Nuôi tôm và loại trừ mầm bệnh bằng phương pháp cạnh tranh

Lựa chọn men vi sinh, ứng dụng nâng cao khả năng kháng bệnh

Hiểu rõ hơn về cơ chế loại trừ cạnh tranh và ứng dụng của chúng để cải thiện việc lựa chọn và áp dụng chế phẩm sinh học là chìa khóa để cải thiện các chiến lược quản lý vi sinh vật hiệu quả trong nuôi tôm.

Ảnh của Darryl Jory.

Probiotics – vi sinh vật sống mang lại lợi ích sức khỏe cho vật chủ khi được cung cấp với lượng thích hợp – đang ngày càng trở thành lựa chọn thay thế kháng sinh phổ biến để thúc đẩy tăng trưởng và ngăn ngừa dịch bệnh trong nuôi tôm. Mặc dù kiến thức về cơ chế hoạt động chính xác của chúng còn hạn chế, nhưng bằng chứng rõ ràng cho thấy chúng có thể cung cấp tác dụng probiotic thông qua việc loại trừ cạnh tranh các vi khuẩn gây bệnh, tăng cường phản ứng miễn dịch của tôm và tác dụng kháng vi rút, cũng như đóng góp chất dinh dưỡng và enzym vào quá trình tiêu hóa của tôm.

Khoảng 20 chi vi khuẩn đã được chứng minh là có tác dụng với probiotic ở tôm, mặc dù hầu hết các nghiên cứu đều tập trung vào Bacillus và vi khuẩn axit lactic (LAB), chẳng hạn như Lactobacillus , phần lớn do sự phổ biến và ứng dụng thành công của chúng như chế phẩm sinh học ở động vật có vú và gia cầm. Probiotics có thể được sử dụng bằng đường uống cùng với thức ăn (bao gồm cả bao gói sinh học với các vectơ thức ăn sống như artemia), trực tiếp vào nước dưới dạng nuôi cấy hoặc bào tử đã được tinh chế, hoặc trong môi trường tăng trưởng lên men.

Các loài probiotic thường được phân lập từ ruột của tôm và nước xung quanh hoặc trầm tích của môi trường của chúng. Nhưng chúng cũng đã được phân lập từ dịch lọc chất thải trái cây, sữa đông, đậu nành lên men và dưa chua, và ruột của các loài khác. Ví dụ, trong trường hợp thứ hai, các loài vi khuẩn Lactobacillus có lợi khuẩn tôm đã được phân lập từ hệ tiêu hóa của gà và cá. Các phương pháp xử lý probiotic thương mại, phần lớn chứa LAB và Bacillus spp., Cũng đã được thử nghiệm về tác dụng lợi khuẩn của chúng trên tôm.

Xem xét sự gia tăng của tình trạng kháng thuốc kháng sinh (dự đoán có thể dẫn đến 10 triệu ca tử vong vào năm 2050 nếu xu hướng hiện tại tiếp tục; Meade et al. 2020), những hiểu biết tiềm năng thu được từ các cuộc điều tra như vậy vượt xa lĩnh vực chế phẩm sinh học trong nuôi tôm, bởi vì các loài probiotic này tạo ra các chất kháng khuẩn chưa được xác định, khiến chúng trở thành những ứng cử viên lý tưởng cho nghiên cứu sinh học đối với các phương pháp điều trị kháng khuẩn mới.

Bài báo này – được điều chỉnh và tóm tắt từ ấn phẩm gốc (Knipe, H. et al. 2020. Probiotics và loại trừ cạnh tranh của mầm bệnh trong nuôi tôm. Các bài đánh giá trong Nuôi trồng thủy sản , Tập 12 (3): 1-29) – thảo luận về hiểu biết hiện tại của chúng tôi các cơ chế loại trừ cạnh tranh và ứng dụng của chúng để cải thiện việc lựa chọn và ứng dụng chế phẩm sinh học, hướng tương lai cho việc lựa chọn và ứng dụng chế phẩm sinh học trong việc phát triển các chiến lược quản lý vi sinh vật hiệu quả trong nuôi tôm.

