi trồng thủy sản sẽ phụ thuộc vào quy định của địa phương và quy định này rất khác nhau giữa các quốc gia. Do ngày càng có nhiều người nhận thức được rằng kháng sinh nên được sử dụng một cách cẩn thận hơn, nên có xu hướng rằng các quy định nghiêm ngặt hơn sẽ được đưa ra đối với việc sử dụng kháng sinh trong ngành nuôi trồng thủy sản và sự hiện diện của dư lượng kháng sinh trong các sản phẩm nuôi trồng thủy sản. Ở một số nước (đặc biệt là Châu Âu, Bắc Mỹ và Nhật Bản), quy định về việc sử dụng kháng sinh rất nghiêm ngặt và chỉ có một số ít kháng sinh được cấp phép sử dụng trong nuôi trồng thủy sản. Tuy nhiên, phần lớn sản lượng nuôi trồng thủy sản toàn cầu ở các quốc gia không có hoặc có ít quy định hiệu quả. Ngoài các quy định về sử dụng kháng sinh trong nuôi trồng thủy sản, nhiều chính phủ trên thế giới đã ban hành Mức dư lượng tối đa (MRL) đối với các sản phẩm nuôi trồng thủy sản. Với việc thương mại sản phẩm nuôi trồng thủy sản trên toàn thế giới, cần lưu ý rằng các sản phẩm nuôi trồng thủy sản được xuất khẩu từ các quốc gia chưa có quy định đầy đủ cần phải tuân thủ quy định chặt chẽ hơn của các nước nhập khẩu về sự hiện diện của dư lượng kháng sinh. Tất cả các nước xuất khẩu cũng phải tuân thủ yêu cầu của hệ thống HACCP – Phân tích mối nguy và Kiểm soát điểm tới hạn trong thương mại quốc tế.

Bảng 1. Các nhóm kháng sinh khác nhau được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản, tầm quan trọng của chúng đối với y học con người và các ví dụ về vi khuẩn gây bệnh (đa) kháng thuốc được phân lập từ môi trường nuôi trồng thủy sản.

Việc sử dụng kháng sinh rộng rãi và thường xuyên trong nuôi trồng thủy sản ở quá khứ đã dẫn đến sự phát triển của tình trạng kháng thuốc của các tác nhân gây bệnh trong nuôi trồng thủy sản (xem Bảng 1 để biết ví dụ). Do đó, hiện nay, kháng sinh không còn hiệu quả trong điều trị các bệnh do vi khuẩn trong một số trường hợp. Ví dụ, Karunasagar và cộng sự (1994) đã báo cáo tỷ lệ chết hàng loạt ở ấu trùng tôm sú Penaeus monodon do các chủng Vibrio harveyi có nhiều khả năng kháng cotrimoxazole, chloramphenicol, erythromycin và streptomycin. Trong số các loại kháng sinh này, hai loại đầu tiên thường được sử dụng để dự phòng. Các yếu tố quyết định tình trạng kháng kháng sinh đã xuất hiện và/hoặc tiến hóa trong môi trường nuôi trồng thủy sản thường nằm trên các yếu tố di truyền có khả năng di chuyển. Thật vậy, các gen kháng thuốc đã được tìm thấy trên các plasmid và integron có thể chuyển giao trong vi khuẩn Aeromonas spp., Citrobacter spp., Edwardsiella spp., Photobacterium spp. và Vibrio spp.. Do đó, các yếu tố quyết định tính kháng này có thể được truyền bằng cách chuyển gen ngang sang vi khuẩn trong môi trường trên cạn, bao gồm cả mầm bệnh ở động vật và con người, như đã được báo cáo về Salmonella enterica serotype Typhimurium và Vibrio cholerae.

