IV. GÂY NHIỄU HỆ THỐNG QS CỦA NHÁNH HARVEYI VÀ SPLENDIDUS

4.1 Các chất ức chế QS phân tử nhỏ ức chế hệ thống QS ba kênh.

Vì các hệ thống cảm biến QS kiểm soát độc lực trong nhiều loại vi khuẩn khác nhau bao gồm vibrios nên các tác nhân gây nhiễu QS đang được nghiên cứu như là tác nhân kiểm soát dịch bệnh mới. Để phá vỡ cảm biến QS, ba mục tiêu chính trong cơ chế truyền tín hiệu được nhắm đến: tổng hợp phân tử tín hiệu, bản thân các phân tử tín hiệu và phát hiện và/hoặc truyền tín hiệu. Cho đến nay, một số các hợp chất được tổng hợp hoặc phân lập từ thực vật hoặc vi sinh vật đã được mô tả hoặc được tuyên bố là chất ức chế QS đối với mầm bệnh trong nuôi trồng thủy sản.

Trong trong các phần tiếp theo, chúng tôi tóm tắt các chiến lược can thiệp vào cảm biến QS với các ví dụ nhắm vào mầm bệnh nuôi trồng thủy sản thuộc đến nhánh Harveyi. Trong số các mầm bệnh này, V. harveyi và V. campbellii là loại vi khuẩn được nghiên cứu kỹ lưỡng nhất và có nhiều loại chất ức chế QS đã được nghiên cứu, bao gồm cả các hợp chất tự nhiên và tổng hợp.

Một số chất ức chế QS đã được tuyên bố trong tài liệu dựa trên sự ức chế của các kiểu hình quy định bởi QS. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, sự kiểm soát – mà nó gây tác động vào cùng một kiểu hình nhưng không chịu sự kiểm soát QS – được thử nghiệm nhưng không được kể đến. Do đó, vẫn chưa thấy rõ là liệu trong những trường hợp này, các chất ức chế QS được tuyên bố có thực sự ức chế QS hay đúng hơn là có ảnh hưởng trực tiếp đến các kiểu hình được thử nghiệm (không ức chế QS).

Trong trường hợp cụ thể với V. campbellii, khả năng phát quang sinh học được điều chỉnh bởi cảm biến QS thường được sử dụng như kiểu hình dựa vào đó các chất ức chế QS được xác định (Bảng 2). Tuy nhiên, trong các loại nghiên cứu này, điều quan trọng là phải xác minh rằng chất ức chế QS không có tác động đến phát quang sinh học khi nó không được kiểm soát bởi QS (ví dụ: trong một chủng được thiết kế trong đó phát quang sinh học nằm dưới sự kiểm soát của một promotor cấu thành thay vì promotor tự nhiên, được điều khiển theo QS của nó). Ở trường hợp này, dương tính giả có thể được xác định. Thật không may, trong nhiều trường hợp, kiểm soát này không được kể đến. Một cách khác để xác nhận sự ức chế QS là xác định mục tiêu phân tử của chất ức chế QS.

4.1.1 Furanones được brom hóa

Furanone được brom hóa là chất ức chế QS được nghiên cứu chuyên sâu nhất, và đã được báo cáo có thể phá vỡ QS trong nhiều vi khuẩn gram âm. Cả furanone brom hóa tự nhiên và tổng hợp đều ức chế sự phát quang sinh học được điều hòa bởi QS của V. campbellii và ấu trùng artemia gnotobiotic được bảo vệ khỏi V. harveyi, V. campbellii và V. parahaemolyticus.

Furanone tổng hợp (5Z-)-4-bromo-5(bromomethylene)-2(5H)-furanone hoạt động mạnh hơn (nhưng cũng độc hơn) so với furanone tự nhiên (5Z)-4-bromo-5-(bromometylen)-3-butyl-2(5H)-furanon. Furanone tổng hợp có thể cung cấp sự bảo vệ hoàn toàn (không có sự khác biệt đáng kể trong tỷ lệ sống sót của ấu trùng cảm nhiễm và được điều trị khi so sánh với ấu trùng không bị cảm nhiễm) đối với ấu trùng tôm càng xanh (Macrobrachium rosenbergii) chống lại V. campbellii ở nồng độ 1 μM nhưng kết quả là ấu trùng chết hoàn toàn ở nồng độ 10 μM (do độc tính). Chất furanone tự nhiên được phát hiện có tác dụng chặn cả ba kênh hệ thống QS của V. Campbellii bằng cách giảm hoạt động liên kết DNA của LuxR – bộ điều chỉnh phản hồi QS.