Cạnh tranh loại trừ vi khuẩn gây bệnh

Loại trừ cạnh tranh là trường hợp các loài vi khuẩn cùng xuất hiện trong cùng một vùng sinh thái cạnh tranh để giành nguồn tài nguyên hạn chế (chất dinh dưỡng và không gian) thông qua hai chiến lược cạnh tranh: khai thác và cạnh tranh can thiệp. Cạnh tranh khai thác là gián tiếp, điển hình là tiêu thụ tài nguyên nhanh chóng (hạn chế cung cấp cho đối thủ cạnh tranh và đầu tư vào tăng trưởng), trong khi cạnh tranh can thiệp diễn ra khi một sinh vật gây hại trực tiếp cho sinh vật khác, ví dụ, thông qua việc sản xuất các hợp chất kháng khuẩn.

Cạnh tranh khai thác bao gồm các cơ chế làm tăng tốc độ thu nhận và sử dụng các chất dinh dưỡng so với các đối thủ cạnh tranh. Việc thu nhận chất dinh dưỡng có thể được cải thiện bằng cách tiết ra các phân tử ngoại bào phá vỡ các đại phân tử phức tạp, do đó làm cho các chất dinh dưỡng dễ tiếp cận hơn. Các phân tử bài tiết ngoại bào này bao gồm các enzym và các hợp chất tiếp cận với sắt không hòa tan.

Những cơ chế này có thể được coi là đặc điểm hợp tác, vì “hàng hóa công cộng” được sản xuất ra có thể tiếp cận được với tất cả mọi người và có thể mang lại lợi ích cho cộng đồng. Không phải tất cả các thành viên của quần thể đó đều nhất thiết phải đầu tư nguồn lực vào việc sản xuất các hợp chất và vi khuẩn sản xuất nguyên liệu để cho phép thu giữ chất dinh dưỡng dễ bị tổn thương bởi sự cạnh tranh giữa các bên và nội bộ cụ thể từ những người khác, những người tiết kiệm tài nguyên và đầu tư chúng vào sự phát triển.
Hiệu quả và tốc độ vi sinh vật sử dụng các chất dinh dưỡng có thể cung cấp một lợi thế cạnh tranh khác. Việc phân bổ nguồn lực một cách tối ưu có thể tối đa hóa tốc độ tăng trưởng. Ví dụ, chuyển đổi giữa các chiến lược trao đổi chất tùy thuộc vào sự sẵn có của cơ chất, chẳng hạn như từ quá trình hô hấp mang lại năng lượng cao hơn sang quá trình lên men, ngay cả khi lượng glucose dư thừa, để tối đa hóa tốc độ tăng trưởng. Hiện tượng này, được gọi là “quá trình trao đổi chất tràn”, đã được quan sát thấy ở một số loài vi khuẩn và nấm phát triển nhanh.

Cạnh tranh khai thác không gian có thể đạt được thông qua việc nhanh chóng chiếm lĩnh các hốc không có người ở, hoặc thông qua cạnh tranh với các quần thể đã được thiết lập. Việc sản xuất các hợp chất và thụ thể liên kết với các đặc điểm bề mặt cụ thể có thể mang lại lợi thế cạnh tranh cho việc xâm chiếm các hốc trống, cũng như ngăn chặn sự di dời của những kẻ xâm lược. Hơn nữa, sự gắn kết, trong khi làm giảm tính di động, là yếu tố quan trọng đối với sự hình thành màng sinh học (các cộng đồng vi sinh vật bám trên bề mặt).

Việc mở rộng các tế bào kết dính trong màng sinh học cũng có thể giúp loại bỏ các tế bào không kết dính khỏi quần thể. Sự tập hợp tế bào của cùng một kiểu gen cũng có thể cung cấp một lợi thế cạnh tranh khác bằng cách chia sẻ tài nguyên và tăng khả năng chống chịu với các chất kháng sinh. Tuy nhiên, có sự cạnh tranh mạnh mẽ trong các màng sinh học này, trong đó các chất dinh dưỡng trở nên hạn chế trong khu vực. Mặt khác, để cạnh tranh với sự hình thành màng sinh học, nhiều loài sinh ra các phân tử có thể tích cực kích thích sự phát tán của các loài khác (mà không giết chết chúng). Ngoài ra, một số loài có thể phá vỡ sự hình thành màng sinh học.

Sự cạnh tranh gây nhiễu thường liên quan đến việc sản xuất các chất chống vi trùng và có bằng chứng thực nghiệm đáng kể để hỗ trợ giả thuyết rằng thuốc kháng sinh chủ yếu được sử dụng như vũ khí. Điều hợp lý là một số loài đã tiến hóa để sử dụng một số chất kháng khuẩn chỉ làm vũ khí, trong khi những loài khác có nhiều chức năng.

