Đánh giá tác dụng phòng trị bệnh cuminaldehyde trên virus đốm trắng ở tôm

Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đại học Ninh Ba (Trung Quốc đã đánh giá tác động của cuminaldehyde đối với vi rút đốm trắng (WSSV), tỷ lệ sống của tôm và sự truyền nhiễm của vi rút.

Bệnh đốm trắng là một bệnh truyền nhiễm do vi rút gây ra trên tôm và có thể gây chết tôm cục bộ trong vòng 3–10 ngày và do đó vi-rút này được liệt kê là mầm bệnh phải khai báo của Tổ chức thế giới về sức khỏe động vật (WOAH). Trong khi đó, việc lạm dụng những loại hóa chất, dược chất không chỉ gây ra tình trạng tôm kháng thuốc mà còn gây ô nhiễm môi trường, có thể đe dọa nghiêm trọng đến sức khỏe con người và sự phát triển bền vững của ngành tôm. Đối với những vấn đề này, việc phát triển các tác nhân trị liệu mới để phòng ngừa và điều trị đốm trắng là điều cấp thiết.   

Do lợi thế về nguồn nguyên liệu dồi dào, an toàn tự nhiên và không độc hại, các loại thuốc thảo dược đã trở thành lựa chọn phổ biến để phát triển các tác nhân trị liệu cho tôm nuôi. Nghiên cứu cho thấy Ophiopogon japonicus (Chen và cộng sự, 2021), axit geniposidic (Huang và cộng sự, 2020), coumarin (Shan và cộng sự, 2021) và các loại thuốc thảo dược khác cho thấy hoạt động đáng kể trong việc phòng ngừa và điều trị đốm trắng. Hợp chất monome hiệu quả trong thảo dược là một chất có độ tinh khiết cao, có thành phần hóa học và cơ chế hoạt động rõ ràng (Jiang và cộng sự, 2021).

Ví dụ: artemisinin, emodin, berberine, aloe-emodin, koumine và những loại khác đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện khả năng miễn dịch và hiệu suất chống oxy hóa của động vật thủy sản và có khả năng ngăn ngừa các bệnh khác nhau.    

Bệnh đốm trắng trên tôm sẽ xuất hiện các đốm li ti nhỏ màu trắng. Ảnh: mybinh.com.vn

Cuminaldehyde là thành phần hoạt chất chính của thì là Ai Cập (Cuminum cyminum) và thể hiện hoạt tính kháng khuẩn và kháng vi-rút trong các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau. Quan trọng hơn, so với paeoniflorin và esculin đã được báo cáo trước đây, cuminaldehyde có cấu trúc phân tử đơn giản hơn và thích hợp làm hợp chất chính để phát triển thuốc chống vi-rút. Trong thí nghiệm này, ấu trùng tôm với chiều dài 0,43±0,09 (cm), trọng lượng cơ thể 4,1±0,2 (mg) được sử dụng. Trước thí nghiệm, một loạt nồng độ WSSV (1,6×104; 1,6×105; 1,6×106;1,6×107; 1,6×108 và 1,6×109 copies/μL) đã được thiết lập và nồng độ WSSV làm cho tôm có tỷ lệ sống 0% trong vòng 72 giờ sẽ được sử dụng cho các thí nghiệm tiếp theo.

Nồng độ cuối cùng của vi rút đốm trắng được sử dụng trong nghiên cứu này là 1,6 ×106 copies/μL. Mô tôm bị nhiễm WSSV đã được đồng nhất hóa và DNA được tách ra cho qPCR để tính toán số lượng bản sao của virus. Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm: độc tính của cuminaldehyde, hoạt tính kháng WSSV của cuminaldehyde ở tôm, ảnh hưởng của cuminaldehyde lên quá trình sao chép WSSV, tác dụng của cuminaldehyde đối với sự truyền ngang của WSSV, tách chiết DNA và  phân tích số lượng bản sao bộ gen của WSSV.   

Độc tính của cuminaldehyde trên tôm   

Kết quả về độc tính của cuminaldehyde đối với tôm được thể hiện ở hình 1. Cuminaldehyde không gây độc cho tôm khi nồng độ thấp hơn 40 μmol/L và tỷ lệ sống của tôm là 100%. Khi nồng độ cuminaldehyde trên 40 μmol/L, độc tính của nó tăng lên tùy theo liều lượng. Trong đó, cuminaldehyde có độc tính cao khi nồng độ đạt 320 μmol/L và toàn bộ tôm đều chết sau 24 giờ. Khi nồng độ cuminaldehyde là 160 μmol/L, tất cả tôm đều chết sau 48 giờ. Kết quả cho thấy nồng độ an toàn của cuminaldehyde trong thí nghiệm này là 40 μmol/L, không gây độc cho tôm và có thể sử dụng cho các thí nghiệm tiếp theo.   