Các hợp chất QSI	Sự ức chế các phân tử tín hiệu	Mục tiêu phân tử	Các dẫn chứng liên quan QS khác	ĐỐi chứng
Furanone tự nhiên: ((5Z)-4-bromo-5 (bromomethylene)-3-butyl-2 (5H)- furanone)	Khả năng phát quang của Vibrio harveyi BB120 bị ức chế ở 1-10µm	LuxR	Protected gnotobiotic brine shrimp (Artemia franciscana) from V. harveyi, V. campbellii and V. parahaemolyticus infection at 5–20 mg/l of furanone, while high mortality was observed at 50 mg/l of furanone Furanone bảo vệ ấu trùng artemia khỏi V. harveyi, V. campbellii and V. Parahaemolyticus ở nồng độ 5-20mg/l; nhưng lại gây tỉ lệ chết cao ở nồng độ 50mg/l	78,96
Furanone tổng hợp: 5Z-)-4-bromo-5-(bromomethylene)-2(5H)- furanone	Khả năng phát quang của Vibrio harveyi BB120 bị ức chế ở 1-10µm	LuxR	A complete protection of giant freshwater prawn larvae from V.harveyi infection at 1 μM, but complete mortality at 10 μM Bảo vệ hoàn toàn ấu trùng tôm càng xanh khỏi V. harveyi ở nồng độ 1 μM, nhưng gây chết hoàn toàn ở mức 10 μM	78,80
Natri ascorbate	Khả năng phát quang của Vibrio campbellii ngoài tự nhiên,	LuxR	Decreased swimming motility, biofilm formation and production of virulence enzymes; increased the survival of gnotobiotic brine shrimp larvae at 5–10 mg/ml Giảm khả năng bơi lội, hình thành màng sinh học và sản xuất các enzym độc lực; tăng tỷ lệ sống của ấu trùng artemia gnotobiotic ở 5–10 mg/ml
Brominated thiophenone TF310 (Z)- 4-((5-(bromomethylene)- 2-oxo-2,5-dihydrothiophen-3-yl)methoxy) -4-oxobutanoic acid	Sự phát quang của V.harveyi BB120 bị ức chế và các đột biến QS khác nhau ở 2.5µm	LuxR	Complete protection of brine shrimp against V. harveyi at 2.5 μM Bảo vệ artemia khỏi V.harveyi ở nồng độ 2.5 μM
Thiophenones TF203, TF319, TF339 and TF342	Khả năng phát quang của Vibrio harveyi bị ức chế ở 0.25µm	LuxR	Complete protection of brine shrimp against V. harveyi by TF203 (1 μM), TF339 (1 μM); over 80% protection by TF319 (1 μM), TF342 (1 μM) Bảo vệ hoàn toàn artemia khỏi V.harveyi bằng TF203 (1 μM), TF339 (1 μM); bảo vệ trên 80% Bằng TF319 (1 μM), TF342 (1 μM)
QStatin: 1-(5-bromothiophene-2-sulfonyl)-1H pyrazole	Khả năng phát quang của Vibrio harveyi bị ức chế ở 20µm	LuxR	Improved the survival of brine shrimp larvae challenged with V. harveyi and V. parahaemolyticus at a concentration of 20 μM Cải thiện tỉ lệ sống của artemia khi cảm nhiễm với V. Harveyi và V. Parahaemolyticus ở nồng độ 20 μM
Thiazolidinediones và dioxazaborocanes	Khả năng phát quang của V.harveyi BB170 (ΔLuxN) bị ức chế khoảng 50% và 30-90% ở V.harveyi MM32 (ΔLuxN ΔLuxS) ở 100 μM	LuxR (Thiazolidinediones); LuxPQ (dioxazaborocanes).	Inhibited V. harveyi LuxR DNA binding activity at 10 μM Liên kết DNA của V. harveyi LuxR bị ức chế hoạt động ở mức 10 μM
Cannabinoid tổng hợp	Khả năng phát quang của đột biến Vibrio harveyi BB152 (AI-1-;AI-2+) và V.harveyi BB170 (Sensor-1-; Sensor-2+) bị ức chế ở nồng độ 0.02-200µg/ml	LuxR	Reduced biofilm formation (0.2– 200 μg/ml) and swimming motility (2– 200 μg/ml) in V. harveyi mutant strain BB152, down-regulated the genes of the AI-2 QS cascade (2 μg/ml) Giảm sự hình thành màng sinh học (0,2– 200 μg/ml) và khả năng bơi lội (2– 200 μg/ml) trong chủng đột biến V. Harveyi BB152, giảm quy định các gen của chuỗi AI-2 QS (2 μg/ml)
Cinnamaldehyde và 2-NO2- cinnamaldehyde	Khả năng phát quang của Vibrio harveyi bị ức chế ở 100µm	LuxR	Protected gnotobiotic Artemia shrimp against V. harveyi at 100–150 μM Bảo vệ artemia chống lại V.harveyi ở mức 100-150 μM
3,4-dichloro-cinnamaldehyde	Khả năng phát quang của Vibrio harveyi bị ức chế ở 100µm	LuxR	Increased the survival of the nematode Caenorhabditis elegans infected with II.harveyi at 10–100 μM Tăng tỉ lệ sống của Caenorhabditis elegans nhiễm V.harveyi ở nồng độ 10-100 μM
Limonoids (ichangin và isolimonic acid)	HAI-1 bị ức chế gây ra phát quang sinh học ở V. harveyi BB886 (ΔLuxPQ) ở mức 6,25 – 100 μg/ml, đã giảm Phát quang sinh học do AI-2 gây ra trong V. harveyi BB170 (ΔLuxN) tại 25–100 μg/ml	LuxO	Inhibited biofilm formation in V. harveyi at a concentration of 25–100 g/ml Ức chế hình thành biofilm ở V.harveyi ở nồng độ 25-100g/ml

