ỨNG DỤNG VI KHUẨN ĐỐI KHÁNG TRONG NUÔI TÔM

Ts Phạm Thị Tuyết Ngân, khoa Thủy sản, trường Đại học Cần Thơ

Giới thiệu

Thách thức lớn nhất trong ngành tôm ở qui mô toàn cầu là vấn đề dịch bệnh, đặc biệt bệnh có nguồn gốc từ vi khuẩn và chủ yếu là các loài Vibrio (Ajadi et al., 2016; Hoseinifar et al., 2018). Bệnh hoại tử gan tụy cấp tính (AHPND), hay còn gọi “hội chứng tôm chết sớm” (EMS), do vi khuẩn Vibriosis gây ra với tỷ lệ chết nghiêm trọng (lên đến 100%) và ảnh hưởng đến kinh tế trên toàn cầu (Lightner et al., 2012; Joshi et al., 2014; Kongrueng et al., 2015; Boonsri et al., 2017). Tôm nhiễm bệnh có biểu hiện tăng trưởng chậm, bụng đói và gan tụy bị teo nghiêm trọng (Joshi et al., 2014; Kongrueng et al., 2015; Sirikharin et al., 2015; Han et al., 2020). Ban đầu, tác nhân gây bệnh của AHPND đã được báo cáo là do Vibrio parahaemolyticus (VPAHPND) (Tran et al., 2013). Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng các vi khuẩn Vibrio spp. khác, chẳng hạn như Vibrio punensis (Restrepo et al., 2018), Vibrio owensii (Liu et al., 2015), Vibrio harveyi-like (Kondo et al., 2015) và Vibrio campbellii (Dong et al., 2017) cũng có khả năng gây AHPND ở tôm. Bên cạnh AHPND, các loại Vibrio khác thường được báo cáo trên tôm nuôi do Vibrio alginolyticus, Vibrio anguillarum, V. harveyi, Vibrio vulnificus, V. campbellii và Vibrio fischeri gây nên bệnh (Lavilla-Pitogo et al., 1990; Lightner, 1996; Lavilla -Pitogo et al., 1998; Chen et al., 2000; Jayasree et al., 2006; Longyant et al., 2008; Zheng et al., 2016; Chandrakala và Priya, 2017; Karnjana et al., 2019). Hơn nữa, các loài không thuộc Vibrio như Aeromonas spp. (Dierckens et al., 1998; Zhou et al., 2019), Streptococcosis spp. (Hasson et al., 2009), Shewanella spp. (Wang et al., 2000), Flavobacterium spp. (Chandrakala và Priya, 2017) và Pseudoalteromonas spp. (Zheng et al., 2016) cũng được ghi nhận là có thể gây ra các bệnh nghiêm trọng NTTS tôm cá. Do đó, các chiến lược tập trung vào việc hạn chế sự phát triển hoặc hoạt động của vi khuẩn gây bệnh là rất cần thiết. Để giải quyết vấn đề tôm nhiễm bệnh AHPND, kháng sinh đã dược sử dụng. Tuy nhiên cho đến nay, hầu như chưa có thuốc điều trị đặc hiệu cho dịch bệnh này, hầu hết các dòng vi khuẩn V. parahaemolyticus kháng được hoàn toàn với oxytetracylin, là kháng sinh chủ yếu trộn vào thức ăn nuôi tôm định kỳ. Do đó sử dụng kháng sinh để trị bệnh không có hiệu quả, ngoài ra việc sử dụng kháng sinh còn gây ảnh hưởng đến môi trường nuôi tôm, đến sự tăng trưởng của tôm và gây ảnh hưởng đến chất lượng tôm.

Ứng dụng vi khuẩn đối kháng trong nuôi tôm

Vi khuẩn Bacillus spp.

