Độc tố của vi khuẩn gây bệnh hoại tử gan tụy cấp tính

Tác nhân gây bệnh hoại tử gan tụy cấp tính được xác định do vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus, vi khuẩn mang một plasmid pVA1 độc với các gen độc tố nhị phân tương tự như độc tố liên quan đến côn trùng (Pir) Photorhabdus, PirA và PirB; Độc tố liên quan đến côn trùng Photorhabdus (Pir)  này lần đầu tiên được xác định trong Photorhabdus luminescens, một loại vi khuẩn duy trì mối quan hệ cộng sinh với tuyến trùng gây bệnh côn trùng của họ Heterorhabditidae.

Ngoài các gen độc tố này, plasmid còn mã hóa các gen chuyển giao tiếp hợp và các gen chuyển vị, cho thấy khả năng hình thành plasmid cho các chủng hoặc loài khác. Cụ thể là plasmid mang gen độc tố được tìm thấy tìm thấy trên V. parahaemolyticus, V. harveyi, V. campbellii, V. owensii, V. punensis và Shewanella sp.

Nghiên cứu chi tiết về plasmid pVA1 và độc tố PirAB cho thấy rằng khi các chủng V. parahaemolyticus không gây bệnh hoại tử gan tụy cấp tính (AHPND) được biến nạp với plasmid chứa PirAB, chúng trở nên có khả năng gây bệnh có dấu hiệu lâm sàng giống như AHPND và tỷ lệ chết 100% ở tôm, trong khi một dòng đột biến của V. parahaemolyticus gây AHPND thiếu gen PirAB không thể gây ra AHPND.

Trong một trường hợp khác, trên cùng 1 con tôm đã phân lập được 2 chủng V. parahaemolyticus, trong đó một chủng gây bệnh AHPND (VPE61) chứa một plasmid độc lực có kích thước 69 kbp, trong khi chủng V. parahaemolyticus không gây AHPND (VP2HP) có một plasmid 183 kb. Plasmid 183 kb bao gồm tất cả các các gen được tìm thấy trong plasmid 69 kb ngoại trừ việc nó thiếu toàn bộ phần tử chuyển vị PirA/PirB 3,4 kb. Chủng V. parahaemolyticus (XN87) phân lập từ ao nuôi tôm thương phẩm có mang plasmid pVA1 (đột biến) với gen PirA đột biến và PirB chuyển khung gen không thể sản xuất độc tố PirB trong điều kiện thí nghiệm.

Khi chủng này được cảm nhiễm ngâm tôm kết quả cho thấy chết 50% tôm nhưng không biểu hiện bất kỳ dấu hiệu lâm sàng nào liên quan đến AHPND. Như vậy điều này cho thấy các chủng Vibrio nói chung và V. parahaemolitycus gây bệnh hoại tử gan tụy cấp tính trên tôm là vi khuẩn sẽ chứa plasmid pVA1 có kích thước 69 kbp và mang đồng thời gen độc tố PirA/PirB có kích thước 3,4 kb.  

Sự tấn công của vi khuẩn V. parahaemolyticus gây bệnh hoại tử gan tụy cấp tính trên tôm. Trong điều kiện bình thường, khỏe mạnh, dạ dày tôm là bao gồm các tế bào biểu mô, một lớp kitin/lót chất nhầy, màng tế bào và lòng chứa một cộng đồng vi sinh vật không độc hại (lành tính) cho hệ đường ruột. Vi khuẩn có lợi và các chất chuyển hóa khác nhau được giải phóng bởi vi khuẩn có lợi và tế bào tôm, tôm sẽ hoạt động bình thường.

Tuy nhiên, sự xâm nhập của vi khuẩn gây bệnh AHPND do V. parahaemolyticus vào môi trường này dẫn đến rối loạn sinh học do cạnh tranh trực tiếp để sinh tồn hoặc giải phóng các chất chuyển hóa có hại vào lòng dạ dày. Những điều kiện rối loạn sinh học này cho phép V. parahaemolyticus tiếp tục nhân lên, định cư và giải phóng độc tố PirAB, từ đó gây viêm và một phản ứng miễn dịch gia tăng trong các tế bào dạ dày tôm.

Đồng thời, theo một cơ chế chưa rõ là V. parahaemolyticus cũng kích hoạt con đường Rho. Điều này gây ra phá vỡ các mối nối tế bào và phân hủy lớp lót biểu mô để tạo ra các khoảng trống giữa các tế bào cho phép PirAB độc tố và vi khuẩn đến được gan tụy.

EHP bội nhiễm với vi khuẩn AHPND và xâm nhập vào ruột tôm. Nguồn: Kumar et al., 2020

Mặc dù các chi tiết của mô hình này đang chờ thử nghiệm và xác minh thêm bằng thực nghiệm. Tuy nhiên, việc thiếu sự hiểu biết đầy đủ về phản ứng chéo giữa vi khuẩn gây bệnh AHPND, hệ vi sinh vật đường ruột, vật chủ phản ứng với căng thẳng và thậm chí điều chỉnh miễn dịch ở hệ tiêu hóa tôm sẽ là một hạn chế.

Nếu toàn bộ quần thể vi sinh vật có thể được mô tả chính xác, thì việc có thể khám phá các cách để tăng cường hệ vi sinh vật đường ruột khỏe mạnh nhờ vào thành phần của vi khuẩn bằng lợi khuẩn và có thể là các hợp chất tự nhiên khác. Hay một sự hiểu biết chi tiết về các cơ chế này có thể cho phép sử dụng các chiến lược sáng tạo và cụ thể qua trung gian hệ vi sinh vật để ngăn ngừa hoặc ít nhất là giảm thiểu tác động của các bệnh trên tôm.