4.1.2 Thiophenones được brom hóa

Để xác định các chất ức chế cảm ứng QS mạnh hơn và ít độc hơn so với furanones được brom hóa, các nhà nghiên cứu đã tìm hiểu thiophenone brom hóa. Thiophenone TF310, (Z)-4-((5-(bromometylen)-2-oxo-2, Axit 5-dihydrothiophen-3-yl)methoxy)-4-oxobutanoic, được báo cáo là làm gián đoạn cảm biến QS của V. campbellii bằng cách giảm khả năng của bộ điều chỉnh cảm biến QS chính LuxR để liên kết với bộ khởi động mục tiêu của nó DNA.

Là một chất ức chế QS, thiophenone TF310 tăng khả năng sống của ấu trùng artemia bị cảm nhiễm khi được bổ sung vào nước ương nuôi ở mức 1 μM trở lên và được bảo vệ hoàn toàn (sự khác biệt về khả năng sống sót với ấu trùng không bị cảm nhiễm không đáng kể) ở nồng độ 2,5 μM, trong khi độc tính nghiêm trọng chỉ được quan sát thấy ở 250 μM.

Trong một nghiên cứu tiếp theo, TF203 ((Z)-5-(bromo(pheny)methylene)thiophen-2 (5H)-one), TF319 ((Z)-3-(hydroxy,etyl)-5-(phenylthio)metylen) thiophen-2(5H)-one), TF339 ((Z)-(5-(bromometylen)-2-oxo-2, 5-dihydrothiophen-3-yl)metyl axetat) và TF342 ((Z)-5-(E)- 3-bromobut-2-en-1-ylidene)-3-chlorothiophen-2(5H)-one) là thiophenone hoạt động nhất. Tất cả chúng đều ức chế cảm biến QS ở 0,25 μM. Hoạt động phá vỡ cảm biến QS cụ thể của các thiophenone (nghĩa là tỷ lệ giữa sự ức chế phát quang sinh học được điều hòa bởi cảm biến đại biểu và sự phát quang sinh học độc lập với cảm biến đại biểu) cao hơn 10 và là tương quan mạnh với khả năng bảo vệ artemia chống lại mầm bệnh V. Campbellii.

4.1.3 QStatin: 1-(5-bromothiophene-2-sulfonyl)-1H pyrazole

QStatin (1-(5-bromothiophene-2-sulfonyl)-1H pyrazole) là một chất ức chế QS độc đáo, mạnh mẽ và có độ chọn lọc với Vibrio. Nó ảnh hưởng đến các protein LuxR ở V.harveyi, bộ điều chỉnh phiên mã chính của hệ thống cảm biến số đại biểu ba kênh ở các loài Vibrio. QStatin đã được chứng minh là có ảnh hưởng đến tương tác của SmcR, tương đồng LuxR của V. vulnificus, với DNA promotor đích. Nó ức chế sự phát quang sinh học của V. harveyi, ảnh hưởng đến độ mờ của quần thể V. Parahaemolyticus và cải thiện tỷ lệ sống của ấu trùng artemia cảm nhiễm với V. harveyi và V. parahaemolyticus ở 20 μM.

4.1.3 Thiazolidinediones và dioxazaborocanes

Cấu trúc của dioxazaborocanes giống như các dẫn xuất oxazaborolidine đối kháng với AI-2 liên kết với các hợp chất của nó và 09 dẫn xuất dioxazoborocane trên cảm biến đại biểu ở V. campbellii. Mặc dù tất cả các hợp chất đã chặn cảm biến đại biểu (biểu hiện bằng sự ức chế phát quang sinh học của V. campbellii), các thiazolidinediones là chất ức chế cảm biến đại biểu AI-2 tích cực nhất, với giá trị EC50 trong phạm vi micromol thấp. Hơn nữa, cơ chế ức chế đã được làm sáng tỏ bằng cách đo lường ảnh hưởng phát quang sinh học trong một loạt đột biến QS V. campbellii và bằng xét nghiệm gắn DNA với protein LuxR tinh khiết. Các kết quả thu được trong các thí nghiệm này chỉ ra rằng các thiazolidinedione đã chặn QS ở V. campbellii bằng cách giảm khả năng liên kết DNA của LuxR, trong khi dioxazaborocanes chặn cảm biến QS AI-2 bằng cách nhắm mục tiêu LuxPQ thụ thể AI-2.