Gần đây, Bacillus spp. đã được sử dụng kháng lại bệnh Vibriosis và các bệnh khác NTTS, vì các đặc tính kháng lại các vi sinh vật gây bệnh thủy sinh, và các đặc tính không gây bệnh và không độc hại (Rengpipat et al., 2003; Aly et al., 2008; Ran et al., 2012; Hoseinifar và cộng sự, 2018; Kuebutornye et al., 2019; Wang et al., 2019). Đặc tính kìm khuẩn của Bacillus spp. có bản chất là các chất ức chế tự nhiên là chất có hoạt tính sinh học do chính vi khuẩn tiết ra trong quá trình sống (Kuebutornye et al., 2019). Các sản phẩm tự nhiên này không cần thiết cho sự tồn tại của Bacillus nhưng mang lại lợi thế cạnh tranh trong các điều kiện môi trường sống cụ thể (Hug et al., 2020). Do Bacillus spp. có khả năng kìm khuẩn với phổ rộng nên được sử dụng để kiểm soát các bệnh trên tôm, đặc biệt là AHPND. Một số nghiên cứu được thực hiện với mục tiêu khám phá các chất ức chế có hoạt tính sinh học được tiết ra bởi Bacillus spp. kháng lại AHPND và các bệnh do Vibriosis khác trên tôm thẻ chân trắng. Một dòng vi khuẩn có tên BSXE-1601 (Bacillus subtilis) đã được nghiên cứu, dòng này được phân lập từ ruột tôm và bùn đáy ao nuôi. Tác giả đã phân tích toàn bộ bộ gen của BSXE-1601 nhằm cung cấp thông tin tốt hơn về các cơ chế liên quan đến các đặc tính kháng Vibrio tìm ra ứng viên có tiềm năng để được sử dụng như một tác nhân sinh học đa chức năng trong NTTS bằng cách ngăn chặn vi khuẩn gây bệnh cho tôm.

Nghiên cứu này bước đầu xác định sự phát triển của Vibrio parahaemolyticus và các loài Vibrio khác ở tôm thẻ chân trắng đã bị ức chế bởi dòng Bacillus subtilis BSXE-1601. Các chất tiết sinh học amicoumacins A, B và C đã được ly trích từ phần dịch nổi của tế bào vi khuẩn BSXE-1601, nhưng chỉ có amicoumacin A được chứng minh là có hoạt tính kháng lại Vibrio. Khám phá đầu tiên này của đã chứng minh hoạt chất amicoumacin A có hoạt tính cao kháng lại các mầm bệnh trên tôm, bao gồm cả VPAHPND. Hơn nữa, nghiên cứu đã chứng minh được gen sinh tổng hợp amicoumacin A bằng cách giải trình tự toàn bộ bộ gen của chủng B. subtilis BSXE-1601. Ngoài amicoumacin A, chủng gen BSXE-1601 còn chứa các gen mã hóa khác bacillibactin, Fengycin, Suractin, bacilysin và subtilosin A, tất cả hoạt chất này đều đã được báo cáo trước đây liên quan đến các hoạt động đối kháng với các chủng gây bệnh. Việc phân tích toàn bộ bộ gen đã cung cấp bằng chứng rõ ràng về tiềm năng to lớn của dòng BSXE-1601 trong việc tiết ra các chất kháng sinh sinh học tự nhiên đối kháng nhiều loài vi khuẩn, kết quả này có thể tạo điều kiện cho các nghiên cứu sâu hơn về phương pháp điều trị hiệu quả đối với một số bệnh ở tôm (Wang et al., 2020).

Ngoài ra, một nghiên cứu trước đây của Stein (2005) cho thấy tiềm năng sản sinh chất kháng sinh của B. subtilis đã được ghi nhận hơn 50 năm qua. Vào thời điểm 2005 tác giả đã tổng kết có vài trăm dòng vi khuẩn B. subtilis có khả năng tiết ra hơn 20 chất kháng sinh với cấu trúc khác nhau. Bao gồm: subtilin, ericin, mersacidin, sublancin, subtilosin, surfactin, iturin, bacillibactin, bacillmycin, mycosubtilin, fengycin, plipastatin, corynebactin, bacilysin, difficidin, oxydifficidin, bacilysocin, rhizocticin, amicoumacin, mysobaccillin... Hầu hết các chất được tiết ra trong ruột, trên bề mặt cơ thể vật chủ hay ra môi trường nước làm rào cản sự nhân lên của vi khuẩn cơ hội gây ức chế các vi sinh vật gây bệnh. Các chất diệt khuẩn này có thể có tác dụng đơn lẽ hoặc kết hợp nhau.

Vi khuẩn Lactobacillus sp.

Nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy, việc sử dụng vi khuẩn Lactobacillus để ức chế một số loài Vibrio spp. gây bệnh Vibriosis trên tôm có hiệu quả. Ở nước ta hiện nay, chế phẩm vi sinh dùng trong nuôi trồng thủy hải sản phần lớn nhập ngoại với giá thành cao và chưa thật sự phù hợp với điều kiện khí hậu của Việt Nam. Đặc biệt chưa có nghiên cứu tạo được chế phẩm vi sinh kháng bệnh EMS trên tôm đạt hiệu quả cao. Việc nghiên cứu chọn lựa những dòng vi khuẩn có khả năng kháng V. parahaemolyticus gây bệnh AHPND trên tôm giúp sản xuất chế phẩm vi sinh phòng và trị bệnh AHPND là một vấn đề cần thiết trong giai đoạn hiện tại. Việc sử dụng chế phẩm sinh học đối kháng với tác nhân gây bệnh là một chiến lược thay thế thuốc kháng sinh và có tiềm năng ứng dụng để kiểm soát vi khuẩn gây bệnh đã được thực hiện nhiều năm qua. Trong một nghiên cứu, tác giả (Đỗ Thị Thanh Dung &Võ Đình Quang, 2017) đã phân lập và sàng lọc được 8 chủng Lactobacillus từ 30 mẫu bùn, nước và tôm nuôi tại Sóc Trăng. Qua khảo sát, tác giả nhận thấy các chủng đều có khả năng đối kháng với Vibrio parahaemolyticus gây bệnh AHPND trên tôm. Trong đó, chủng TA7L1 có khả năng đối kháng mạnh nhất và được xác định là thuộc loài Lactobacillus plantarum bằng phương pháp giải trình tự 16S rDNA và MALDI –TOF. Chủng vi khuẩn TA7L1 được đánh giá là an toàn và có tiềm năng ứng dụng trong sản xuất chế phẩm vi sinh phòng bệnh EMS trên tôm.

Một nghiên cứu khác của Ahmmed et al., (2018) ở qui mô in-vitro đã tìm ra tác dụng đối kháng của Lactobacillus spp. kháng lại vi khuẩn Vibrio harveyi gây bệnh trên tôm. Các mẫu tôm được thu thập ở Bangladesh. Mẫu mang và ruột được thu thập để xác định số lượng vi khuẩn Lactobacillus spp. và Vibrio spp. Kết quả cho thấy lượng vi khuẩn Lactobacillus spp. được tìm thấy nhiều hơn Vibrio spp. cả ở mang và ruột; mang cũng chứa lượng Vibrio spp. cao hơn trong ruột. V. harveyi được tách ròng từ Vibrio spp. với các loại thử nghiệm sinh hóa khác nhau: Nhuộm Gram, thử nghiệm tính di động, thử nghiệm Indole, thử nghiệm VP, thử nghiệm MR, Arginine dihydrolase, thử nghiệm khả năng chịu muối, sinh trưởng ở các khoảng nhiệt độ khác nhau và màu sắc khuẩn lạc trên môi trường thạch TCBS. Vi khuẩn V. harveyi được phân lập đã được thử nghiệm trong ống nghiệm. Trong thử nghiệm in-vitro, tác dụng đối kháng tiềm năng của Lactobacillus spp. kháng lại V. harveyi được đánh giá ở các mức thời gian 0, 4, 8, 12 h. Kết quả cho thấy, theo thời gian, lượng V. harveyi giảm dần và số lượng thấp nhất đạt được sau 12 giờ cấy probiotic. Nghiên cứu này cho thấy tác dụng tích cực của lợi khuẩn Lactobacillus spp. đối kháng với V. harveyi. Từ đó, kết quả kết luận ứng dụng bằng probiotic đối kháng với vi khuẩn gây bệnh có thể là một giải pháp thay thế hiệu quả cho việc sử dụng kháng sinh trong điều trị các bệnh do vi khuẩn trong nuôi tôm.

