Đánh giá về liệu pháp thực khuẩn thể trong nuôi trồng thủy sản

Để liệu pháp thực khuẩn thể phát huy hiệu quả tối đa, chúng ta cần hiểu sâu hơn về mức độ nhạy cảm của các chủng vi khuẩn độc lực, cũng như đặc điểm di truyền liên quan đến khả năng gây bệnh của chúng. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu mối quan hệ đồng tiến hóa giữa thực khuẩn thể và vi khuẩn cũng đóng vai trò then chốt trong việc phát triển các chiến lược điều trị chính xác, bền vững hơn.

Một nghiên cứu mới đây đã chỉ ra rằng liệu pháp thực khuẩn thể – sử dụng virus để tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh – đang nổi lên như một giải pháp thay thế tiềm năng cho kháng sinh trong ngành thủy sản. Dù hiện tại vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu, nhưng phương pháp này hứa hẹn mở ra hướng đi đầy triển vọng để giảm thiểu tình trạng kháng kháng sinh, vốn đang là vấn đề nan giải. Tuy nhiên, để ứng dụng hiệu quả, cần hiểu rõ hơn về: tính nhạy cảm của các chủng vi khuẩn độc lực, các đặc điểm di truyền của chúng liên quan đến khả năng gây bệnh và quá trình đồng tiến hóa giữa thực khuẩn thể và vi khuẩn. Ảnh của Giáo sư Graham Beards (CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, qua Wikimedia Commons) cho thấy ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử truyền qua của nhiều thực khuẩn thể bám vào thành tế bào vi khuẩn; độ phóng đại khoảng 200.000 lần.

Thực khuẩn thể là loại virus đặc biệt chỉ tấn công vi khuẩn, hoàn toàn vô hại với tế bào động vật. Nhờ khả năng chọn lọc cao, chúng đang được xem là giải pháp thay thế tiềm năng cho kháng sinh, nhất là trong bối cảnh kháng kháng sinh ngày càng đáng lo ngại ở cả người và vật nuôi. Thực khuẩn thể có nhiều kích thước, hình thái, bộ gen, tính đặc hiệu của vật chủ và tính hướng đích của chủng. Tùy thuộc vào chiến lược sao chép của chúng, thực khuẩn thể được phân loại là lytic (tiêu diệt) hoặc lysogenic (ẩn mình). Thực khuẩn thể lytic chiếm đoạt bộ máy tế bào vi khuẩn khi xâm nhập, nhân bản nhanh chóng và gây ra tình trạng ly giải tế bào, giải phóng hàng trăm bản sao vi-rút gây nhiễm sẵn sàng lây nhiễm các tế bào vật chủ khác (nhiễm trùng có hiệu quả). Ngược lại, thực khuẩn thể lysogenic tích hợp ổn định bộ gen của chúng vào nhiễm sắc thể vi khuẩn, “ngủ yên” trong thời gian dài và nhân bản cùng với vi khuẩn mà không tiêu diệt ngay.

Liệu pháp phage có những ưu điểm hơn kháng sinh, chẳng hạn như tự sao chép (phage nhân lên khi có mục tiêu là vi khuẩn, cho phép dùng liều lượng nhỏ hơn và chi phí thấp hơn), tự động định liều (phage biến mất khi vi khuẩn mục tiêu bị loại bỏ), không can thiệp vào vi khuẩn không phải mục tiêu hoặc tế bào cơ thể (phổ tác dụng hẹp) và tính đặc hiệu của chủng cao. Tuy nhiên, đặc điểm sau có thể là một nhược điểm, có thể được kiểm soát bằng cách sử dụng hỗn hợp phage (hỗn hợp các phage khác nhau). Ngoài ra, phage thân thiện với môi trường hơn kháng sinh, cũng có thể làm sạch màng sinh học và do chu kỳ phát triển ngắn nên có chi phí thấp, dễ sử dụng và bảo quản.