4.1.4 Cannabinoid HU-210 và cannabigerol tổng hợp

Cannabinoid tổng hợp HU-210 thể hiện nhiều ảnh hưởng sinh hóa, dược lý và hành vi, và được xem như một ức chế tiềm năng đối với QS ở vi khuẩn. Người ta đã chứng minh rằng HU-210 ảnh hưởng đến autoinducer-2 (AI-2), một trong các chuỗi phản ứng tạo ra QS của V. campbellii. Việc bổ sung HU-210 (0,02–200 μg/ml) vào môi trường vi khuẩn dẫn đến tăng giảm đến 98% khả năng phát quang sinh học của V. campbellii đột biến BB152 (AI-1 , AI-2+) và giảm 85% khả năng phát quang sinh học của V. campbellii BB170 (Cảm biến-1 và Cảm biến-2+). Hơn nữa, HU-210 đã ức chế quá trình sản xuất yếu tố độc lực qua trung gian cảm ứng QS mà không có bất kỳ tác dụng ức chế nào đối với sự phát triển của vi khuẩn. Nó đáng kể giảm sự hình thành màng sinh học ở nồng độ 0,2–200 m/l, giảm khả năng bơi lội ở nồng độ 2–200 mg/l trong chủng đột biến V. campbellii BB152. Nó cũng thay đổi biểu hiện của một số gen, được quy định bởi cảm biến số đại biểu, cụ thể là điều chỉnh giảm các gen của tầng cảm biến đại biểu AI-2 tại 2 mg/l.104 Gần đây, Aqawi và cộng sự đã báo cáo rằng cannabigerol – một cannabinoid có tự nhiên trong cây Cần sa – đã giảm đại biểu các kiểu hình do cảm biến quy định ở V. campbellii BB120. Điều này cho thấy cannabigerol đó làm tăng mức độ LuxO mRNA, đồng thời giảm mức độ LuxR mRNA.

4.1.5 Dẫn xuất Cinnamaldehyde và cinnamaldehyde

Cinnamaldehyde – được phân lập từ quế là một chất tạo hương vị không độc, an toàn. Tương tự như thiophenone brom hóa và furanone, cinnamaldehyde có thể hoạt động như một chất ức chế QS. Nó đã được đánh giá tiềm năng ức chế QS bằng cách sử dụng Chromobacterium violaceum, Yersinia enterocolitica, và Erwinia carotovora. Brackman và cộng sự đã chỉ ra rằng cinnamaldehyde và 05 dẫn xuất cinnamaldehyde có thể gây cản trở QS ở V. campbellii bằng cách giảm liên kết DNA khả năng của bộ điều chỉnh chính cảm biến đại biểu LuxR mà không ức chế vi khuẩn phát triển. Ở 100 μM, cinnamaldehyde và 2-NO₂– cinnamaldehyde là hai chất ức chế tích cực nhất, ức chế phát quang sinh học của V. campbellii lần lượt là 65% và 62%. Hơn nữa, cả hai đều bảo vệ ấu trùng artemia chống lại V. campbellii ở nồng độ 100–150 μM. Trong một nghiên cứu sâu hơn khám phá mối quan hệ cấu trúc–hoạt động của các chất tương tự cinnamaldehyde, 3,4-dichloro-cinnamaldehyde được phát hiện là hợp chất tích cực nhất. Nó làm tăng khả năng sống sót của Caenorhabditis elegans bị nhiễm V. campbellii BB120 ở 10 μM, nhưng nó độc khi trên 25 μM.

4.1.6 Citrus limonoids (isolimonic acid và ichangin)

05 limonoid đã được tinh chế từ cam chua và được đánh giá về khả năng ức chế tín hiệu giữa các tế bào của chúng ở V. campbellii. Trong số đó, ichangin và axit isolimonic ức chế đáng kể. Phát quang sinh học do HAI-1 gây ra ở V. campbellii BB886 (ΔLuxPQ) ở mức 6,25–100 mg/l, giảm khả năng phát quang sinh học do AI-2 gây ra trong V. campbellii BB170 (ΔLuxN) ở 25–100 mg/l và giảm sự hình thành màng sinh học của V. campbellii ở nồng độ 25–100 mg/l.