Hiện nay, các biện pháp bảo vệ vật nuôi thủy sản khỏi vi khuẩn gây bệnh mà không cần sử dụng kháng sinh đang được xây dựng và thử nghiệm. Một cách tiếp cận toàn diện, bao gồm mầm bệnh, vật chủ và môi trường, có thể sẽ mang lại hiệu quả về lâu dài (Hình 1). Đánh giá này quan điểm rằng kiểm soát sinh học và các biện pháp ngăn ngừa dịch bệnh là lựa chọn quản lý sức khỏe quan trọng nhất. Tuy nhiên, sẽ không thực tế nếu kỳ vọng rằng nhiễm trùng sẽ được ngăn chặn trong mọi trường hợp và do đó, cần có các kỹ thuật mới để kiểm soát vi khuẩn gây bệnh (cùng với việc sử dụng kháng sinh hợp lý) để giúp ngành bền vững hơn. Dưới đây, chúng ta sẽ thảo luận về một số chiến lược kiểm soát sinh học mới đầy hứa hẹn nhắm vào các tác nhân gây bệnh.

Hình 1. Bệnh là kết quả của sự mất cân bằng mong manh giữa vật chủ, mầm bệnh và môi trường. Do đó, các chiến lược ngăn ngừa và kiểm soát bệnh do vi khuẩn trong nuôi trồng thủy sản cần xem xét liên tục các khía cạnh khác nhau của mầm bệnh-vật chủ-môi trường. Các chiến lược tập trung vào vi khuẩn gây bệnh (không sử dụng kháng sinh) là trọng tâm của đánh giá này.

Tiêu diệt cụ thể vi khuẩn gây bệnh

Thực khuẩn thể

Một chiến lược thay thế để kiểm soát vi khuẩn gây bệnh liên quan đến việc sử dụng các chất kháng khuẩn cụ thể thay vì phổ rộng. Một ưu điểm quan trọng là chiến lược như vậy sẽ không ảnh hưởng đến vi khuẩn có lợi. Hơn nữa, do nhóm vi khuẩn có khả năng kháng thuốc sẽ nhỏ hơn, nên nguy cơ phát triển tình trạng kháng thuốc sẽ thấp hơn. Kỹ thuật đầu tiên để tiêu diệt cụ thể một mầm bệnh nhất định liên quan đến việc sử dụng thực khuẩn thể (virus xâm nhiễm vi khuẩn). Thực khuẩn thể (phage) được phát hiện là hiện tượng nhiễm virus của vi khuẩn vào đầu những năm 1920 và giá trị của chúng trong liệu pháp kháng khuẩn được công nhận gần như ngay lập tức. Đáng ngạc nhiên là chỉ gần đây các thể thực khuẩn mới được đề xuất làm phương pháp điều trị tiềm năng cho ngành nuôi trồng thủy sản.

Một số báo cáo gần đây đã mô tả việc phân lập phage của các tác nhân gây bệnh trong nuôi trồng thủy sản bao gồm Edwardsiella ictulari, Flavobacter psychrophilum và V. harveyi. Nhiều phage bị phân lập có tính đặc hiệu theo chủng hơn là theo loài. Ví dụ, Stenholm và cộng sự (2008) đã báo cáo rằng phạm vi vật chủ của 22 phage F. psychrophilum thay đổi từ 5 đến 23 trong số 28 chủng được thử nghiệm. Các tác giả cũng báo cáo rằng các chủng F. psychrophilum khác nhau cho thấy sự khác biệt lên tới 10⁷ lần về tính nhạy cảm với một phage cụ thể. Shivu và các cộng sự (2006) đã phân lập 7 phage từ trại giống và nước sông, và thử nghiệm phổ lytic của chúng đối với 183 chủng V. harveyi có nguồn gốc từ các vùng địa lý khác nhau. Họ phát hiện ra rằng các phage bị ly giải từ 15-69% số chủng. Không có phage nào có thể lây nhiễm sang các loài Vibrio khác. Các tác giả kết luận rằng các trại giống tôm sẽ là môi trường tốt để phân lập phage dùng làm phương pháp điều trị.