Hình 1. Độc tính của cuminaldehyde trên ấu trùng tôm ở nồng độ 0–320 μmol/L trong 72 giờ

Hoạt tính chống WSSV của cuminaldehyde   

Hoạt tính của cuminaldehyde được thể hiện trong Hình 2. Các nồng độ cuminaldehyde khác nhau có thể làm giảm tỷ lệ chết của tôm nhiễm WSSV và cuminaldehyde lên đến 40 μmol/L làm tăng tỷ lệ sống của tôm bị bệnh lên 60% sau 72 giờ (Hình 2A) . Số bản sao bộ gen của WSSV được phát hiện sau 72 giờ ủ đồng thời với các nồng độ cuminaldehyde khác nhau. Người ta nhận thấy rằng số lượng bản sao bộ gen của WSSV giảm dần khi tăng cuminaldehyde và đạt mức thấp nhất khi nồng độ là 40 μmol/L. Tại nồng độ này, sự sao chép của WSSV bị ức chế đáng kể ở tôm, với tỷ lệ ức chế là 89% (Hình 2B) . Kết quả cho thấy cuminaldehyde với nồng độ 40 μmol/L trong nước có hoạt tính kháng WSSV tốt nhất. 

Hình 2. Hoạt tính chống WSSV của cuminaldehyde

Sau khi ủ trước với cuminaldehyde trong 3, 6 và 12 giờ và sau đó nhiễm WSSV trong 24 giờ, không có sự khác biệt đáng kể về tỷ lệ sống của ấu trùng tôm (Hình 3B). Tôm được ủ trước với cuminaldehyde trong 6 giờ và 12 giờ cho thấy tỷ lệ sống cao ở 48 giờ sau cảm nhiễm, cao hơn so với tôm được ủ trước trong 0 giờ. Sau 72 giờ cảm nhiễm với WSSV, tỷ lệ sống của tôm có mối tương quan thuận với thời gian trước khi ấp. Tỷ lệ sống của tôm là 0% khi thời gian trước ấp là 0 giờ và tỷ lệ sống cao nhất là 44% khi thời gian trước ấp là 12 giờ. Dữ liệu trong Hình 3C cho thấy số lượng bản sao bộ gen WSSV của tôm được ủ trước với cuminaldehyde và được cảm nhiễm với WSSV trong 72 giờ. Kết quả cho thấy cuminaldehyde có thể ức chế đáng kể sự nhân lên của WSSV ở tôm sau khi ủ trước trong các thời điểm khác nhau và tỷ lệ ức chế lần lượt là 34%, 45% và 34%. Những kết quả này cho thấy rằng việc ủ trước cuminaldehyde có thể ức chế sự nhân lên của WSSV và có tác dụng bảo vệ tôm.   

Hình 3. Ảnh hưởng của tôm được ủ trước bằng cuminaldehyde đối với tình trạng nhiễm WSSV

(A) Sơ đồ quy trình. (B) Đường cong thể hiện tỷ lệ sống của tôm nhiễm WSSV được phân tích trong phương pháp xử lý trước khi ủ trước với nồng độ cuminaldehyde lên tới 40 μmol/L. (C) Định lượng số lượng bản sao của bộ gen WSSV ở ấu trùng tôm đã được thử nghiệm trong cuminaldehyde được ủ trước cho ấu trùng trong 3, 6 và 12 giờ, sau đó là nhiễm WSSV. Mỗi giá trị được biểu diễn dưới dạng giá trị trung bình ± SD.   

Ảnh hưởng của WSSV được ủ trước cuminaldehyde đến sự sao chép của vi rút   

Các kết quả thể hiện trong hình 4B cho thấy WSSV được ủ trước cuminaldehyde trong thời gian khác nhau và cảm nhiễm trong 24 giờ không có ảnh hưởng đáng kể đến tỷ lệ sống của tôm. Tuy nhiên, WSSV được ủ trước bằng cuminaldehyde trong 2 giờ và sau đó cảm nhiễm trong 48 giờ và 72 giờ tương ứng, tỷ lệ sống của tôm được cải thiện đáng kể (Hình 4B). Phân tích số lượng bản sao bộ gen của WSSV cho thấy rằng việc ủ trước cuminaldehyde với WSSV trong 0,5 giờ không có ảnh hưởng đáng kể đến sự sao chép của WSSV ở tôm. Khi cuminaldehyde được ủ trước với WSSV trong 1 giờ và 2 giờ, sự nhân lên của WSSV ở tôm bị ức chế đáng kể, với tỷ lệ ức chế lần lượt là 36% và 32% (Hình 4). Những kết quả này cho thấy rằng cuminaldehyde có thể có tác dụng tiềm tàng đối với virion WSSV để ức chế sự nhân lên của WSSV ở tôm. 