Trong khi đó, nghiệm thức axit isolimonic và ichangin gây ra biểu hiện của gen LuxO mà không có bất kỳ ảnh hưởng nào đến hoạt động của promotor LuxR. Vì vậy, tác giả kết luận rằng khả năng của limonoids để can thiệp vào QS của V. campbellii là một kết quả của việc điều chế biểu hiện LuxO. Không may, tác động của các hợp chất này đến độc lực của V. campbellii chưa được nghiên cứu.

4.1.7 Vitamin C (sodium ascorbate)

Natri ascorbat được xem là một tác nhân mới giúp kiểm soát nhiễm V. campbellii trong nuôi trồng thủy sản, vì nó cho thấy tác dụng bảo vệ đối với ấu trùng artemia gnotobiotic với V. campbellii. Cụ thể, nồng độ natri ascorbat tương đối cao (5 và 10 g/l) làm giảm đáng kể khả năng vận động của cá thể bơi lội, quá trình sản xuất màng sinh học và quá trình sản xuất độc lực enzyme, chẳng hạn như lipase, caseinase, phospholipase và hemolysin ở V. campbellii. Trong khi đó, natri ascorbate đã cải thiện khả năng sống sót của ấu trùng artemia gnotobiotic bằng cách xử lý sơ bộ V. Campbellii trước khi cấy vào nước nuôi. Hơn nữa, natri ascorbate ức chế phát quang sinh học được điều chỉnh bởi cảm biến đại biểu của V. campbellii hoang dã trong khi nó không ảnh hưởng đến cấu thành phát quang sinh học của chủng JAF548 pAKlux1 ở mức 5 và 10 g/l, trong đó natri ascorbate có thể can thiệp vào tín hiệu QS ở V. campbellii.

4.1.8 Các hợp chất có cấu trúc tương tự Indol

Các chất tương tự Indole hiện diện rộng rãi trong tự nhiên như một số vi khuẩn và sinh vật nhân chuẩn sửa đổi hoặc làm suy giảm indole và/hoặc tạo ra các chất tương tự indole. Mặc dù indole đã được báo cáo là ảnh hưởng đến độc lực của vi khuẩn và cho thấy tác dụng bảo vệ vật chủ sinh vật, dường như nó lại gây độc cho ấu trùng artemia ở nồng độ 200 μM. Do đó, các chất tương tự indole ít độc hại hơn và hiệu quả hơn đã được khám phá, trong đó axit indole-3-acetic được phát hiện là có tác dụng tương tự như đã quan sát đối với indole.

Axit Indole3-acetic được sản xuất bởi thực vật, tảo (vi mô) và một số vi khuẩn và được tìm thấy trong các môi trường đa dạng như nước biển, thực vật và vật chủ. Đã có báo cáo rằng axit indole-3-acetic ức chế sự phát quang sinh học và độc lực của V. Campbellii đối với ấu trùng tôm ở 50 μM. Hơn nữa, 30 mg/l axit indole 3-acetic hoặc axit indole-3-butyric làm giảm sự hình thành màng sinh học, phát quang sinh học, caseinase và khả năng di chuyển thành đàn của V. Harveyi và cải thiện khả năng sống sót của ấu trùng artemia bị nhiễm bệnh khi kết hợp với axit undecanoic 10 mg/l.

Indole-3-acetamide là một chất tương tự indole khác ức chế phát quang sinh học, sự hình thành màng sinh học và mức độ exopolysacarit của V. campbellii tại 50μM. Tỷ lệ sống của ấu trùng artemia gnotobiotic đã được cải thiện đáng kể bằng cách xử lý trước V. campbellii với 50 μM indole3-acetamide. Hơn nữa, các chất tương tự indole halogen hóa 4-iodoindole, 7-iodoindole, 4-chloroindole và 7-chloroindole đã được tìm thấy để ức chế sự hình thành màng sinh học, khả năng vận động của vi khuẩn, tính kỵ nước, hoạt động của protease và sản xuất indole của V. parahemolyticus ở nồng độ 10–100 mg/l (Bảng 3).

Gần đây, chúng tôi đã khám phá các đặc tính kháng khuẩn của 70 indole ảnh hưởng đến V. campbellii và tìm thấy 28 chất tương tự indole với có tác dụng bảo vệ ấu trùng artemia chống lại V. Campbellii mà không ảnh hưởng đến sự phát triển của vi khuẩn (Bảng 3). Trong số đó, 17 chất tương tự indole được halogen hóa đã cải thiện khả năng sống sót của ấu trùng artemia lên trên 60% khi được gây cảm nhiễm với V. campbellii ở mức tương đối nồng độ thấp (≤20 μM). Cụ thể hơn, hợp chất tích cực nhất là 7-bromoindole (làm tăng khả năng sống sót của artemia đến hơn 60% ở mức 2 μM trở lên), 4-fluoroindole, 7-fluoroindole và 5-iodoindole (tất cả đều ở mức 5 μM). Năm indoles có thể tăng tỷ lệ sống của ấu trùng artemia lên hơn 80% (tất cả ở 10 μM) là: 6-bromoindole, 7-bromoindole, 4-fluoroindole, 5-iodoindole và 7-iodoindole. Kết quả in vitro cho thấy rằng tất cả các 17 indole halogen hóa được chọn làm giảm khả năng bơi lội ở cả hai 10 μM và 100 μM và hầu hết chúng làm giảm sự hình thành màng sinh học ở nồng độ 100 μM, trong khi chỉ quan sát thấy hoạt tính protease giảm nhẹ và không ảnh hưởng đến hoạt tính tán huyết.