Phage có khả năng tiến hóa song song với vật chủ của chúng, từ đó hình thành sự thích nghi ngược lại với các cơ chế kháng thuốc mà vi khuẩn phát triển. Điều này mở ra tiềm năng lớn cho liệu pháp phage trong điều trị dài hạn. Tuy nhiên, để tối ưu hóa hiệu quả của liệu pháp này, việc mở rộng kiến thức về phage là điều cấp thiết — đặc biệt là thông qua chú thích đầy đủ trình tự bộ gen DNA. Việc này giúp xác định chính xác đặc điểm phage, dự đoán khả năng chuyển gen và loại bỏ những yếu tố không mong muốn có thể gây rủi ro. Ngoài ra, các cơ chế đằng sau hiện tượng vi khuẩn kháng lại phage vẫn còn là ẩn số. Làm rõ những cơ chế này sẽ là bước đi quan trọng giúp nâng cao hiệu quả và an toàn cho các ứng dụng y học trong tương lai.

Thực khuẩn thể đã được sử dụng để chống lại các bệnh do vi khuẩn trong nhiều thế kỷ trước, trong thời kỳ tiền kháng sinh, mặc dù bản chất của chúng vẫn chưa rõ ràng. Các nước phương Tây đã từ bỏ việc sử dụng chúng khi kháng sinh ra đời và chỉ trong những năm gần đây, chúng mới được khám phá lại và sử dụng trong các thử nghiệm lâm sàng được quản lý, được ghi chép đầy đủ trong các tài liệu khoa học. Việc khám phá lại này được thúc đẩy bởi nhu cầu cấp thiết về các liệu pháp thay thế do sự gia tăng của tình trạng kháng nhiều loại kháng sinh có liên quan đến lâm sàng.

Bài viết này – tóm tắt và chuyển thể từ ấn phẩm gốc (Albarella, D. et al. 2025. Liệu pháp phage ở các loài nuôi trồng thủy sản nước ngọt và nước mặn. Vi sinh vật 2025, 13(4), 831) – thảo luận về việc xem xét lại những tiến bộ mới nhất trong việc phát triển và ứng dụng liệu pháp thực khuẩn để điều trị các bệnh do vi khuẩn phổ biến nhất và có tác động kinh tế nhất ở các loài nuôi trồng thủy sản nước ngọt và nước mặn.

Liệu pháp phage trong nuôi trồng thủy sản

Bệnh do vi khuẩn là thách thức lớn nhất trong nuôi trồng thủy sản, gây ra tổn thất kinh tế lớn. Động vật thủy sinh dễ bị nhiễm trùng do vi khuẩn hoặc nhiễm trùng đồng thời vì chúng tiếp xúc với nhiều loại vi sinh vật gây bệnh trong môi trường của chúng.

Khi chưa có vắc-xin hiệu quả để ngăn ngừa phần lớn các bệnh ảnh hưởng đến các loài thủy sinh – hoặc không thể tiêm vắc-xin cho cá ở giai đoạn đầu đời do kích thước quá nhỏ hay hệ miễn dịch chưa hoàn thiện – liệu pháp phage nổi lên như một giải pháp kép, vừa điều trị, vừa phòng ngừa nhiễm khuẩn trong nuôi trồng thủy sản. Điều này đặc biệt cần thiết trong giai đoạn sản xuất ấu trùng, trước khi cá được thả vào hệ thống nuôi.

Việc sử dụng phage có ý nghĩa lớn trong việc giảm thiểu tỷ lệ tử vong do nhiễm khuẩn, nhưng để thành công, cần có kế hoạch chi tiết: xác định đúng thời điểm, liều lượng, tần suất sử dụng, đồng thời xem xét các yếu tố như độc lực của mầm bệnh, bản chất đợt dịch và diễn biến thời gian của các vi khuẩn chủ đạo. Đặc biệt, liệu pháp này phát huy hiệu quả cao nhất vào mùa xuân, khi vi khuẩn gây bệnh trong nước hoạt động mạnh và đa dạng – thời điểm nguy cơ bùng phát dịch bệnh cao nhất. Bên cạnh đó, hiệu quả của liệu pháp phage còn chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như: trọng lượng cá, liều phage phù hợp, việc chẩn đoán bệnh sớm, và điều kiện môi trường nuôi.