Mặc dù hầu hết các chế phẩm sinh học trong nuôi tôm đều được sàng lọc và lựa chọn để thử nghiệm thêm dựa trên khả năng đối kháng với vi khuẩn gây bệnh cho tôm trong ống nghiệm, nhưng rõ ràng từ nghiên cứu được báo cáo rằng thông tin còn hạn chế về cơ chế diễn ra quá trình ức chế tăng trưởng này. Ngoài ra, việc đầu tư năng lượng vào các cơ chế can thiệp (sản xuất các chất kháng khuẩn ngoại bào) của men vi sinh cho tôm ngụ ý rằng chúng có thể là mục tiêu hữu ích cho nghiên cứu sinh học đối với các phương pháp điều trị kháng sinh mới.

Cân nhắc khi lựa chọn chế phẩm sinh học cho tôm

Hầu hết các chế phẩm sinh học được sử dụng trong nuôi tôm có vẻ là những chiến lược gia cạnh tranh trong cuộc sống, bởi vì chúng thường được lựa chọn dựa trên khả năng tạo ra chất kháng khuẩn ngoại bào của chúng. Do các thực hành điển hình trong nuôi tôm, trong đó ao nuôi bị xáo trộn bởi các biện pháp xử lý hóa chất, các biến cố thời tiết và dịch bệnh, những chế phẩm sinh học này có thể không phải lúc nào cũng là lựa chọn hiệu quả nhất. Thay vào đó, các điều kiện môi trường và sự gián đoạn nhất định có khả năng tạo điều kiện cho sự gia tăng của các nhà chiến lược sống thô lỗ (loài phát triển mạnh trong tình huống bị xáo trộn cường độ cao và căng thẳng cường độ thấp).

Để bù đắp điều này, có thể cần điều trị thường xuyên để thiết lập lợi khuẩn (chiến lược sống cạnh tranh) trong cộng đồng vi sinh vật ở mức độ phong phú cần thiết và đạt được hiệu quả mong muốn. Điều này đến lượt nó có thể ảnh hưởng đến cấu trúc cộng đồng vi sinh vật của hệ thống và tiếp tục ủng hộ những nhà chiến lược sống thô lỗ đầu tư vào cơ chế khai thác. Việc sử dụng các biện pháp xử lý probiotic không đúng cách có thể dẫn đến các điều kiện thuận lợi cho sự xâm nhập của mầm bệnh, ví dụ bằng cách sử dụng các loài cạnh tranh với các loài có ích bản địa hoặc làm thay đổi cấu trúc hoặc chức năng tổng thể của quần xã.

Do đó, việc làm sáng tỏ các cơ chế cơ bản về hiệu quả tăng trưởng và các chiến lược cạnh tranh được sử dụng bởi các loài sinh vật có khả năng gây bệnh và lợi khuẩn, cũng như hiểu các điều kiện môi trường tối ưu của chúng, là cần thiết để phát triển các chiến lược quản lý vi sinh vật hiệu quả nhất để vừa ngăn ngừa và điều trị bệnh. Ví dụ, điều chỉnh phương pháp điều trị để chúng chứa các loài hoặc chủng, có thể cạnh tranh loại trừ các mầm bệnh cụ thể bằng cách sử dụng nhiều cơ chế sẽ làm tăng khả năng loại trừ mầm bệnh thành công, đặc biệt nếu mầm bệnh trở nên kháng với một cơ chế hoặc có một cơ ) xâm nhập gây bệnh.

Patin và cộng sự. (2016) đã thiết kế một quy trình làm việc nhằm xác định xem liệu sự can thiệp hoặc cạnh tranh bóc lột có được thực hiện bằng cách sử dụng một loạt các xét nghiệm ức chế đơn giản hay không. Áp dụng quy trình làm việc này cung cấp một cách đơn giản và hiệu quả về chi phí để đánh giá chiến lược cạnh tranh có thể được sử dụng bởi các loài probiotic in vivo, mặc dù các nghiên cứu trong tương lai nên xem xét mức độ mà các mô hình in vitro (cơ chế đối kháng) thể hiện chính xác tương tác của chúng với mầm bệnh, và các đối thủ cạnh tranh khác, in vivo. Việc phân biệt này rất quan trọng khi xem xét loại (tức là các đặc tính mong muốn) của probiotic để áp dụng cho các điều kiện cụ thể; ví dụ, để cải thiện khả năng kháng bệnh trước sự xâm nhập của mầm bệnh, hoặc để đối phó với sự xáo trộn của môi trường, chẳng hạn như dịch bệnh.