Bên cạnh các chất tương tự indole đã halogen hóa, 1-metylindole (100 μM), indene (200 μM), 2,3-benzofuran (200 μM), thianaphthene (200 μM), indol-3-axetonitril (10 μM), metyl indole-3-carboxylat (20 μM), 3- methylindole (20 μM) và indole-2-carboxaldehyde (20 μM) cũng thể hiện tác dụng bảo vệ đáng kể đối với ấu trùng artemia chống lại nhiễm V. campbellii, dẫn đến tỷ lệ sống của artemia được cảm nhiễm tăng trên 80%. Tỷ lệ sống của ấu trùng artemia cao nhất (98%) thu được với indole-3-acetonitril, ở nồng độ 20 μM. Trong khi đó, tất cả 08 chất tương tự indole này đều làm giảm khả năng bơi lội khả năng vận động của V. campbellii và ba trong số chúng (1-methylindole, indole 3-acetonitril và methyl indole-3-carboxylate) làm giảm màng sinh học để hình thành ở 200 μM.

4.1.9 Vi khuẩn làm suy giảm phân tử tín hiệu

Một số vi sinh vật sản xuất các enzyme làm suy giảm các phân tử tín hiệu AHL, làm gián đoạn QS của vi khuẩn gây bệnh, nhờ đó ngăn chặn được việc sản xuất các yếu tố gây độc. Do đó, việc áp dụng vi khuẩn làm suy giảm phân tử tín hiệu như 1 loại probiotics có thể là một phương pháp đặc biệt hữu ích khác để kiểm soát vi khuẩn gây bệnh trong nuôi trồng thủy sản. Hai loại enzyme phân hủy AHL chính có đã được báo cáo: acylases và lactonase. AHL acylases cắt liên kết amide của các phân tử AHL dẫn đến sự hình thành homoserine lactone và một axit béo. Mặt khác, AHL lactonases tách vòng lactone, dẫn đến sự hình thành của N-acylhomomerine.

Đã có báo cáo rằng protein AHL lactonase AiiA của Bacillus thuringiensis làm giảm cường độ phát quang sinh học của V. harveyi 85% và kìm hãm sự tổng hợp sắc tố của chủng reporter QS C. violaceum. Sau đó, B. thuringiensis QQ1 và B. Cereus QQ2 được phân lập từ ruột của cá chẽm châu Á. Những chủng này có thể làm suy giảm AHL được tạo ra bởi các mầm bệnh quan trọng thuộc chi Vibrio, chẳng hạn như V. harveyi và V. alginolyticus. Hơn nữa, B. thuringiensis QQ1 và B. cereus QQ2 được báo cáo là cải thiện tỷ lệ sống tích lũy của cá chẽm châu Á chống lại V. harveyi. Cụ thể, cá chẽm châu Á được cho ăn với chế độ ăn cơ bản (nhóm đối chứng) hoặc chế độ ăn cơ bản chứa 1 10⁹ CFU/g B. thuringiensis QQ1 hoặc B. Cereus QQ2 trong 35 ngày. Tỷ lệ cá chết do nhiễm V. harveyi là giảm xuống 24% và 16% bằng cách cho ăn bằng QQ1 và QQ2 tương ứng (72% ở cá không có men vi sinh). Trong khi đó, hematocrit (Hct) và hoạt động bùng nổ hô hấp (RBA) ở cá được cho ăn QQ1 hoặc QQ2, globulin trong cá được nuôi bằng QQ2 và tổng số lượng bạch cầu (TLC) ở cá được cho ăn bằng QQ1 tăng đáng kể sau khi nhiễm V. harveyi (ngày 42), trong khi chất béo trung tính trong huyết thanh, cholesterol, phosphatase kiềm (ALP), ala nine aminotransferase (ALAT), aspartate aminotransferase (ASAT) và lactate dehydrogenase (LDH) giảm đáng kể ở cá được cho ăn với QQ1 hoặc QQ2 sau khi nhiễm bệnh.