Các phage được sử dụng làm tác nhân kiểm soát sinh học trong nuôi trồng thủy sản nên được ưu tiên lựa chọn dựa trên khả năng lây nhiễm của chúng đối với nhiều chủng gây bệnh mục tiêu. Vinod và cộng sự (2006) đã phân lập phage từ nước nuôi tôm có hoạt tính ly giải chống lại 50 chủng phân lập V. harveyi. Phage này đã được thử nghiệm trong một trại giống thương mại về khả năng bảo vệ ấu trùng tôm sú (P. monodon) khỏi sự bùng phát tự nhiên của bệnh phát sáng do Vibrio. Phage tăng tỷ lệ sống của tôm từ 17 lên 86% sau 17 ngày và mang lại hiệu quả tốt hơn nhiều so với việc bổ sung kháng sinh hàng ngày (5 mg/l oxytetracyclin và 10 mg/l kanamycin), trong đó tỷ lệ sống của tôm chỉ đạt 40%.

Một hạn chế đối với việc sử dụng phage làm phương pháp điều trị là chúng có thể truyền các yếu tố độc lực. Do đó, trước khi sử dụng phage cho việc điều trị, điều quan trọng là phải kiểm tra xem chúng có mang gen độc lực nào không, và liệu chúng có an toàn khi sử dụng hay không. Vấn đề quan trọng thứ hai là sự phát triển nhanh chóng của khả năng kháng phage, khiến vi khuẩn có khả năng chống lại sự tấn công của phage. Vấn đề này có thể được khắc phục bằng cách thường xuyên phân lập các phage mới, sử dụng kết hợp các phage hoặc sử dụng các thành phần của phage (ví dụ lysin) thay vì các phage nguyên vẹn.

Ức chế sao chép nhiễm sắc thể II ở Vibrios

Kỹ thuật thứ hai nhắm mục tiêu cụ thể vào vi khuẩn Vibrio tận dụng sự phân chia bộ gen của Vibrio thành hai nhiễm sắc thể. RctB, yếu tố khởi đầu sao chép nhiễm sắc thể thứ hai nhỏ hơn, không có bất kỳ mô típ hoặc sự tương đồng nào đã biết với các yếu tố khởi đầu đặc trưng. Các chất tương đồng RctB được mã hóa bởi tất cả các loài Vibrios đã được thử nghiệm và không được tìm thấy bên ngoài Vibrionaceae, khiến nó trở thành mục tiêu tốt cho các biện pháp kiểm soát sinh học cụ thể. Trong một nghiên cứu thú vị gần đây, Yamaichi và cộng sự (2009) đã thực hiện sàng lọc thông lượng cao để xác định các chất ức chế phân tử nhỏ của RctB. Các tác giả đã xác định được một hợp chất, vibre-pin, có hoạt tính diệt khuẩn mạnh mẽ, chống lại V. cholerae và ức chế sự phát triển của tất cả các loài Vibrio được thử nghiệm, bao gồm cả các tác nhân gây bệnh trong nuôi trồng thủy sản Vibrio parahaemolyticus và Vibrio vulnificus.

Ức chế tăng trưởng: axit béo chuỗi ngắn và polyhydroxyalkanoates

Các chiến lược thay thế để kiểm soát vi khuẩn gây bệnh có thể nhằm mục đích ức chế sự phát triển của chúng thay vì tiêu diệt chúng. Về khía cạnh này, axit béo chuỗi ngắn hiện đang được sử dụng trong khẩu phần ăn của động vật thương mại (trên cạn) để kiểm soát mầm bệnh như Salmonella. Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy các hợp chất này cũng ức chế sự phát triển của vi khuẩn Vibrio gây bệnh và chúng có thể làm tăng tỷ lệ sống của tôm bị nhiễm Vibrio. Việc sử dụng axit béo chuỗi ngắn sẽ làm giảm độ pH trong ruột, tạo ra một quần thể vi sinh vật có lợi hơn trong đường tiêu hóa vì các mầm bệnh bạch cầu trung tính sẽ cạnh tranh kém hơn so với vi khuẩn ưa axit (như vi khuẩn axit lactic, có khả năng kháng axit cao hơn một cách tự nhiên và thường được cho là có lợi cho vật chủ). Một nhược điểm lớn của việc sử dụng axit béo chuỗi ngắn trong thức ăn thủy sản là chúng sẽ ngấm vào nước nuôi và do đó cần dùng liều cao để duy trì đủ hoạt động.