Việc lựa chọn tuyến đường cung cấp phage phụ thuộc vào bản chất của bệnh nhiễm trùng, quy mô trang trại, chi phí chuẩn bị phage và loài cá. Ba phương pháp chính để cung cấp phage trong nuôi trồng thủy sản là ngâm, tiêm và uống. Ngâm tốn ít thời gian hơn, trong khi tiêm – lý tưởng cho các bệnh nhiễm trùng toàn thân – lại tốn nhiều thời gian hơn, xâm lấn hơn và có nguy cơ gây tử vong cao. Trong khi đó, phương pháp uống được đánh giá là thực tế nhất do chi phí thấp và ít gây căng thẳng cho cá.

Tuy nhiên, phương pháp này cũng đi kèm một số thách thức như sự mất ổn định của phage dưới điều kiện axit và tác động của enzym phân giải protein trong ruột, điều này có thể yêu cầu phủ bảo vệ hoặc bổ sung chất trung hòa axit vào hỗn dịch phage. Các phage cũng cần khả năng chịu được điều kiện khô khi được phủ lên thức ăn để sử dụng trong phương pháp uống. Việc kéo dài khả năng sống sót của phage là yếu tố then chốt nhằm giảm chi phí chế biến thức ăn và tối ưu hóa hiệu quả thương mại.

Hình 1: Liệu pháp thực khuẩn thể trong nuôi trồng thủy sản. Thực khuẩn thể được thu thập từ các nguồn tự nhiên và nước thải, được phân lập và định tính trong phòng thí nghiệm, và được thiết kế trước khi được thử nghiệm trong ống nghiệm. Các thực khuẩn thể đã biến đổi được chọn sau đó được thử nghiệm trong cơ thể sống trên động vật bị nhiễm bệnh.

Liệu pháp phage trong nuôi cá

Các nghiên cứu cho thấy nước thải từ nuôi trồng thủy sản và môi trường xung quanh đang tồn tại nhiều gen và vi khuẩn kháng kháng sinh. Thực trạng này khiến việc kiểm soát bệnh tật ngày càng khó khăn, đặc biệt trong bối cảnh kháng sinh bị lạm dụng. Thực khuẩn thể đang được xem là giải pháp thay thế đầy hứa hẹn, góp phần giảm phụ thuộc vào kháng sinh ngay từ gốc và giải quyết các mối lo ngại về kháng sinh trong thủy sản. Tuy nhiên, hiện tại thực khuẩn thể mới chỉ được nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệm hoặc thử nghiệm nhỏ, với mục đích ngăn ngừa và kiểm soát bệnh do vi khuẩn kháng thuốc trong nuôi trồng thủy sản. Đáng chú ý, phần lớn các nghiên cứu đều tập trung vào môi trường biển, trong khi hệ sinh thái nước ngọt vẫn còn chưa được khai thác đầy đủ.

Các nghiên cứu về phage chủ yếu tập trung vào một số loài vi khuẩn thuộc các chi Aeromonas, Vibrio, Edwardsiella, Streptococcus và Flavobacterium, vốn là những tác nhân gây bệnh phổ biến ở cá, động vật thân mềm và giáp xác. Mặc dù còn ít dữ liệu về các chi vi khuẩn khác, nhưng chúng vẫn có khả năng gây thiệt hại kinh tế đáng kể đối với ngành nuôi trồng thủy sản. Trong số này, Aeromonas spp. là nhóm vi khuẩn có số lượng thử nghiệm in vivo cao nhất, tiếp theo là Vibrio spp., đặc biệt trong các mô hình ấu trùng.