Về mặt lý thuyết, các nhà chiến lược cuộc sống cạnh tranh sẽ phù hợp hơn với điều trị dự phòng, vì họ được lựa chọn trong môi trường không bị xáo trộn, trong khi các nhà chiến lược cuộc sống thô lỗ sẽ được áp dụng tốt nhất để giảm mức độ nghiêm trọng của bệnh, vì họ được lựa chọn trong môi trường bị xáo trộn. Điều này cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc áp dụng lý thuyết sinh thái để phát triển chế phẩm sinh học hiệu quả để phòng bệnh trong nuôi tôm.

Việc xác định lợi khuẩn tiềm năng dựa trên việc sử dụng các phương pháp hạn chế, chẳng hạn như chiết xuất không tế bào hoặc xét nghiệm khuếch tán độc quyền, là chiến lược cạnh tranh dựa trên sự can thiệp có chọn lọc do đặc tính kháng khuẩn (và khuếch tán) của các chất chuyển hóa ngoại bào. Điều kiện nuôi cấy của các chế phẩm sinh học tiềm năng có thể không kích thích sản xuất hợp chất ức chế hoặc làm tăng hoạt tính của hợp chất.
Những hạn chế của phương pháp lựa chọn chế phẩm sinh học dựa trên nuôi cấy, kết hợp với sự tập trung hiện tại vào khả năng của các loài probiotic để ức chế sự phát triển của các loài Vibrio , có thể bỏ qua khả năng của nhiều loài probiotic giả định trong nuôi tôm. Trong khi các loài Vibrio gây bệnh chắc chắn là mục tiêu quan trọng để các chế phẩm sinh học tiềm năng đối kháng, việc sàng lọc dựa trên sự ức chế tăng trưởng in vitro của một số lượng hạn chế các mầm bệnh cụ thể (tức là Vibrio ) có thể vô tình phân cực loại (tức là chiến lược cạnh tranh) của chế phẩm sinh học tôm sẵn có.

Do đó, việc chú ý nhiều hơn đến việc mô tả các cơ chế cơ bản mà men vi sinh ức chế sự phát triển của các mầm bệnh này trong ống nghiệm, kết hợp với sự hiểu biết ngày càng cao của chúng tôi về tác dụng của chúng trong cơ thể sống, sẽ cho phép chúng tôi đánh giá và phát triển các phương pháp sàng lọc và lựa chọn của mình tốt hơn. Xử lý probiotic có thể làm thay đổi cấu trúc cộng đồng vi sinh vật trong ruột tôm và tạo ra khả năng chống lại các mầm bệnh như V. parahaemolyticus .

Probiotics nhắm mục tiêu cụ thể vào Vibrio spp. có thể làm tăng nguy cơ mắc bệnh trong trường hợp bị một loài khác xâm nhập mà chế phẩm sinh học không thể ức chế, làm như vậy bằng cách giảm xác suất các thành viên khác của cộng đồng đó cung cấp các đặc điểm đối kháng. Về mặt lý thuyết, việc kích thích phản ứng miễn dịch của tôm bằng các chế phẩm sinh học như vậy sẽ giảm thiểu một số tác động này. Tuy nhiên, vẫn còn phải kiểm tra rằng một chế phẩm sinh học với những tác dụng như vậy có thể tăng cường khả năng chống lại nhiều mầm bệnh.

Xu hướng hiện nay là xác định các chế phẩm sinh học mới, và chúng tôi đề xuất rằng cần nhấn mạnh vào việc phát triển các phương pháp bổ sung, không phụ thuộc vào nuôi cấy, các phương pháp xác định và mô tả đặc tính của lợi khuẩn tiềm năng. Với khả năng chi trả ngày càng cao của các phương pháp giải trình tự, việc giải trình tự toàn bộ bộ gen của các loài probiotic sẽ mang lại lợi ích cho sự hiểu biết của chúng ta về các cơ chế tiềm ẩn của tác dụng probiotic và cho phép chúng ta đưa ra quyết định sáng suốt hơn về sự phù hợp của các loài đó.