Hiệu quả của axit béo chuỗi ngắn có thể được tăng lên bằng cách sản xuất các hợp chất mà chúng cần hoạt động (tức là trong đường tiêu hóa). Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng vi khuẩn probiotic sản xuất axit, như vi khuẩn axit lactic. Gần đây chúng tôi đã nghiên cứu khả năng sử dụng polyhydroxyalkanoates – polyme của axit béo chuỗi ngắn b-hydroxy. Poly-hydroxyalkanoate phổ biến nhất với hợp chất lưu trữ vi khuẩn poly-b-hydroxybutyrate (PHB). Điều thú vị là, các nghiên cứu khác nhau đã cung cấp bằng chứng cho thấy các polyme này có thể bị phân hủy trong đường tiêu hóa của động vật và do đó, việc bổ sung các hợp chất này vào thức ăn sẽ mang lại tác dụng kiểm soát sinh học tương tự như tác dụng được mô tả đối với axit béo chuỗi ngắn. Chúng tôi nhận thấy rằng việc bổ sung 1000 mg/l hạt PHB (đường kính trung bình 30 mM) hoặc 10⁷ tế bào/ml vi khuẩn Brachymonas chứa PHB bất hoạt (tương ứng với khoảng 10 mg/l PHB) vào nước nuôi ấu trùng tôm mang lại sự bảo vệ hoàn toàn khỏi chủng Vibrio campbellii độc hại (không có tỷ lệ chết đáng kể khi so sánh với ấu trùng không bị nhiễm bệnh). Gần đây, Nhan và cộng sự (2010) đã báo cáo rằng việc bổ sung PHB qua thức ăn sống đã giúp tỷ lệ sống của ấu trùng tôm càng xanh (Macrobrachium rosenbergii) tăng gấp đôi sau 15 ngày. Hơn nữa, số lượng Vibrio trong ruột của ấu trùng được cho ăn PHB thấp hơn đáng kể so với ấu trùng ở nhóm đối chứng. Mặc dù phương thức hoạt động chính xác vẫn chưa rõ ràng, nhưng chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng polyme PHB (ít nhất một phần) bị phân hủy thành b-hydroxybutyrate trong ruột và việc giải phóng axit béo chuỗi ngắn này sẽ bảo vệ vật chủ khỏi vi khuẩn gây bệnh. Gần đây, chúng tôi đã báo cáo rằng việc sử dụng các chủng vi khuẩn phân hủy PHB được phân lập từ động vật thủy sản có thể nâng cao tác dụng có lợi của PHB. Mặc dù những thử nghiệm đầy hứa hẹn này cần được xác minh trong nhiều hệ thống vật chủ – tác nhân gây bệnh hơn, nhưng chúng cho thấy rằng việc bổ sung PHB (và vi khuẩn phân hủy PHB) vào nước nuôi hoặc thức ăn có thể là một biện pháp kiểm soát sinh học mới thú vị cho ngành nuôi trồng thủy sản.

Ức chế biểu hiện gen độc lực – liệu pháp chống độc lực

Một giải pháp thay thế cho việc tiêu diệt mầm bệnh là ức chế cụ thể các chức năng cần thiết để lây nhiễm vào vật chủ. Những chức năng này được gọi một cách cổ điển là các yếu tố độc lực. Liệu pháp chống độc lực như vậy có thể bao gồm việc can thiệp vào quá trình điều chỉnh biểu hiện yếu tố độc lực (do đó thường ảnh hưởng đến một số yếu tố độc lực cùng lúc) hoặc ức chế cụ thể một yếu tố độc lực nhất định.