Hai hỗn hợp nuôi cấy khác nhau nhằm tăng sinh các vi khuẩn có khả năng phân hủy AHL đã được phân lập và xem như chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản. Một trong số chúng, EC5(D), được làm giàu từ hệ vi sinh vật đường ruột của cá vược châu Âu (Dicentrarchus labrax) và loại khác, EC5(L) từ cá vược châu Á (Lates calcarifer). Cả hai môi trường tăng sinh này đã được chứng minh là cải thiện khả năng sống sót của ấu trùng Macrobrachium rosenbergii nhiễm V. harveyi. Có hai cách để áp dụng nuôi cấy tăng sinh: thêm chúng trực tiếp vào nước nuôi ấu trùng với 10⁶ CFU ml/L hoặc cho ấu trùng ăn bằng ấu trùng Artemia được bao bọc môi trường giàu hóa. Cả hai môi trường tăng sinh đều có tác động tích cực tương tự đối với sự sống sót của ấu trùng và chất lượng ấu trùng.

Pande và cộng sự phân lập Pseudomonas sp. NFMI-T và Bacillus sp. NFMI-C từ môi trường nuôi cấy vi tảo Tetraselmis suecica và Chaetoceros muelleri mở. Cả hai chủng phân lập đều có thể làm suy giảm AHL N-hexanoyl-L-homoserine lactone, trong khi chỉ có Bacillus sp. NFMI-C có thể vô hiệu hóa N-hydroxybutanoyl-L-homoserine lac, AHL được sản xuất bởi V. campbellii. Điều quan trọng là Bacillus sp. NFMI-C cải thiện đáng kể tỷ lệ sống của ấu trùng tôm càng xanh (Macrobrachium rosenbergii) bị nhiễm V. campbellii gây bệnh khi bổ sung vào nước nuôi ấu trùng ở 10⁵ CFU ml/1.

Cuối cùng, Bacillus spp. (B. subtilis MFB10, B. lentus MFB2 và B. firmus MFB7) được phân lập từ ao nuôi trồng thủy sản và đất ngập mặn vì chúng khả năng phân hủy tổng hợp cao AHLs. Tất cả các chủng phân lập này đều ức chế biểu hiện độc lực gen mã hóa protease, lipase, phospholipase, caseinase, chitinase, và gelatinase, đồng thời ức chế sự hình thành màng sinh học của V. harveyi. Ngoài ra, B. subtilis MFB10, B. lentus MFB2 và B. firmus MFB7 đã bảo vệ hậu ấu trùng tôm sú Penaeus chống lại nhiễm V. harveyi khi bổ sung vào nước ương ấu trùng 10⁵, 10⁶ và 10⁷CFU ml/L.

IV. Ý nghĩa và triển vọng trong tương lai

Hệ thống QS ba kênh điều chỉnh biểu hiện của các gen độc lực trong Vibrios dòng Harveyi. Do đó, một loạt của các chất ức chế QS đã được nghiên cứu ở những vi khuẩn này (bao gồm các hợp chất tự nhiên và tổng hợp và vi khuẩn phân giải phân tử tín hiệu), và chúng được phát hiện là có tác dụng bảo vệ động vật thủy sinh khỏi bệnh tật. Ngược lại, không có chất ức chế nào của hệ thống QS ba kênh được ghi nhận trong Vibrios nhánh Splendidus bởi vì hệ thống QS này không ảnh hưởng đến độc lực của những Vibrios này. Mặt khác, indole là một phân tử tín hiệu mà ảnh hưởng đến độc lực ở cả Vibrios nhánh Harveyi và nhánh Splendidus, và các chất tương tự indole cho thấy tác dụng bảo vệ cao đối với vật chủ dưới nước chống lại các tác nhân gây bệnh này.

Tất cả các dữ liệu chứng minh rằng indole và các chất tương tự indole có tiềm năng trở thành tác nhân kiểm soát dịch bệnh mới trong nuôi trồng thủy sản. Tuy nhiên, sẽ cần nghiên cứu thêm để thiết lập phương thức hoạt động của indole và các chất tương tự indole vì các chuỗi phát hiện tín hiệu và truyền tín hiệu vẫn chưa được nghiên cứu. Hơn nữa, ngoài vi khuẩn làm giảm quorum được đề cập, vi khuẩn sản xuất indole hoặc chất tương tự indole cũng có thể hữu ích như chế phẩm sinh học mới trong kiểm soát dịch bệnh thủy sản.

