Điều khiển hệ vi khuẩn đường ruột tôm là chìa khóa để kháng Vibrio

Một nghiên cứu mới đã làm sáng tỏ các cơ chế đằng sau khả năng kháng bệnh này. Một nhóm các nhà khoa học từ Viện Hải dương học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, dựa trên các dòng tôm thẻ chân trắng Litopenaeus vannamei kháng bệnh và dễ mắc bệnh thu được thông qua quá trình lai tạo chọn lọc, đã phân tích các cơ chế kháng bệnh vibriosis ở hệ vi sinh đường ruột tôm. 

Các phương pháp lai tạo để kháng bệnh 

Việc lựa chọn và lai tạo đàn giống kháng bệnh là một chiến lược hiệu quả và bền vững để kiểm soát bệnh vibriosis. Một số họ tôm kháng bệnh đã được xây dựng. Dựa trên các dòng giống này, các nghiên cứu trước đây đã tập trung vào việc xác định các biến thể di truyền và các gen biểu hiện khác biệt (DEG) giữa các họ tôm kháng bệnh và dễ mắc bệnh để tìm ra các mục tiêu dẫn đến khả năng kháng bệnh. Trong nghiên cứu trước đây, người ta cho rằng các đa hình trong các gen miễn dịch như LvALF và TRAF6 có liên quan đến khả năng kháng bệnh ở tôm. Tuy nhiên, các cơ chế chính của khả năng kháng bệnh vẫn chưa rõ ràng mặc dù có nhiều dữ liệu di truyền được cung cấp. 

Di truyền học biểu sinh trong nuôi trồng thủy sản

Ngoài cơ sở di truyền, quá trình tái cấu trúc biểu sinh cũng đóng vai trò chức năng trong việc hình thành các đặc điểm trong nuôi trồng thủy sản. Các nghiên cứu biểu sinh ở tôm vẫn còn trong giai đoạn sơ khai. Các yếu tố môi trường, bao gồm mầm bệnh và chọn lọc nhân tạo, có thể ảnh hưởng đến những thay đổi biểu sinh để tạo ra kiểu hình mới có thể truyền cho con cháu. Methyl hóa DNA là một trong những cơ chế biểu sinh được nghiên cứu nhiều nhất, chủ yếu liên quan đến sự điều hòa tiêu cực của biểu hiện gen. Tuy nhiên, cho đến nay, vai trò chức năng của methyl hóa và các chất điều hòa biểu sinh khác trong việc hình thành các đặc điểm nuôi trồng thủy sản tôm vẫn chưa được báo cáo. 

Hệ vi khuẩn đường ruột và khả năng kháng bệnh 

Một hệ vi khuẩn dày đặc và đa dạng sinh sống trong ruột và cùng tiến hóa với vật chủ. Hệ vi khuẩn đường ruột là một chất điều hòa chính trong sinh lý, khả năng miễn dịch và sức khỏe của cơ thể. Chức năng chính của hệ vi khuẩn đường ruột là giúp vật chủ chống lại sự xâm chiếm của mầm bệnh và sự phát triển quá mức của các vi khuẩn gây bệnh bản địa, được gọi là cơ chế phòng vệ chống lại sự xâm chiếm. Các nhà nghiên cứu đã báo cáo rằng ruột được bổ sung men vi sinh ở một số họ động vật kháng bệnh có thể ức chế hiệu quả sự phát triển của mầm bệnh.

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra được các dòng tôm thẻ chân trắng kháng và dễ bị nhiễm thông qua bốn thế hệ chọn lọc nhân tạo

Do đó, việc hình thành một cộng đồng vi khuẩn kháng bệnh sẽ tác động sâu sắc đến việc cải thiện khả năng chống lại mầm bệnh của vật chủ. Tuy nhiên, thành phần của hệ vi khuẩn đường ruột chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố và không rõ liệu vật chủ có thể xây dựng một cộng đồng vi khuẩn kháng bệnh trong quá trình chọn lọc nhân tạo hay không và điều gì có thể hỗ trợ cho quá trình hình thành của nó. 

Nghiên cứu về khả năng kháng Vibriosis ở tôm thẻ chân trắng 

Trong nghiên cứu này, dựa trên các dòng tôm thẻ kháng và dễ bị nhiễm bệnh thu được thông qua quá trình chọn lọc nhân tạo, các nhà nghiên cứu đã phân tích các cơ chế kháng Vibriosis ở cả vật chủ và vi sinh vật cộng sinh. Vai trò của điều hòa biểu sinh và hệ vi khuẩn đường ruột trong khả năng kháng Vibrio đã được xác định thông qua giải trình tự methylome, transcriptome và hệ vi khuẩn, và điều trị bằng chất ức chế methyltransferase. Theo các tác giả nghiên cứu, nghiên cứu này cung cấp cuộc điều tra toàn diện đầu tiên về các kiểu methyl hóa DNA trên toàn bộ hệ gen và các biến thể của hệ vi sinh vật giữa các họ kháng và dễ bị nhiễm. 

Lá chắn vi khuẩn 

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra được các dòng tôm thẻ chân trắng kháng và dễ bị nhiễm thông qua bốn thế hệ chọn lọc nhân tạo. Đáng ngạc nhiên là các tác giả phát hiện ra rằng những con tôm này đã phát triển khả năng kháng khuẩn đối với sự xâm chiếm của vi khuẩn Vibrio. Chìa khóa cho khả năng kháng khuẩn này nằm ở thành phần hệ vi sinh vật đường ruột của chúng. Tôm kháng khuẩn cho thấy sự nhân lên cụ thể của một loài probiotic duy nhất là Shewanella. Loại vi khuẩn có lợi này đóng vai trò quan trọng trong việc giảm tải lượng Vibrio. 

Bộ nhớ biểu sinh về khả năng kháng khuẩn 

Điều đáng ngạc nhiên hơn nữa là phát hiện ra rằng khả năng kháng khuẩn này có thể di truyền và chịu ảnh hưởng của những thay đổi biểu sinh ở tôm. Những thay đổi này, ảnh hưởng đến cách biểu hiện gen mà không làm thay đổi trình tự DNA, dường như là cơ bản trong việc phát triển khả năng kháng khuẩn. Các nhà khoa học đã xác định được một nhóm gen được kích hoạt cụ thể ở tôm kháng khuẩn do giảm methyl hóa DNA. Những gen này, liên quan đến sản xuất lactat và cân bằng sắt, tạo ra môi trường thuận lợi cho sự phát triển của vi khuẩn Shewanella. Đổi lại, lượng lactate tăng lên có lợi cho khả năng sống sót của tôm trước các bệnh truyền nhiễm do Vibrio. 

 Thành phần của hệ vi khuẩn đường ruột chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố

Ý nghĩa đối với ngành tôm 

Kết quả của nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng đối với ngành nuôi trồng thủy sản. Hiểu được cơ chế kháng vibriosis sẽ cho phép phát triển các chiến lược hiệu quả hơn để ngăn ngừa và kiểm soát căn bệnh này. Hơn nữa, việc lựa chọn các dòng tôm có khả năng kháng bệnh di truyền ổn định có thể cải thiện đáng kể tính bền vững và lợi nhuận của ngành. Nhìn chung, nghiên cứu này tiết lộ một cơ chế phòng vệ phức tạp chống lại vibriosis ở tôm, dựa trên sự tương tác giữa hệ vi sinh vật đường ruột, di truyền tôm và các yếu tố biểu sinh. Những phát hiện này mở ra cánh cửa mới để phát triển các chiến lược nuôi trồng lành mạnh và bền vững hơn