Lợi khuẩn: một cách an toàn để kiểm soát mầm bệnh

1. Probiotic: phòng ngừa vi khuẩn gây hại

Các mầm bệnh do vi khuẩn gây ra là mối quan tâm chính đối với nuôi trồng thủy sản. Hầu hết các mầm bệnh liên quan đến nuôi trồng thủy sản thường mang tính cơ hội và là một phần của hệ vi sinh bình thường bám bên ngoài và bên trong vật nuôi, cũng như trong nước và đất. Khi nào điều kiện nước, sức khỏe động vật và hệ vi sinh vật ổn định, khả năng mầm bệnh cơ hội gây bệnh là thấp.

Tuy nhiên, khi điều kiện thay đổi, chất lượng nước giảm và sức khỏe của động vật bị tổn hại. Những mầm bệnh cơ hội sẽ bắt đầu sinh sôi nảy nở nhanh chóng và gây ra bệnh truyền nhiễm. Vì vậy, để kiểm soát mức độ mầm bệnh cơ hội, việc duy trì môi trường ổn định và chất lượng nước là rất quan trọng.

Điều kiện tiên quyết để quản lý mầm bệnh cơ hội là kỹ thuật quản lý môi trường, vật nuôii. Ngoài ra, các biện pháp như tiêm chủng và kháng sinh cũng được áp dụng, nhưng chúng cũng có những nhược điểm. Vaccine thường không có sẵn cho mọi loài và bệnh. Chúng rất đặc hiệu với các bệnh khác nhau, chủ yếu là các virus trong tự nhiên và không hiệu quả ở tôm. Hiệu quả của vaccine phụ thuộc vào nhiều biến số, chẳng hạn như tình trạng miễn dịch và kích thước của động vật, công thức, và lộ trình và chế độ quản lý. Ngoài ra, việc tiêm phòng rất tốn kém, tốn nhiều công sức và gây stress cho vật nuôi.

Trước đây, kháng sinh thường được sử dụng trong phòng chống bệnh tật. Tuy nhiên, việc sử dụng kháng sinh không được kiểm soát đã dẫn đến sự gia tăng các kiểu hình kháng thuốc trong các mầm bệnh vi khuẩn. Áp lực chọn lọc liên tục không chỉ kích hoạt các gen kháng thuốc, mà còn truyền các gen này vào môi trường. Do đó, việc áp dụng kháng sinh như là biện pháp phòng ngừa đang gây ra cuộc tranh cãi lớn.

Ngày nay, một loạt các sản phẩm thay thế nhằm cải thiện sức khỏe vật nuôi, chất lượng nước và kiểm soát mầm bệnh. Trong đó, việc sử dụng lợi khuẩn, hoặc probiotic, là một cách để duy trì tình trạng ổn định và ngăn ngừa các mầm bệnh cơ hội xâm nhập.

2. Quản lý chất lượng nước

Khi các chất hữu cơ (phân, thức ăn thừa,…) của động vật thủy sản tích tụ, mức độ các chất độc trong ao ngày tăng lên và chất lượng nước ngày càng giảm. Vì vậy, cần phải loại bỏ lượng chất hữu cơ và các hợp chất độc hại. Có nhiều cách để loại bỏ chất thải này, và việc xử lý sinh học (dùng thực vật hoặc vi sinh vật) đang được xem là biện pháp an toàn và hiệu quả.

Sự dư thừa chất hữu cơ cung cấp các điều kiện tăng trưởng tuyệt vời cho mầm bệnh cơ hội và tạo tiền đề cho bệnh truyền nhiễm. Các vi khuẩn có lợi như loài Bacillus giúp khoáng hóa chất hữu cơ và do đó giúp giảm bớt lượng chất thải hữu cơ.

Các hợp chất nitơ như ion nitrit, nitrat và amoni có nguồn gốc từ việc phân hủy chất thải trong ao. Khi các hợp chất này vượt quá mức nhất định, chúng là độc hại. Các ion amoni ảnh hưởng các quá trình của tế bào thần kinh, và tiếp xúc kéo dài với nồng độ nitrite tăng cao sẽ gây ra nghẹt thở chậm, đặc biệt là khi oxy bị hạn chế. Mặc dù không có tác dụng ở nồng độ thấp, nhưng việc tiếp xúc với nitrat kéo dài có thể ảnh hưởng đến trọng lượng và khiến vật nuôi dễ mắc bệnh truyền nhiễm.