Edwardsiella spp. là vi khuẩn gây bệnh quan trọng ảnh hưởng đến một số loài cá nuôi thương mại, động vật thân mềm và giáp xác. Ảnh Edwardsiella anguillarum của Leibniz-Institut DSMZ (CC BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0, qua Wikimedia Commons).

Liệu pháp phage trong nuôi cấy nhuyễn thể

Liệu pháp sử dụng thực khuẩn thể được xem là một hướng điều trị tiềm năng đối với các bệnh nhiễm khuẩn ở động vật thân mềm, đặc biệt là các loài vi khuẩn như Vibrio spp., sau đó là Escherichia coli và Salmonella enterica. Những loài động vật thường bị ảnh hưởng nhiều nhất gồm có hàu và bào ngư.

Sự hiện diện và lây lan của Vibrio spp. trong môi trường biển, nước lợ và nước ngọt là nguyên nhân chính gây ra bệnh vibriosis — một căn bệnh nghiêm trọng có thể khiến tỷ lệ tử vong lên đến 100% tại các trang trại bị nhiễm. Không chỉ ảnh hưởng đến cá mà bệnh còn đe dọa cả các loài động vật có vỏ, vốn có thể là nguồn lây nhiễm sang người khi tiêu thụ hải sản sống hoặc chưa được nấu chín kỹ.

Trong số các loài Vibrio gây bệnh, Vibrio parahaemolyticus được xem là một trong những tác nhân chính gây bệnh qua thực phẩm trên toàn cầu. Trong khi đó, V. coralliilyticus và V. tubiashii lại gây tỷ lệ tử vong cao ở hàu, dẫn đến thiệt hại kinh tế nghiêm trọng. Việc quản lý các loài vi khuẩn này tùy thuộc vào mục tiêu cụ thể: với V. parahaemolyticus, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc sử dụng thực khuẩn thể để làm sạch hàu, nhằm đảm bảo an toàn thực phẩm cho người tiêu dùng. Ngược lại, liệu pháp thực khuẩn thể đối với V. coralliilyticus và V. tubiashii lại hướng đến mục tiêu bảo vệ sức khỏe của hàu và các loài nhuyễn thể khác.

Ngoài việc ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng, một đợt bùng phát vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus còn gây ra những hậu quả xã hội nghiêm trọng đối với toàn bộ ngành sản xuất động vật có vỏ. Bên cạnh đó, các chủng V. parahaemolyticus gây bệnh trên hải sản đã cho thấy khả năng kháng lại nhiều loại kháng sinh thương mại – tương tự như các chủng gây bệnh ở người. Vì lý do đó, tiềm năng của các liệu pháp sử dụng thực khuẩn thể đã được nghiên cứu rộng rãi trong cả điều kiện in vitro và in vivo.

Liệu pháp phage trong nuôi cấy giáp xác

Vibrio parahaemolyticus là một trong những tác nhân gây bệnh thực phẩm phổ biến nhất trên toàn thế giới và cũng là nguyên nhân gây tử vong đáng kể ở một số loài động vật thân mềm và giáp xác nuôi. Ảnh của Janice Carr Nhà cung cấp nội dung: CDC/ Janice Carr (Miền công cộng, qua Wikimedia Commons).

Trong các loại vi khuẩn gây bệnh trong ngành nuôi tôm, Vibrio spp. được xem là tác nhân chính gây thiệt hại kinh tế nghiêm trọng, kế đến là Aeromonas spp.. Vi khuẩn Vibrio spp. có thể tấn công tôm ở mọi giai đoạn phát triển, từ trứng đến tôm bố mẹ, và trong nhiều trường hợp có thể gây tử vong lên đến 100% tại những trại nuôi bị ô nhiễm. Nhóm Vibrio bao gồm nhiều loài vi khuẩn gây bệnh không chỉ ảnh hưởng đến nuôi cá và động vật thân mềm mà còn đặc biệt nguy hiểm đối với giáp xác. Trước thực trạng đó, các giải pháp thay thế cho thuốc sát trùng và một số loại kháng sinh được phép sử dụng đang được nghiên cứu, trong đó liệu pháp sử dụng thực khuẩn thể đang nổi lên như một hướng đi tiềm năng. Một số thực khuẩn thể có khả năng tiêu diệt nhiều loài Vibrio spp., trong khi những loại khác lại đặc hiệu với một vài chủng có độc lực cao. Trong số các loài Vibrio, những loài thường gây bệnh nghiêm trọng nhất cho giáp xác là V. parahaemolyticus, V. harveyi và V. alginolyticus.

Vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus thường được giám sát chặt chẽ tại các trại sản xuất giống tôm, không chỉ vì đây là tác nhân hàng đầu gây viêm dạ dày ruột do vi khuẩn liên quan đến hải sản trên toàn thế giới, mà còn do khả năng gây hoại tử, chậm lớn, hiện tượng đục cơ, bỏ ăn và cuối cùng chết ở các loài giáp xác. Một số chủng của vi khuẩn này có thể gây ra Bệnh hoại tử gan tụy cấp tính (AHPND), với tỷ lệ chết trong nuôi tôm biển có thể lên đến 100%.

Do tỷ lệ của một vi sinh vật nhất định ảnh hưởng đến các vi sinh vật khác và toàn bộ cộng đồng vi khuẩn, cùng với việc hệ vi sinh vật đường ruột của tôm tác động trực tiếp đến sức khỏe của chúng, liệu pháp phage có thể trở thành một biện pháp hiệu quả để phòng ngừa bệnh hoại tử gan tụy cấp tính trong ngành tôm. Hơn nữa, vì bệnh hoại tử gan tụy cấp tính có thể được gây ra bởi nhiều chủng vi khuẩn V. parahaemolyticus, việc phát triển các hỗn hợp phage có khả năng chống lại nhiều chủng V. parahaemolyticus sẽ mang lại lợi ích đặc biệt.

Một số nghiên cứu đã khảo sát việc sử dụng các thể thực khuẩn thể để kiểm soát vi khuẩn Vibrio gây bệnh (tham khảo ấn phẩm gốc). Trong đó, V. campbellii đang dần trở thành một tác nhân gây bệnh cơ hội liên quan đến bệnh vibrio phát sáng và có khả năng liên quan đến bệnh hoại tử gan tụy cấp tính. V. harveyi là nguyên nhân chủ yếu gây tử vong ở các trại giống và hệ thống nuôi tôm ấu trùng, đồng thời cũng là tác nhân gây bệnh ở cá, như đã được đề cập trước đó. V. alginolyticus là một loài gây bệnh quan trọng khác, có thể lây nhiễm cho nhiều loài sinh vật thủy sinh, bao gồm giáp xác, động vật thân mềm, cá và con người, gây ra các nhiễm trùng da và tai, cũng như viêm dạ dày ruột cấp tính.

Nhiều loại Vibrio spp. gây ra tỷ lệ chết đáng kể ở các trại giống tôm he trên toàn thế giới. Ảnh hậu ấu trùng tôm sú (Penaeus monodon) trong bể nuôi tại trại giống thương mại của Darryl Jory.

Thảo luận

Liệu pháp phage ngày càng được xem là một phương án thay thế đầy triển vọng trong việc điều trị các bệnh do vi khuẩn gây ra ở các sinh vật thủy sinh nuôi trồng. Tuy nhiên, liệu pháp phage trong nuôi trồng thủy sản chỉ mới trở nên phổ biến trong những năm gần đây, vì vậy, số lượng nghiên cứu trong lĩnh vực này còn hạn chế so với các ngành chăn nuôi khác. Các yếu tố cần xem xét khi áp dụng liệu pháp phage trong nuôi trồng thủy sản rất đa dạng và phụ thuộc vào loại hình nuôi trồng cụ thể. Chẳng hạn, yêu cầu đối với động vật giáp xác khác biệt hoàn toàn so với cá. Vì vậy, sự ổn định của phage trong các điều kiện nhất định như độ mặn, nhiệt độ, độ pH và bức xạ cực tím sẽ khắt khe hơn rất nhiều.