Phần kết luận

Nuôi tôm là một trong những hoạt động NTTS quan trọng nhất trên toàn thế giới. Nói chung, thức ăn dư thừa, phân tôm tích tụ dưới đáy ao trải qua quá trình amôn hóa và dẫn đến sự hình thành ammonia dư thừa trong nước và đáy ao. Ngoài ra, hiện tượng phú dưỡng trong ao nuôi có thể gây ra stress cho động vật và cuối cùng dẫn đến các bệnh do vi sinh vật gây ra. Nột Nghiên cứu mô phỏng nhằm phân lập và chọn lọc các chủng vi khuẩn hữu ích tiềm năng để cải thiện hệ vi sinh vật của tôm và giảm độc tính của ammonia và nitrite ở tôm nuôi ở quy mô phòng thí nghiệm được thực hiện. Lactobacillus sp. AMET1506 thu được từ Trung tâm Thu thập Nuôi cấy Vi sinh (AMET) cho thấy có hoạt tính kháng khuẩn mạnh nhất đối với các mầm bệnh trên tôm. Nitrosomonas sp. AMETNM01 và Nitrobacter sp. AMETNB03 được phân lập từ bùn đáy ao nuôi tôm bằng cách sử dụng môi trường Winogradsky Giai đoạn I và Giai đoạn II. Tổng cộng 150 con tôm thẻ PL (15) được thu từ một trại sản xuất tôm giống thương mại ở Ấn Độ. Sau khi tôm thích nghi trong bảy ngày, dựa vào trọng lượng trung bình, tôm được chia thành ba lô nuôi trong bể kính thể tích 100 lít (70 lít nước biển), mỗi lô chứa 50 con tôm giống. Bể 1 được xử lý bằng thức ăn thương mại, Bể 2 và 3 được xử lý bằng thức ăn bổ sung 10⁵ CFU g/L vi khuẩn Lactobacillus sp. AMET1506 trong 40 ngày. Sau 30 ngày nuôi cấy, trong bể 3 các chủng vi khuẩn oxy hóa ammonia và nitrite như Nitrosomonas sp. AMETNM01 và Nitrobacter sp. AMETNB03 (mỗi chủng khoảng 10⁵/mL) được bổ sung vào (chỉ một lần vào ngày thứ 31). Ammonia (NH₃), Nitrite (NO₂) Nitrate (NO₃) trong tất cả nước bể được phân tích từ ngày thứ 31 đến ngày thứ 40. Tỷ lệ sống của tôm (%), Trọng lượng cá thể (wt/con) và mật độ vi sinh vật được phân tích, kết quả cho thấy ở bể 3 (kết hợp Lactobacillus sp., Nitrosomonas sp. và Nitrobacter sp.) đạt kết quả tốt nhất và vượt trội so với hai bể còn lại. Nghiên cứu này cho thấy rằng, việc sử dụng các dòng vi khuẩn có lợi trong nuôi tôm có thể làm giảm độc tố trong nước nuôi và kiểm soát tôm khỏi các bệnh do vi sinh vật và cuối cùng nâng cao sản lượng tôm nuôi (Karthik et al., (2016).

Trong nhiều năm, trọng tâm chính của ngành tôm thế giới là nuôi tôm sú, tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei), tôm thẻ chân trắng Trung Quốc (Penaeus chinesis), tôm thẻ chân trắng Ấn Độ (Fenneropenaeus indicus), và tôm sú xanh (Penaeus semisulcatus). Lợi ích kinh tế dẫn đến mật độ thả nuôi cao và sử dụng tôm giống kém chất lượng, từ đó dẫn đến dịch bệnh thường xuyên đe dọa. Người nuôi tôm bắt đầu sử dụng thuốc kháng sinh và chất khử trùng nước thường xuyên. Việc sử dụng thuốc kháng sinh bừa bãi đã gây ra tác động tiêu cực đến môi trường và an toàn thực phẩm cũng như tạo ra rào cản thương mại làm ảnh hưởng đến các sản phẩm cuối cùng trên thị trường quốc tế. Probiotics được phân thành ba nhóm; chế phẩm sinh học đường ruột, chế phẩm sinh học trong nước (bioremediation) và chế phẩm sinh học nền đáy (như trong hệ thống quản lý mùn bã). Probiotics trong tôm hoặc trong môi trường sống, bám vào bề mặt vật chủ có khả năng chiếm ưu thế và ngăn ngừa sự tấn công của vi khuẩn gây bệnh. Đồng thời giảm tác động xấu đến môi trường khi vi sinh vật được hấp thụ trực tiếp hoặc chúng phân hủy các chất hữu cơ và giảm hàm lượng các chất độc hại (NH₃^- NO₂^-, H₂S, PO₄, CH₄, v.v.) trong nước, do đó cải thiện được chất lượng nước nuôi. Ngoài vi khuẩn Bacillus và Lactobacillus có khả năng kháng vi khuẩn gây bệnh trên tôm thì còn có vi khuẩn Pseudomonas cũng đã được nghiên cứu vì có khả năng kháng lại một số vi khuẩn bệnh Vibrio trên tôm ở Malaysia (Hadi Zokaei et al, 2013); vi khuẩn Microcoscus MCC104 kháng Vibrio trên tôm ở Ấn Độ (Jayaprakash et al. 2005) và một số nhóm vi khuẩn khác nữa.