Can thiệp vào quá trình điều hòa gen độc lực: sự gián đoạn quorum sensing

Quorum sensing, giao tiếp giữa tế bào với tế bào của vi khuẩn, là một cơ chế điều hòa gen trong đó vi khuẩn phối hợp biểu hiện một số gen nhất định để đáp ứng với sự hiện diện của các phân tử tín hiệu nhỏ. Có hai loại hệ thống quorum sensing chung (Hình 2), tùy thuộc vào việc tín hiệu được phát hiện trong tế bào chất hay ở bề mặt tế bào. Nhóm đầu tiên chứa các hệ thống quorum sensing sử dụng N-acylhomoserine lacton (AHL) làm phân tử tín hiệu. Những hệ thống này được tìm thấy ở nhiều vi khuẩn gram âm, bao gồm cả các tác nhân gây bệnh nuôi trồng thủy sản như Aeromonas hydrophila, Aeromonas salmonicida, Edwardsiella tarda, Yersinia ruckeri và Vibrio anguillarum. Nhóm thứ hai bao gồm các hệ thống quorum sensing đa kênh được tìm thấy ở Vibrios, như các tác nhân gây bệnh nuôi trồng thủy sản V. anguillarum, V. harveyi và V. vulnificus. Ở hầu hết các vi khuẩn gây bệnh có chứa hệ thống quorum sensing, chúng được phát hiện là có tác dụng điều chỉnh biểu hiện gen độc lực và do đó, nỗ lực nghiên cứu đáng kể ngày nay được tập trung vào việc phát triển các kỹ thuật gián đoạn quorum sensing.

Hình 2: Sơ đồ chung của hệ thống quorum sensing. Enzyme tổng hợp tín hiệu tạo ra các phân tử tín hiệu, chúng tiếp cận môi trường ngoại bào thông qua khuếch tán hoặc vận chuyển. Ở nồng độ phân tử tín hiệu tới hạn, tín hiệu liên kết với thụ thể, thụ thể này có thể nằm trong tế bào chất (a) hoặc ở bề mặt tế bào (b). Nếu thụ thể nằm trong tế bào chất, phức hợp thụ thể tín hiệu sẽ kích hoạt hoặc bất hoạt quá trình phiên mã của gen mục tiêu. Nếu thụ thể nằm ở bề mặt tế bào, quá trình phiên mã gen mục tiêu sẽ được điều biến thông qua tầng truyền tín hiệu phosphoryl hóa/khử phospho. P biểu thị sự chuyển phospho.

Kỹ thuật quan trọng đầu tiên là ứng dụng các hợp chất nhằm can thiệp vào việc phát hiện phân tử tín hiệu. Furanones halogen, nhóm hợp chất chống quorum sensing đầu tiên được phát hiện, ban đầu được phân lập từ tảo biển đỏ Delisea pulchra. Các hợp chất này phá vỡ sự biểu hiện gen được điều chỉnh bằng quorum sensing cả trong hệ thống quorum sensing AHL và trong hệ thống đa kênh của Vibrio bằng cách tương tác với các bộ điều chỉnh phiên mã quorum sensing. Furanones halogen đã được báo cáo là có tác dụng bảo vệ cả cá và tôm khỏi bệnh do Vibrio. Thật không may, các hợp chất này đã được chứng minh là độc hại đối với sinh vật nuôi ở liều chỉ cao hơn một chút so với liều hiệu quả, và do đó sẽ không an toàn khi sử dụng trong thực tế. Điều thú vị là, chất phụ gia thực phẩm cinnamaldehyde, thường được công nhận là an toàn (GRAS), gần đây đã được phát hiện có hoạt tính tương tự như furanone halogen. Ngoài D. pulchra, một số loài tảo vĩ mô, vi tảo, san hô và bọt biển khác cũng tạo ra các hợp chất có thể can thiệp vào quorum sensing, mặc dù trong hầu hết các trường hợp, bản chất hóa học của tín hiệu bắt chước vẫn phải được làm sáng tỏ (dữ liệu chưa được công bố của Natrah và cộng sự). Vi khuẩn biển cũng có thể tạo ra các chất chuyển hóa thứ cấp có hoạt tính ức chế cảm giác. Teasdale và cộng sự (2008) đã báo cáo rằng chủng Halobacillus salinus biển được phân lập từ cỏ biển đã tạo ra hai chất chuyển hóa phenetylamide ngăn chặn các kiểu hình được điều chỉnh bởi quorum sensing ở các vi khuẩn khác nhau, bao gồm cả tác nhân gây bệnh trong nuôi trồng thủy sản V. harveyi. Trong một báo cáo khác gần đây, việc sản xuất các chất ức chế quorum sensing bởi một số vi khuẩn epibiotic được phân lập từ tảo nâu biển Colpomenia sinuosa đã được báo cáo.