Hầu hết các loại thực khuẩn thể đã được nghiên cứu đều đã trải qua thử nghiệm in vivo, tuy nhiên, đối với những loại chỉ được thử nghiệm in vitro, không thể trực tiếp áp dụng kết quả từ in vitro vào hệ thống in vivo. Một vấn đề khác là đa số các loại thực khuẩn thể sử dụng trong nuôi trồng thủy sản chưa được nghiên cứu đầy đủ về đặc điểm bộ gen và protein của chúng, dẫn đến việc thiếu thông tin về tiềm năng và khả năng gây độc đối với sinh vật. Thực tế, rào cản lớn nhất trong việc áp dụng liệu pháp thực khuẩn thể trong nuôi trồng thủy sản là sự thiếu hụt dữ liệu toàn diện, điều này làm hạn chế khả năng biến đổi gen của chính các loại thực khuẩn thể.

Một thách thức khác là sự gia tăng của các chủng vi khuẩn gây bệnh đột biến và kháng phage. Trong bối cảnh này, việc sử dụng hỗn hợp nhiều loại vi khuẩn trở thành lựa chọn ưu tiên để đối phó với các tác nhân gây bệnh kháng nhiều loại thuốc. Các nghiên cứu so sánh giữa phage đơn lẻ và hỗn hợp phage đã chỉ ra rằng hỗn hợp phage hiệu quả hơn trong phần lớn các trường hợp. Bên cạnh đó, phương pháp đưa thuốc cũng có ảnh hưởng đến hiệu quả của liệu pháp phage.

Quản lý phage có sự khác biệt tùy theo đặc điểm của phage, bản chất của nhiễm trùng và loài động vật. Trong nuôi trồng thủy sản, tiêm thường là phương pháp hiệu quả nhất để tác động vào vi khuẩn gây ra các triệu chứng lâm sàng ở các cơ quan nội tạng, tuy nhiên phương pháp này lại có nguy cơ dẫn đến tỷ lệ tử vong cao. Hơn nữa, trong trường hợp động vật nhỏ và đông, việc tiêm phage có thể gây tốn nhiều công sức và thời gian. Vì vậy, chế độ ăn có phage (thức ăn được phủ phage) đã được áp dụng thành công để điều trị số lượng lớn cá, giúp cung cấp phage một cách liên tục vào các thời điểm cần thiết.

Nhìn chung, liệu pháp phage đang trong giai đoạn phát triển ban đầu như một phương pháp thay thế kháng sinh để điều trị các bệnh do vi khuẩn trong nuôi trồng thủy sản. Cần có sự hiểu biết sâu sắc hơn về độ nhạy cảm của phage đối với các chủng vi khuẩn có độc lực, các đặc điểm di truyền của chúng liên quan đến khả năng gây bệnh, cũng như quá trình đồng tiến hóa giữa phage và vi khuẩn trước khi liệu pháp này có thể được xác nhận hoàn toàn.

Theo Deborah Albarella, Paola Dall’Ara, Luciana Rossi, Lauretta Turin

Nguồn: https://www.globalseafood.org/advocate/a-review-of-bacteriophage-therapy-in-aquaculture/

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

Xem thêm:

• Tác dụng của mannan oligosaccharide trong khẩu phần ăn đối với tôm thẻ chân trắng
• Tác dụng của taurine trong khẩu phần ăn đối với sự trưởng thành và tình trạng sức khỏe của tôm thẻ chân trắng bố mẹ
• Đánh giá vai trò của việc bổ sung tryptophan trong việc tăng trưởng, giảm hành vi hung hăng và tăng cường khả năng miễn dịch ở cua con Scylla paramamosain