 
Hình 4. Ảnh hưởng của WSSV được ủ trước cuminaldehyde đến quá trình sao chép của virus.

(A) Sơ đồ quy trình. (B) Đường cong thể hiện tỷ lệ sống của tôm nhiễm WSSV được phân tích trong cuminaldehyde ở nồng độ 40 μmol/L trong thời gian ủ trước 0,5, 1 và 2 giờ. (C) Định lượng số lượng bản sao của bộ gen WSSV ở ấu trùng tôm đã được thử nghiệm trong quá trình ủ trước cuminaldehyde với WSSV trong 0,5, 1 và 2 giờ, sau đó gây nhiễm cho ấu trùng. Mỗi giá trị được biểu diễn dưới dạng giá trị trung bình ± SD.   

Ảnh hưởng của việc trao đổi và xử lý không trao đổi cuminaldehyde đến sự nhân lên của WSSV ở tôm  

Hiệu quả của việc xử lý không trao đổi cuminaldehyde đối với tỷ lệ sống và sự nhân lên của WSSV ở tôm bị bệnh được thể hiện trong Hình 5B và C. Tỷ lệ sống của tôm bị bệnh không được xử lý bằng cuminaldehyde là 0% sau 72 giờ, trong khi tỷ lệ sống của tôm bị bệnh không được xử lý bằng cuminaldehyde vẫn ở mức trên 50%. Cần lưu ý rằng tôm bị bệnh được điều trị bằng cuminaldehyde không chết hết cho đến 120 giờ (Hình 5B). Phân tích số lượng bản sao bộ gen WSSV của tôm bị bệnh cho thấy sự sao chép WSSV bị ức chế đáng kể vào 24 giờ, 48 giờ và 72 giờ sau khi điều trị bằng cuminaldehyde, với tỷ lệ ức chế lần lượt là 43%, 62% và 60% (Hình 2). 5C).   

Hiệu quả của việc xử lý trao đổi cuminaldehyde đối với tỷ lệ sống và sự nhân lên của WSSV ở tôm bị bệnh được thể hiện trong Hình 5D và E. Việc xử lý trao đổi bằng cuminaldehyde đã cải thiện tỷ lệ sống của tôm bị bệnh và tỷ lệ sống vẫn là 17% sau 144 giờ. Điều thú vị là, việc thay nước liên tục có chứa DMSO cũng cải thiện tỷ lệ sống của tôm bị bệnh, đạt 33% sau 72 giờ và không chết cho đến 96 giờ. Phân tích số lượng bản sao bộ gen của WSSV cho thấy rằng cuminaldehyde có thể ức chế đáng kể sự sao chép của WSSV ở tôm bị bệnh được điều trị trong 24 giờ, 48 giờ, 72 giờ và 96 giờ, với tỷ lệ ức chế lần lượt là 36%, 59%, 65% và 56%. Thú vị hơn, việc thay nước liên tục cũng ức chế sự nhân lên của WSSV ở tôm bị bệnh (Hình 5C và E). Nhìn chung, cuminaldehyde có tác dụng chữa bệnh trên tôm bị bệnh và việc điều trị liên tục giúp cải thiện khả năng kháng WSSV của tôm bị bệnh.  

Tác dụng ức chế cuminaldehyde trên sự lây truyền ngang của virus   

Tác dụng của cuminaldehyde đối với sự lây truyền ngang của WSSV được thể hiện trong Hình 5. Kết quả cho thấy rằng việc bổ sung cuminaldehyde vào nước có thể ức chế hiệu quả sự nhân lên của WSSV ở tôm. Với việc kéo dài thời gian ủ chung, cuminaldehyde đã ức chế sự sao chép WSSV ở tôm lần lượt là 30%, 37% và 23% (Hình 5B). Kết quả chỉ ra rằng cuminaldehyde đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn sự lây truyền ngang của WSSV.   

Hình 5. Sự ức chế cuminaldehyde trên đường truyền ngang WSSV

(A) Sơ đồ quy trình. (B) Số lượng bản sao bộ gen WSSV của ấu trùng tôm được kiểm tra cứ sau 24 giờ. Mỗi giá trị được biểu diễn dưới dạng giá trị trung bình ± SD.  

Tóm lại, cuminaldehyde có thể ức chế đáng kể sự nhân lên của WSSV và cải thiện tỷ lệ sống của tôm. Xử lý tôm và WSSV trước bằng cuminaldehyde có thể làm giảm hiệu quả mức độ sao chép bộ gen WSSV ở tôm. Việc trao đổi liên tục các thí nghiệm về cuminaldehyde và truyền ngang đã chứng minh thêm tiềm năng của cuminaldehyde trong việc ngăn ngừa và điều trị WSSV. Vì vậy, cuminaldehyde có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong nuôi tôm.