Chiến lược quan trọng thứ hai nhằm phá hủy quorum sensing là vô hiệu hóa các phân tử tín hiệu. Khả năng can thiệp vào quorum sensing AHL bằng cách làm suy giảm các phân tử tín hiệu dường như được phân bố rộng rãi trong quần thể vi khuẩn. Các loài Bacillus nằm trong số những vi khuẩn đầu tiên được báo cáo là phân hủy AHL bằng cách sản xuất enzyme lactonase, làm bất hoạt AHL bằng cách mở vòng lacton. Nghiên cứu trước đây tại phòng thí nghiệm của chúng tôi đã tiết lộ rằng môi trường nuôi cấy giàu hóa phân hủy AHL được phân lập từ đường ruột của tôm và cá khỏe mạnh làm tăng tỷ lệ sống của các loài thủy sản khác nhau, bao gồm ấu trùng cá bơn (Scphthalus maximus) và tôm càng xanh (M. rosenbergii). Các chủng Bacillus phân hủy AHL gần đây đã được phân lập từ các môi trường nuôi cấy hỗn hợp này và sẽ được thử nghiệm ở các môi trường với vật chủ-mầm bệnh khác. Do đó, kết quả thu được cho đến nay chỉ ra rằng các sinh vật có hoạt động ức chế quorum sensing có thể được phân lập từ môi trường nước và hứa hẹn là tác nhân kiểm soát sinh học mới.

Người ta thường tin rằng các mầm bệnh khó có thể phát triển khả năng chống lại sự gián đoạn quorum sensing vì nó sẽ không gây ra hoặc có rất ít áp lực chọn lọc. Tuy nhiên, gần đây chúng tôi lập luận rằng sự gián đoạn của cảm biến đại biểu có thể gây áp lực chọn lọc lên vi khuẩn. Do đó, chúng tôi thích quan điểm cân bằng hơn rằng có khả năng việc kháng lại sự gián đoạn quorum sensing sẽ phát triển, nhưng nó có thể sẽ nhỏ hơn so với kháng sinh thông thường vì sự gián đoạn quorum sensing chỉ gây ra áp lực chọn lọc trong những điều kiện môi trường mà quorum sensing được xem là cần thiết. Ngược lại, kháng sinh thông thường gây áp lực chọn lọc mạnh mẽ trong bất kỳ môi trường nào.

Ức chế các cơ chế điều hòa độc lực khác và các yếu tố độc lực cụ thể

Bên cạnh quorum sensing, các cơ chế điều hòa khác cũng kiểm soát sự biểu hiện của các gen độc lực. Một ví dụ là chất điều chỉnh ToxR ở Vibrios, chất này có khả năng kiểm soát sự biểu hiện của độc tố dịch tả ở V. cholerae và các protein màng ngoài ở các loài Vibrios khác nhau. Gần đây, đã có báo cáo cho rằng độc lực của vi khuẩn Vibrio gây bệnh thuộc dòng Harveyi đối với tôm có tương quan với mức độ biểu hiện của toxR, cho thấy rằng chất điều hòa ToxR cũng có thể quan trọng trong việc điều chỉnh độc lực của mầm bệnh trong nuôi trồng thủy sản. Điều thú vị là, một phân tử nhỏ, được gọi là virstatin, đã được báo cáo là có tác dụng ức chế chất điều hòa phiên mã ToxT, chất này kiểm soát sự biểu hiện các gen độc lực của chất điều hòa ToxR ở vibrios. Mặc dù chưa được thử nghiệm nhưng loại hợp chất như vậy cũng có thể có ích trong việc kiểm soát bệnh Vibriosis trong nuôi trồng thủy sản.

