Ứng Dụng Của Proteomics Trong Nuôi Tôm

Tóm tắt

Vì protein đóng một vai trò quan trọng đối với sự sống của sinh vật, nên nhiều nhà nghiên cứu hiện đang tìm hiểu cách gen và protein tương tác để tạo ra các protein khác nhau. Người ta dự đoán rằng việc tạo ra các công cụ thích hợp để phân tích nhanh các protein sẽ đẩy nhanh việc xác định chức năng của các phân tử sinh học này và phát triển các dấu ấn sinh học mới, đồng thời phát triển các mục tiêu để chẩn đoán và điều trị nhiều bệnh khác nhau. Mặc dù tôm mang lại nguồn protein có nguồn gốc từ biển chất lượng cao, nhưng đã có báo cáo về những thiệt hại nặng nề đối với ngành tôm do sản xuất tôm kém chất lượng và nhiều lần tôm chết hàng loạt.

Các vấn đề liên quan đến dịch bệnh, ô nhiễm môi trường nước và chất lượng thức ăn chăn nuôi là một trong những nguyên nhân dẫn đến những thiệt hại được nêu trên. Trên thị trường xuất khẩu thủy sản, tôm chiếm vị trí hàng đầu về thu nhập tiền tệ và củng cố nền kinh tế của nhiều quốc gia đang phát triển. Do đó, điều quan trọng đối với các công ty sản xuất tôm là họ phải sản xuất tôm khỏe mạnh với protein chất lượng cao. Nuôi trồng thủy sản là một thị trường rất cạnh tranh, do đó, nhận thức toàn cầu về việc sử dụng kiến thức khoa học và công nghệ mới để có được những sinh vật nuôi tốt hơn thông qua sản xuất bền vững là rất quan trọng. Điều này đã nâng cao tầm quan trọng của proteomics trong nghiên cứu sinh học thủy sản. Proteomics được xem như một công cụ mạnh mẽ, nên nó ngày càng được sử dụng rộng rãi để giải quyết một số vấn đề trong nuôi tôm. Trong bài báo này, những nỗ lực đã được thực hiện để giải quyết những thách thức trong ngành tôm, đặc biệt là nêu lên vai trò của proteomics trong sinh sản, nhân giống và đẻ trứng, phản ứng miễn dịch và khả năng kháng bệnh, dinh dưỡng và sức khỏe, hệ vi sinh vật và chế phẩm sinh học, sản xuất tôm chất lượng và an toàn, ứng dụng tin sinh học trong proteomics, phát hiện ra các dấu ấn sinh học của protein, và giảm thiểu stress sinh học và phi sinh học. Những thách thức trong tương lai và định hướng nghiên cứu về proteomics trong nuôi tôm cũng đã được thảo luận.

Giới thiệu

Nuôi tôm là một phần quan trọng của ngành nuôi trồng thủy sản trên toàn thế giới. Trên khắp thế giới, tôm đã được nuôi trong vài thập kỷ, và ngày nay một số quốc gia đang tích cực tham gia vào các hoạt động nuôi tôm. Tổng sản lượng tôm thế giới theo ước tính của FAO (2020) đã được báo cáo là 4.267.500 tấn. Các nước châu Á chiếm khoảng 3,42 triệu tấn, tương đương khoảng 80% sản lượng tôm toàn cầu vào năm 2018. Châu Mỹ sản xuất khoảng 756.430 tấn và các nước còn lại trên thế giới chiếm khoảng 85.000 tấn (FAO, 2016). Tôm thẻ chân trắng Litopenaeus vannamei là loài tôm chính được nuôi và cũng là loài tôm thương mại quan trọng nhất trên thế giới với hầu hết sản lượng trong nuôi trồng thủy sản là từ loài tôm này (Liao và Chien, 2011). Công nghệ sản xuất tiếp tục được mở rộng đến bán thâm canh và có nhiều tiềm năng để nâng cao hiệu quả thông qua đổi mới và tiêu chuẩn hóa các quy trình (Chellapandi, 2021). Để nâng cao chất lượng tôm, kiến thức chuyên sâu về các khía cạnh dinh dưỡng là điều cần thiết. Bên cạnh đó, một số yếu tố khác như dịch bệnh, stress sinh học và phi sinh học, các yếu tố môi trường và ô nhiễm cũng có tác động đến chất lượng tôm. Ngành nuôi tôm trên toàn cầu phải đối mặt với nhiều thách thức, quan trọng nhất là việc quản lý các bệnh truyền nhiễm khác nhau và nhu cầu bổ sung các thành phần mới trong sự phát triển ngày càng tăng của thức ăn thủy sản (Diwan và cộng sự, 2021).