Để tránh các biến chứng như vậy, lợi khuẩn được đưa vào hệ thống nuôi. Những loài này thực hiện quá trình nitrat hóa hoặc khử nitrat (Hình 1 và 2) và làm giảm nồng độ amoni, nitrat và nitrite trong nước. Nitrat hóa của vi khuẩn là quá trình oxy hóa amoni thành nitrat thông qua hydroxyl amin và nitrite. Khử nitrat là khử nitrat thành oxit nitơ và cuối cùng thành khí nitơ, trở lại khí quyển. Nitrite là sản phẩm trung gian trong cả hai quá trình. Để loại bỏ hiệu quả cả ba hợp chất, sử dụng hỗn hợp vi khuẩn có khả năng nitrat hóa và khử nitrat là một lợi thế.

Hình 1: Nitrat hóa và khử nitrat vi khuẩn

Hình 2: Xử lý sinh học hợp chất nitơ trong ống nghiệm. Trong phòng thí nghiệm, các tế bào được nuôi cấy trong điều kiện hiếu khí và kỵ khí trong hai ngày với sự hiện diện của nồng độ ammonium, nitrate hoặc nitrite cao.

Một vấn đề khác, các hợp chất lưu huỳnh như hydrogen sulfide được tạo ra trong quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ ở đáy ao. Hydrogen sulfide can thiệp vào quá trình hô hấp và dẫn đến tình trạng ngạt thở ở vật nuôi. Bùn đen, được tạo ra khi hydrogen sulfide tác dụng với sắt tạo thành sắt sulfide, cho thấy sự hiện diện của hydrogen sulfide.

Hydrogen sulfide được sử dụng bởi một số loài vi khuẩn, đặc biệt là những vi khuẩn thuộc chi Thiobacillus và Paracoccus, loài Thiobacillus, có thể đồng thời loại bỏ nitrat và hydrogen sulfide trong một quá trình gọi là khử nitrat sulfoxid hóa và chuyển đổi các hợp chất thành khí sunfat và nitơ không độc hại.

3. Đối kháng với mầm bệnh

Sự đối kháng mầm bệnh là một tính năng thiết yếu của probiotic. Nhìn chung, sự đối kháng đạt được thông qua sự cạnh tranh, bao gồm một số cơ chế: sản xuất các chất kháng khuẩn như bacteriocin (độc tố protein hoặc peptid do vi khuẩn sản xuất để ức chế sự phát triển của chủng vi khuẩn khác), sản xuất acid hữu cơ làm giảm pH trong đường tiêu hóa của vật nuôi, giúp ngăn chặn sự phát triển của mầm bệnh và cạnh tranh các chất dinh dưỡng với mầm bệnh.

Ngoài ra, một phương pháp mới được sử dụng để đối kháng mầm bệnh: Phá hủy quá trình “quorum sensing” (QS) – một cơ chế giao tiếp giữa các tế bào vi khuẩn.

Quorum Sensing (QS) mô tả sự điều hòa biểu hiện gen theo mật độ vi khuẩn. Khi quần thể vi khuẩn phát triển, các phân tử tín hiệu tích tụ và khi đạt ngưỡng, những thay đổi trong biểu hiện gen được tạo ra.

Cơ chế này cho phép các quần thể vi khuẩn phối hợp với nhau, như hình thành màng sinh học, độc lực và sản xuất chất kháng khuẩn,…. Các quy trình phụ thuộc vào sự trao đổi chất lên các tế bào và chỉ có giá trị bắt đầu khi tỷ lệ thành công đủ cao. Về mặt độc lực, hiệu quả và thời điểm biểu hiện là rất quan trong cho quá trình lây nhiễm thành công.