TÀI LIỆU THAM KHẢO                                            

1. Aalimahmoudi, Mazdak, bavarsad, Siamak, 2015/02/25. The application and dosage of probiotics in Shrimp culture, specific Penaidae family: a review. ResearchGate.
2. Hazel Knipe, Ben Temperton, Anke Lange1, David Bass and Charles R. Tyler., 2021. Probiotics and competitive exclusion of pathogens in shrimp aquaculture. Reviews Aquaculture (13), 324–352.
3. Jayaprakash NS, Pai SS, Anas A, Preetha R, Philip R, Singh IS. (2005). A marine bacterium, Micrococcus MCCB 104, antagonistic to vibrios in prawn larval rearing systems. Dis Aquat Organ, 68(1):39-45. doi: 10.3354/dao068039. PMID: 16465832.
4. Jayaprakash NS, Pai SS, Anas A, Preetha R, Philip R, Singh IS. (2005). A marine bacterium, Micrococcus MCCB 104, antagonistic to vibrios in prawn larval rearing systems. Dis Aquat Organ, 68(1):39-45. doi: 10.3354/dao068039. PMID: 16465832.
5. K.K. Vijayan, I.S. Bright Singh, N.S. Jayaprakash, S.V. Alavandi, S. Somnath Pai, R. Preetha, J.J.S. Rajan, T.C. Santiago, 2005. A brackishwater isolate of Pseudomonas PS-102, a potential antagonistic bacterium against pathogenic vibrios in penaeid and non-penaeid rearing systems.
6. K.K. Vijayan, I.S. Bright Singh, N.S. Jayaprakash, S.V. Alavandi, S. Somnath Pai, R. Preetha, J.J.S. Rajan, T.C. Santiago, 2005. A brackishwater isolate of Pseudomonas PS-102, a potential antagonistic bacterium against pathogenic vibrios in penaeid and non-penaeid rearing systems.
7. Liu Xue-Fei, Li Ya, Li Jian-Rong , Cai Lu-Yun, Li, Xiu-Xia, Chen, Jin-Ru, Lyu, Shu-Xia. (2015). Isolation and characterisation of Bacillus spp. antagonistic to Vibrio parahaemolyticus for use as probiotics in aquaculture. World Journal of Microbiology and Biotechnology 31(5):10.1007/s11274-015-1833-2.
8. Liu Xue-Fei, Li Ya, Li Jian-Rong , Cai Lu-Yun, Li, Xiu-Xia, Chen, Jin-Ru, Lyu, Shu-Xia. (2015). Isolation and characterisation of Bacillus spp. antagonistic to Vibrio parahaemolyticus for use as probiotics in aquaculture. World Journal of Microbiology and Biotechnology 31(5):10.1007/s11274-015-1833-2.
9. Luis I.E., Villaseñor, A.I. Campa, Córdova and F.J. Ascencio, (2012). Probiotics in Larvae and Juvenile Whiteleg Shrimp Litopenaeus vannamei By Valle Submitted. DOI: 10.5772/50123.
10. Luis I.E., Villaseñor, A.I. Campa, Córdova and F.J. Ascencio, (2012). Probiotics in Larvae and Juvenile Whiteleg Shrimp Litopenaeus vannamei By Valle Submitted. DOI: 10.5772/50123.
11. Ninawe A.S. & Joseph Selvin, (2009). Probiotics in shrimp aquaculture: Avenues and challenges, Critical Reviews in Microbiology, 35:1, 43- 66, DOI: 10.1080/10408410802667202
12. Ninawe A.S. & Joseph Selvin, (2009). Probiotics in shrimp aquaculture: Avenues and challenges, Critical Reviews in Microbiology, 35:1, 43- 66, DOI: 10.1080/10408410802667202

Bài viết đã được UV-Việt Nam mua tác quyền từ tác giả. Bất cứ hình thức sao chép nào đều phải có trích dẫn nguồn từ UV-Việt Nam.