Bằng chứng cho thấy các tác nhân gây nhiễu QS có thể bảo vệ động vật thủy sinh khỏi Vibriosis cho đến nay chỉ thu được trong điều kiện thí nghiệm, và các thí nghiệm thực địa vẫn chưa được thực hiện. Lý do chính cho điều này có lẽ do thực tế là những các tác nhân cần phải được phân lập từ các nguồn tự nhiên hoặc được tổng hợp; và do đó không đơn giản để có đủ một lượng lớn các hợp chất để thực hiện các thí nghiệm ngoài thực tế. Do đó, nghiên cứu tiếp theo sẽ là sản xuất đủ số lượng hiệu quả về chi phí hoặc để xác định các tác nhân có đủ số lượng có sẵn ở một mức giá hợp lý để thực hiện lĩnh vực thí nghiệm. Một ví dụ đáng chú ý sau này là Cinnamaldehyde, hiện đang được sử dụng như một chất phụ gia trong thực phẩm và thức ăn chăn nuôi để ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh

Có nhiều yếu tố cần được xem xét và rất nhiều nghiên cứu tiếp theo cần được thực hiện trước khi áp dụng các tác nhân gây nhiễu QS trong nuôi trồng thủy sản. Đầu tiên, cần phải xác định cách thức kiểm soát các tác nhân này. Cho đến nay, các tác nhân gây nhiễu QS (cả phân tử nhỏ và vi sinh vật) đã được bổ sung vào quá trình nuôi nước của các sinh vật dưới nước và điều này đã được tìm thấy để bảo vệ các loài động vật từ vibrio. Tuy nhiên, có thể hiệu quả hơn nếu thêm các tác nhân gây nhiễu QS vào thức ăn. Vẫn cần thiết lập để xác định các tác nhân can thiệp QS có thể được thêm vào thức ăn và xem xét liệu bổ sung vào thức ăn thì có hiệu quả trong việc bảo vệ động vật từ vibriosis hay không. Thứ hai, chúng ta biết rằng các tác nhân can thiệp QS có đặc tính phòng ngừa, nhưng trong nhiều trường hợp, nó vẫn không rõ liệu chúng cũng có đặc tính chữa bệnh hay không. Thật vậy, các tác nhân thường được thêm vào trước/ cùng lúc với mầm bệnh xảy ra. Một ngoại lệ đáng chú ý gần đây cho thấy rằng indole tương tự 1-methylindole, indene, 2,3-benzofuran và thianaphthene không có tác dụng chữa bệnh vì chúng không bảo vệ artemia khỏi V. campbellii khi được thêm vào nước nuôi 1 ngày sau khi tôm bị lây nhiễm. Tuy nhiên, trong một tình huống thực địa, các hợp chất này vẫn có thể ngăn chặn sự lây lan của bệnh giữa các loài động vật trong một trường hợp của một nhóm động vật mà một số bị ảnh hưởng bởi vibriosis và những con khác chưa bị nhiễm. Thứ ba, trong một số trường hợp (đáng chú ý là trong trường hợp indole và các chất tương tự indole), cần tiếp tục nghiên cứu để tìm hiểu rõ hơn về các phân tử này và tiềm năng trong điều trị bệnh.

Các tác nhân ức chế QS thường được cho là có ít tác dụng phụ hơn đối với các sinh vật không mục tiêu và có rủi ro phát triển kháng thuốc thấp hơn so với các loại kháng sinh thông thường. Tuy nhiên, cho đến nay, bằng chứng về những giả định này vẫn còn thiếu. Do đó, cần nghiên cứu thêm để xác minh rằng các tác nhân gây nhiễu QS không có tác động tiêu cực đến hoạt động của vi khuẩn có lợi trong hệ thống nuôi trồng thủy sản (ví dụ: chế phẩm sinh học hoặc vi khuẩn trong bộ lọc sinh học). Điều này đặc biệt đúng đối với các tác nhân cản trở QS hoạt tính rộng đối với nhiều loại vi khuẩn.

Ngoài ra, dòng vibrio không gây bệnh có thể được sử dụng như một probiotics. Nếu một tác nhân gây nhiễu QS được sử dụng để ngăn chặn hoạt động của Vibrios, thì cần xác định xem chất này có ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động có lợi của dạng probiotics đó hay không.Tuy nhiên, tác động như vậy cũng sẽ ít hơn kháng sinh vì các tác nhân cản trở QS không giết chết hoặc ức chế sự phát triển của Vibrios. Đồng thời, cần nghiên cứu thêm thông tin liên quan đến sự an toàn của các tác nhân can thiệp QS. Trong một số trường hợp, độc tính của các tác nhân đối với vật nuôi đã được thử nghiệm (và được tìm thấy là cao hơn so với nồng độ mà có thể bảo vệ động vật khỏi bị nhiễm trùng), trong khi đối với các tác nhân khác thông tin này vẫn còn thiếu.

Nhóm tác giả: Shanshan Zhang, Qian Yang, Mieke Eggermont, Tom Defoirdt

Từ khóa: các liệu pháp kháng virus, NTTS, tín hiệu indol, Quorum sensing, Vibrio.

“Tôm Giống Gia Hóa – Chìa Khóa Thành Công”

Xem thêm:

Kỹ Thuật Nuôi, Tin Tức

Phần 2 – Gây Nhiễu Tín Hiệu QUORUM-SENSING (QS) Của Vibrios