Trong nuôi tôm, nhận thức về việc sử dụng kiến thức khoa học và các công nghệ mới, đặc biệt là để tăng sinh sản của tôm trong điều kiện nuôi nhốt, duy trì đàn tôm bố mẹ, chế độ ăn và các yêu cầu dinh dưỡng để tăng trưởng nhanh hơn, quản lý dịch bệnh và kiểm soát các yếu tố môi trường để có được sinh vật được nuôi tốt hơn thông qua sản xuất bền vững đã nâng cao tầm quan trọng của proteomics và các khía cạnh liên quan đến proteomics. Proteomics được xem như một công cụ mạnh mẽ, do đó, trong một thập kỷ qua, chúng ngày càng được sử dụng rộng rãi để giải quyết các vấn đề khác nhau trong lĩnh vực nuôi cá và động vật có vỏ, chủ yếu liên quan đến phúc lợi, dinh dưỡng, sức khỏe, chất lượng và an toàn (Rodrigues và cộng sự, 2012). Trong cuộc thảo luận về việc áp dụng proteomics để phát triển nuôi trồng thủy sản ở Trung Quốc, Peng (2013) đã báo cáo rằng, các nghiên cứu proteomic là rất quan trọng để cải thiện sản lượng, thúc đẩy phát triển ngành nuôi trồng thủy sản, quản lý các bệnh truyền nhiễm và khả năng miễn dịch của cá. Về vấn đề này, nghiên cứu về proteomics trong nuôi trồng thủy sản đã được thực hiện rộng rãi để tìm hiểu khả năng miễn dịch của vật chủ và cơ chế phát sinh bệnh ở vi sinh vật, sự tương tác giữa vật chủ và mầm bệnh, cũng như xác định các mầm bệnh mới và các vắc xin cho các biện pháp can thiệp điều trị. Nhiều nghiên cứu về gen, proteomic và phosphoproteomic ở các loài giáp xác đã tập trung vào việc khám phá các dấu hiệu về biểu hiện gen và các con đường tín hiệu protein liên quan đến việc tiếp xúc với bệnh.

Mục đích chính của các nghiên cứu về proteomics trong báo cáo này là thảo luận về tất cả các ứng dụng tiềm năng của protein được biểu hiện bởi tế bào, mô hoặc sinh vật trong các điều kiện sinh lý cụ thể. Loại phân giải cấu trúc này của protein có thể giúp tìm ra phương pháp tốt hơn để giảm thiểu những thách thức của ngành tôm trong tương lai, như tìm kiếm các protein kháng nguyên, phát hiện các protein được điều chỉnh khác biệt và xác định đặc tính của các protein có hoạt tính sinh học để điều tra sinh lý, sinh học phát triển và tác động của các chất ô nhiễm môi trường. Các nghiên cứu về các khía cạnh miễn dịch của tôm chưa được hiểu rõ, do đó các phương pháp tìm hiểu chức năng gen và protein là cần thiết để thu thập thông tin liên quan đến các phản ứng miễn dịch ở những sinh vật này (Wang và cộng sự, 2007; Jiang và cộng sự, 2009; Robalino và cộng sự, 2009). Trong các nghiên cứu về gen và protein ở tôm thẻ L. vannamei, Robalino và cộng sự (2009) đã báo cáo rằng bằng cách sử dụng các công cụ phân tử như Khai thác dữ liệu EST, nhân bản biểu hiện khác biệt thông qua Suppression Subtractive Hybridization, lập hồ sơ biểu hiện bằng cách sử dụng kỹ thuật Microarrays và nghiên cứu protein bằng phương pháp khối phổ, đã cung cấp nhiều thông tin và cơ hội cho những con đường nghiên cứu mới. Hơn nữa, người ta đề cập rằng những nghiên cứu như vậy sẽ tạo ra những hướng nghiên cứu mới về proteomics ở tôm. Các tài liệu hiện có về các khía cạnh khác nhau của proteomics trong nuôi tôm chủ yếu là sinh sản, dinh dưỡng, sức khỏe, phản ứng miễn dịch, chất lượng, an toàn, v.v. (Witchulada và cộng sự, 2012, Witchulada và cộng sự, 2014a, Witchulada và cộng sự, 2014b; Saetan và cộng sự, 2016; Dang và cộng sự, 2018, Dang và cộng sự, 2019; Klinbunga và cộng sự, 2020; Monica và Manuel, 2020). Điều này có thể thực hiện được là do sự phát triển của các kỹ thuật tiên tiến trong phân tích proteomics ở cấp độ cấu trúc và phân tử, cũng như kiến thức chuyên sâu thu được từ các lĩnh vực khoa học khác như khoa học dinh dưỡng, vi sinh vật, chế phẩm sinh học và tin sinh học. Trong bài báo cáo của Leu và cộng sự (2011) khi nghiên cứu về Khai thác dữ liệu EST, đã cung cấp thông tin chi tiết về cơ sở dữ liệu phiên mã ở tôm trong một nhóm tôm có giá trị về mặt thương mại. Đánh giá này bao gồm cơ sở dữ liệu phiên mã của 16 loài tôm chính và ngoài ra, nó cũng cung cấp cơ sở dữ liệu về các nghiên cứu EST cho 4 loài tôm khác được thu thập từ NCBI. Hơn nữa, người ta đề cập rằng, thông tin cơ sở dữ liệu này sẽ khá hữu ích cho cộng đồng nghiên cứu tôm với kiến thức đại cương về hệ thống phiên mã cũng như một công cụ để xác định gen. Những cải tiến gần đây trong tin sinh học và các ứng dụng của nó trong các nghiên cứu về protein đã trở thành một phương pháp mới để phân tích protein và giải thích ý nghĩa của nó. Tuy nhiên, đối với những nghiên cứu như vậy, cần phải có một số lượng lớn cơ sở dữ liệu về các protein mục tiêu, và khi đã có đủ dữ liệu, nó có thể được sử dụng để đưa ra các kết luận xác thực bằng cách sử dụng các công cụ tiên tiến của tin sinh học. Những khía cạnh này cũng được thảo luận trong bài đánh giá này. Tương tự, việc phát hiện ra các dấu ấn sinh học protein trong các nghiên cứu về promiotics đã thu được rất nhiều ý nghĩa, vì các dấu ấn sinh học protein không chỉ là một chỉ số đánh giá các quá trình sinh học bình thường mà còn để đánh giá bất kỳ sự xáo trộn hoặc mất cân bằng sinh lý nào trong một sinh vật. Các nỗ lực cũng đã được thực hiện để đề cập đến một số khía cạnh của các nghiên cứu như vậy trên tôm trong bài đánh giá này.