Hơn nữa, metagenomic [nghiên cứu vật liệu di truyền được phục hồi trực tiếp từ các mẫu môi trường], transcriptomic [khoa học định lượng bao gồm việc gán danh sách các chuỗi (“đọc”) cho đối tượng (“bản sao” trong bộ gen)], và siêu dịch mã [ khoa học nghiên cứu sự biểu hiện gen của vi sinh vật trong môi trường tự nhiên], các nghiên cứu được bổ sung bởi proteomics, sẽ cho phép điều tra, đánh giá và phát triển kỹ lưỡng hơn các phương pháp xử lý probiotic trong nuôi tôm.

Kết luận và viễn cảnh tương lai

Chế phẩm sinh học trong nuôi tôm thường được sàng lọc và lựa chọn để thử nghiệm in vivo dựa trên khả năng loại trừ mầm bệnh trong ống nghiệm một cách cạnh tranh. Rất ít nghiên cứu đã cố gắng xác định các cơ chế cơ bản liên quan đến việc ức chế sự phát triển của vi khuẩn; tuy nhiên, chúng minh họa một cách tổng thể tầm quan trọng của việc hiểu rõ nguyên nhân cơ bản (tập hợp các phân tử hữu cơ, được bao quanh bởi một lớp màng, kết hợp một cách thô bạo thành những điểm giống vật chất sống) – tương tác mầm bệnh, xác định các đặc điểm cụ thể của chủng và không ngoại suy từ các chủng hoặc thậm chí các loài có liên quan. Việc xem xét điều này là đặc biệt quan trọng khi đánh giá tính an toàn và tính phù hợp của một loài chế phẩm sinh học để sử dụng cho động vật dùng làm thức ăn cho người.

Việc áp dụng các phương pháp giải trình tự bổ sung như giải trình tự toàn bộ bộ gen của các loài probiotic sẽ hỗ trợ việc đánh giá này. Các xét nghiệm đối kháng được sử dụng để sàng lọc men vi sinh trong nuôi tôm sử dụng một số lượng hạn chế mầm bệnh (ví dụ như Vibrio ) và ưu tiên lựa chọn các cơ chế gây nhiễu, có thể bỏ qua tiềm năng lợi khuẩn của nhiều loài và có thể làm tăng nguy cơ mầm bệnh xâm nhập. Để giải quyết vấn đề này, công việc trong tương lai nên tập trung vào việc mở rộng các phương pháp sàng lọc probiotic (bao gồm cả việc phát triển các phương pháp tiếp cận độc lập với nuôi cấy) để bao gồm nhiều loài hơn sử dụng cơ chế khai thác và các mầm bệnh có cơ chế sinh bệnh khác biệt.

Điều chỉnh phương pháp điều trị để chúng chứa các loài hoặc chủng, có thể cạnh tranh loại trừ các mầm bệnh cụ thể bằng cách sử dụng nhiều cơ chế sẽ làm tăng xác suất loại trừ mầm bệnh thành công; đặc biệt nếu mầm bệnh trở nên kháng thuốc, hoặc có sự xâm nhập của mầm bệnh mới (hoặc cơ hội). Tác động của việc xử lý bằng probiotic lên hệ vi sinh vật đường ruột của tôm và khả năng kháng bệnh cũng cần được xem xét kỹ lưỡng để tránh làm giảm sự phong phú của các loài quan trọng về mặt sinh thái khác. Cần đặc biệt xem xét việc xác định và thử nghiệm các chế phẩm sinh học có thể ngăn ngừa sự khởi đầu của bệnh với những ảnh hưởng hạn chế đến cấu trúc và chức năng của cộng đồng vi sinh vật.

Ngoài ra, hiệu quả của việc xử lý có thể được cải thiện bằng cách xem xét chiến lược sống cạnh tranh của các loài probiotic. Các nghiên cứu trong tương lai nên kiểm tra điều này bằng cách xác nhận các chiến lược cạnh tranh được sử dụng trong cơ thể và thiết kế các thử nghiệm thách thức mầm bệnh để so sánh tác động của việc sử dụng probiotic, trước và khi bắt đầu bệnh hoặc các bất ổn môi trường khác, đối với hệ vi sinh vật đường ruột của tôm và khả năng kháng bệnh.

Theo Knipe Ben Temperton, Ph.D. Anke Lange, Ph.D. David Bass, Ph.D. Charles R. Tyler, Ph.D. trích từ https://www.aquaculturealliance.org/

Leave a Reply

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

schoolgirl pussy