Các nhà nghiên cứu đã xác định và phân lập các loại phân tử tín hiệu. Các phân tử tín hiệu phổ biến nhất là acyl homoserine lactones (AHL) của vi khuẩn gram âm và chuỗi peptide nhỏ của vi khuẩn gram dương. Sự thay đổi độ dài chuỗi carbon của AHL tạo ra tính đặc hiệu của loài. Không phụ thuộc vào phân loại gram, số lượng loài phản ứng, phát hiện hoặc sản xuất phân tử tín hiệu AI-2.

Ví dụ như các chi Vibrios sử dụng các phân tử tín hiệu dành riêng cho một nhóm vi khuẩn có liên quan. Tất cả các phân tử này cung cấp thông tin về môi trường, thành phần loài, sự hiện diện của các đối thủ cạnh tranh về chất dinh dưỡng và tình trạng trao đổi chất trong quần thể.

Hệ thống cơ bản cho tín hiệu AHL bao gồm một enzyme xúc tác tổng hợp AHL và một yếu tố phiên mã để phát hiện AHL (Hình 3). Các tín hiệu AHL khuếch tán từ tế bào vào môi trường và ngược lại. Khi chúng kết hợp với thụ thể, gen mục tiêu sẽ được kích hoạt hoặc vô hiệu hóa. Các hệ thống đa kênh tinh vi hơn đã được phát hiện ở Vibrios. Ở đây, các tín hiệu khác nhau được các thụ thể phát hiện ở trong màng và một tầng điều hòa kích hoạt/hủy kích hoạt gen mục tiêu. Mỗi tín hiệu có một kênh cụ thể và thông tin từ mỗi kênh được chuyển đổi thành tầng tín hiệu giống nhau.

Cơ chế QS cơ bản ở vi khuẩn gram âm. Các mục tiêu để ức chế giao tiếp của vi khuẩn được đánh dấu hình ngôi sao đen

Ức chế giao tiếp của vi khuẩn (Quorum quenching)

Quorum quenching là quá trình nhằm làm gián đoạn hoặc phá hủy hệ thống liên lạc của vi khuẩn. Khi giao tiếp bị phá hoại, các hoạt động nhóm của vi khuẩn không thể được phối hợp và các đặc điểm được quy định bởi QS không hoạt động đúng, làm cho vi khuẩn ít độc lực hơn và dễ bị tổn thương hơn.

Một số bước trong hệ thống QS là mục tiêu của quorum quenching (Hình 3). Khi quá trình tổng hợp các phân tử tín hiệu bị ức chế, các tế bào không thể giao tiếp. Nếu mục tiêu là sự phát hiện tín hiệu, tính ổn định của thụ thể sẽ bị ảnh hưởng hoặc các phân tử tương tự về mặt cấu trúc với phân từ tín hiệu sẽ vị trí gắn kết thụ thể, nhưng không kích hoạt thụ thể. Các phân tử tín hiệu sẽ bị phá hủy bởi sự suy giảm enzyme, do đó các thông điệp không bao giờ đến các tế bào thu nhận.

Trong tự nhiên, một loạt các chất ức chế từ thực vật, vi khuẩn, tảo đã được đã sản xuất. Ví dụ, tỏi có chứa các hợp chất ngăn chặn dòng thông tin và tảo đỏ Delisea pulchra tạo ra các furanone halogen có cấu trúc tương tự các phân tử tín hiệu và ngăn chặn sự tiếp cận với thụ thể.

Ở vi khuẩn, một số loài Bacillus sản xuất enzyme thủy phân vòng lacton của AHL. Các loài khác, như Ralstonia hoặc Variovorax, sản xuất các enzyme nhắm vào các liên kết amide của AHL. Lợi khuẩn không chỉ nhắm mục tiêu sự phát triển của mầm bệnh, mà sở hữu các enzyme có thể kiểm soát mầm bệnh theo hai cách: Chất kháng khuẩn ức chế trực tiếp sự tăng trưởng và phá vỡ sự giao tiếp của vi khuẩn gây hại để kiểm soát mầm bệnh.

Nguồn: https://www.aquaculturealliance.org/

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

schoolgirl pussy