Thay vì can thiệp vào các hệ thống điều hòa kiểm soát sự biểu hiện của một hoặc nhiều yếu tố độc lực, phương pháp chống độc lực cũng có thể nhằm mục đích ức chế trực tiếp các yếu tố độc lực cụ thể, như hệ bài tiết, độc tố (ví dụ: protease) hoặc các yếu tố bám dính. Tuy nhiên, theo những gì chúng tôi biết, chiến lược như vậy vẫn chưa được thử nghiệm đối với các tác nhân gây bệnh trong nuôi trồng thủy sản.

Kết luận và quan điểm tiếp theo

Trong bài đánh giá này, chúng tôi đã trình bày tổng quan về các chiến lược thay thế để kiểm soát nhiễm trùng do vi khuẩn trong nuôi trồng thủy sản có nguy cơ phát triển khả năng kháng thuốc thấp hơn so với kháng sinh vì áp lực chọn lọc mà chúng gây ra chỉ giới hạn ở các mầm bệnh (ví dụ: tiêu diệt cụ thể bằng phage) hoặc giới hạn ở các môi trường cụ thể (ví dụ: sự gián đoạn quorum sensing). Các chiến lược này hoàn toàn trái ngược với các loại kháng sinh thông thường, vốn ảnh hưởng đến vi khuẩn vô hại và có lợi (từ đó làm tăng lượng vi khuẩn có thể phát sinh tình trạng kháng thuốc) và gây áp lực chọn lọc mạnh mẽ trong bất kỳ môi trường nào. Điều thú vị là, đối với hầu hết các chiến lược được thảo luận trong đánh giá này, tác nhân gây ra hiệu ứng kiểm soát sinh học có thể được tìm thấy từ môi trường nước. Thật vậy, các tác nhân kiểm soát sinh học bao gồm cả virus (phage), tảo hoặc các chất chuyển hóa của chúng và vi khuẩn hoặc các chất chuyển hóa của chúng. Về mặt này, các chiến lược thay thế được thảo luận ở đây có thể là cơ sở cho việc lựa chọn hợp lý các vi khuẩn probiotic dựa trên các phương thức hoạt động khác nhau. Thật vậy, việc lựa chọn probiotic cho nuôi trồng thủy sản cho đến nay chủ yếu tập trung vào việc sản xuất các chất ức chế trong điều kiện in vitro. Tuy nhiên, vi khuẩn gây bệnh có thể sẽ phát triển sự kháng thuốc nếu việc sản xuất các hợp chất ức chế là phương thức hoạt động duy nhất, như đã xảy ra đối với kháng sinh. Do đó, nên ưu tiên lựa chọn probiotic có nhiều đặc tính hoặc nên kết hợp các probiotic với các phương thức hoạt động khác nhau để tối đa hóa cơ hội thành công.

Tất cả các chiến lược kiểm soát sinh học thay thế được thảo luận ở đây vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu. Mặc dù hầu hết chúng đã được thử nghiệm cả trong điều kiện in vitro (trong phòng thí nghiệm) và in vivo (trong mô hình lây nhiễm trên vật chủ), nhưng một số ít đã được thử nghiệm trong các tình huống thực tế (tức là các cơ sở nuôi trồng thủy sản thương phẩm). Bởi vì hầu như không có chiến lược kiểm soát sinh học nào sẽ thành công trong mọi trường hợp, chúng tôi nghĩ rằng điều quan trọng là phải phát triển hơn nữa các chiến lược khác nhau có thể được kết hợp hoặc sử dụng luân phiên nhằm tối đa hóa cơ hội bảo vệ thành công động vật và ngăn chặn sự phát triển của tính trạng kháng thuốc.

Theo Tom Defoirdt, Patrick Sorgeloos và Peter Bossier

Nguồn: https://www.academia.edu/13529326/Alternatives_to_antibiotics_for_the_control_of_bacterial_disease_in_aquaculture

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

TÔM GIỐNG GIA HÓA – CHÌA KHÓA THÀNH CÔNG

Xem thêm:

Kỹ Thuật Nuôi, Tin Tức