Phần đoạn trích

Proteomics: phát triển sinh sản, nhân giống và đẻ trứng

Để hiểu cơ chế phân tử của sự phát triển và trưởng thành của buồng trứng hay tế bào trứng ở tôm, điều quan trọng là phải xác định và mô tả đặc điểm của các gen / protein liên quan đến sinh sản được biểu hiện trong buồng trứng. Sự biểu hiện khác biệt của các protein trong quá trình phát triển buồng trứng của tôm có thể được suy ra từ protein phổ. Trước đây, các nghiên cứu về việc tìm hiểu các cơ chế phân tử đối với sự phát triển và trưởng thành của tế bào trứng / buồng trứng ở họ tôm He đã nhận được sự quan tâm lớn với…

Proteomics đối với sự tăng trưởng, dinh dưỡng và sức khỏe

Dinh dưỡng và thức ăn đóng một vai trò thiết yếu trong sự phát triển bền vững của hoạt động nuôi tôm. Sự tăng trưởng, sức khỏe và sinh sản của tôm cũng như các động vật thủy sản khác chủ yếu phụ thuộc vào việc cung cấp đầy đủ các chất dinh dưỡng, cả về số lượng và chất lượng đối với bất kỳ hệ thống nuôi nào. Tôm cung cấp protein chất lượng cao và axit amin thiết yếu, khoáng chất và nguyên tố vi lượng, vitamin tan trong chất béo và axit béo thiết yếu bao gồm chuỗi dài …

Proteomics và tin sinh học ở tôm

Đã có nhiều nghiên cứu được thực hiện về proteomics trên tôm để tìm hiểu tình trạng sức khỏe của động vật, phản ứng miễn dịch, tác động của thức ăn và chế độ ăn, sự thay đổi chất lượng của protein liên quan đến các bệnh truyền nhiễm, biến đổi khí hậu, sinh vật và stress phi sinh học. Tuy nhiên, việc ứng dụng kiến thức tin sinh học trong phân tích dữ liệu protein liên quan đến các yếu tố khác nhau trong nuôi tôm vẫn còn hạn chế, do đó cần phải có những nỗ lực nghiên cứu chuyên sâu trong lĩnh vực này để hiểu rõ …

Proteomics trên tôm để phát hiện ra các dấu ấn sinh học protein

Proteomics và dấu ấn sinh học là công nghệ phân tích, và các ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực khoa học đã được minh chứng là mang lại hiệu quả tốt. Dấu ấn sinh học protein là các đặc điểm sinh học được đo lường và đánh giá một cách chính xác như một chỉ số của các quá trình sinh học bình thường, các quá trình gây bệnh hoặc các phản ứng dược lý đối với biện pháp can thiệp điều trị. Các dấu ấn sinh học phân tử protein đặc biệt phổ biến do sự sẵn có của một loạt các thiết bị phân tích, có thể xác định và …

Các quan điểm tương lai về proteomics trong đến nuôi tôm

Mục đích của proteomics là phân giải đồng thời tất cả các protein tiềm năng được biểu hiện bởi tế bào, mô hoặc sinh vật trong một điều kiện sinh lý cụ thể. Nó sẽ cho phép các nhà khoa học xây dựng và thử nghiệm các giả thuyết tốt hơn, với mục tiêu cuối cùng là tìm ra phương pháp hiệu quả nhất để giải quyết những thách thức trong khoa học sinh học bao gồm cả lĩnh vực nuôi trồng thủy sản. Ví dụ, tìm kiếm các protein kháng nguyên, phát hiện các protein được điều chỉnh khác biệt và xác định đặc điểm của các protein có hoạt tính sinh học …

Ghi chú: Chúng tôi sẽ cập nhật các kết quả nghiên cứu còn lại khi tác giả công bố chúng

Theo A.D. Diwan, S.N.Harke, Archana N.Panche

Nguồn: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1744117X22000570

Biên dịch: Huyền Thoại – Công ty TNHH PTTS Bình Minh

Xem thêm:

Kỹ Thuật Nuôi, Tin Tức