Gia tăng các gen kháng kháng sinh trong nuôi thủy sản tuần hoàn

Kháng sinh được sử dụng rộng rãi trong nuôi trồng thủy sản vì chúng có vai trò thúc đẩy sự tăng trưởng và ức chế các bệnh do vi khuẩn gây ra. Khi diện tích nuôi trồng lớn, đi kèm với đó là việc lạm dụng kháng sinh ngày càng nghiêm trọng. 

Sử dụng kháng sinh là nguyên nhân quan trọng dẫn đến ô nhiễm nguồn nước, xuất hiện các gen kháng kháng sinh (gen kháng thuốc) làm cho việc kiểm soát mầm bệnh càng khó khăn hơn. Hơn nửa vi khuẩn kháng đa kháng sinh cũng xuất hiện. Do đó, các gen kháng thuốc được các nhà nghiên cứu rất chú ý.

Những năm gần đây, ngành nuôi trồng thủy sản đã mở rộng quy mô và diện tích cũng như ngày càng tiến bộ trong các nghiên cứu chuyên sâu. Hai hệ thống nuôi điển hình là nuôi thâm canh tuần hoàn nước và nuôi tự nhiên theo hình thức quảng canh. Nước thải với hệ thống tuần hoàn sẽ được tái sử dụng thông qua hệ thống xử lý. Còn trong hệ thống nuôi quảng canh, nước xử lý đơn giản hơn và thải trực tiếp ra môi trường. 

Hệ thống nuôi tuần hoàn đã trở thành một mô hình nuôi điển hình phổ biến hiện nay. Với lợi thế sử dụng ít nước, kiểm soát các điều kiện nuôi chặt chẽ, hệ thống nuôi tuần hoàn ven biển đã được đánh giá rất cao. Nhờ lợi thế nước chỉ tuần hoàn trong hệ thống mà không xả ra bên ngoài hoặc xả ra rất ít nên các hệ thống nuôi tuần hoàn được coi là phương pháp quan trọng để ngăn chặn sự ảnh hưởng của kháng sinh và các gen kháng thuốc. Vì kháng sinh được sử dụng rộng rãi để phòng ngừa dịch bệnh và sử dụng như chất phụ gia thức ăn để thúc đẩy tăng trưởng cho vật nuôi.

Một loạt gen kháng thuốc đã được phát hiện trong nhiều hệ thống nuôi khác nhau và cũng không ngoại trừ hệ thống tuần hoàn nước. Liệu rằng công nghệ xử lý nước trong hệ thống này có làm giảm sự xuất hiện của gen kháng thuốc hay không và các gen này có gây mối đe dọa lớn cho môi trường không?

Để giúp bù đắp một số kiến thức về gen kháng thuốc, nghiên cứu này được thực hiện để điều tra sự phân bố của gen kháng thuốc trong một hệ thống nuôi thủy sản ven biển. Phương pháp PCR được sử dụng để định lượng, phân tích mức độ lan truyền cũng như cung cấp một số lý thuyết hỗ trợ đánh giá việc ảnh hưởng của môi trường đến hệ thống nuôi và phát triển được công nghệ điều trị gen kháng thuốc.

Phương pháp và vật liệu

Các mẫu được thu thập từ một hệ thống nuôi trồng thủy sản tại thành phố Yên Đài, nơi chiếm 1/6 sản lượng hệ thống nuôi thủy sản ven biển ở Trung Quốc. Đây là các mẫu nước nuôi cá hồi Đại Tây Dương, nuôi tuần hoàn 90%, khử trùng bằng tia UV để loại bỏ một phần vi khuẩn trước khi cho vào ao. Các mẫu sau đó thu thập từ hệ thống tuần hoàn được đánh dấu từ R1 đến R7, R1 đến R6 là những mẫu nước nuôi, mẫu chiết tách protein và mẫu nước trong bộ lọc sinh học được chọn lọc, R7 là mẫu phân và thức ăn thừa được tách chiết protein. 

Nghiên cứu được thực hiện theo các bước: Ly trích DNA với nồng độ tinh khiết cao, sau đó xét nghiệm PCR để phát hiện gen kháng thuốc. Tiếp theo chuẩn bị thêm 30 gen kháng thuốc bao gồm 3 gen kháng sulfonamid, 18 tetracycline, 4 quinolone và 5 gen kháng macrolide. Sử dụng phương pháp PCR và real time PCR để định lượng gen kháng thuốc. Sau đó giải trình tự gen 16S rRNA của vi khuẩn từ các mẫu DNA chiết xuất và khuếch đại chúng lên nhiều lần. Các mẫu kháng sinh được phân tích bằng phương pháp sắc ký lỏng sau đó tách chiết, phân tích và định lượng. Cuối cùng là phân tích thống kê để xác định mối quan hệ giữa vi khuẩn, kháng sinh và các gen kháng thuốc.

Kết quả và thảo luận

Trong số 30 gen kháng thuốc thử nghiệm thì có 10 gen được phát hiện có hàm lượng cao trong tất cả các mẫu thủy sản. Ở các khu vực nuôi có nhiệt độ khác nhau thì các gen kháng thuốc xuất hiện với tần xuất khác nhau. Các gen kháng sulfonamid là phong phú nhất, có trong tất cả các mẫu, đồng thời phát hiện trong các mẫu trầm tích đáy sông. Kế tiếp là quinolone cũng phát hiện với lượng lớn trong tất cả các mẫu. 

Gen Int1 đóng vai trò quan trọng trong sự lan truyền gen kháng thuốc theo chiều ngang giữa các vi khuẩn, nó như các vector truyền. Int1 được tìm thấy rất nhiều trong các trại nuôi. Điều đó cho thấy rằng khả năng lan truyền của các gen kháng thuốc trong trại nuôi là rất lớn.

Nồng độ kháng sinh quinolone, tetracycline và marcrolide trong nước thử nghiệm tương đối cao, chứng tỏ là chúng đã bị kháng lại trong quá trình xử lý nước. Các kháng sinh có mối tương quan với nhau, tuy nhiên không tìm thấy sự tương quan rõ ràng giữa kháng sinh và các gen kháng kháng sinh tương ứng. Nên sự xuất hiện của chúng được suy ra bởi nhiều yếu tố, không chỉ do việc lạm dụng kháng sinh. Sự xuất hiện này cũng được chứng minh là do biến động của một vài yếu tố trong môi trường như P, NH3, NO2, tổng carbon. Theo phân tích cho thấy sự tăng cường tích lũy gen kháng thuốc có thể do sự gia tăng các yếu tố trên trong nước.

Mẫu R7 và nước trong bộ lọc sinh học là các mẫu có hàm lượng gen kháng thuốc nhiều nhất. Do đó, mùn bã hữu cơ đáy ao là nơi dự trữ lớn của nguồn gen này. Và nước trong bộ lọc sinh học là nơi sản sinh quan trọng nhất của chúng. Kiểm tra các mẫu còn lại cho thấy nước nuôi và mẫu tách chiết protein không phải là nơi tăng hàm lượng chính của các gen kháng thuốc. Một số báo cáo trước đây cho thấy rằng việc khử trùng nước bằng Clo và UV sẽ loại bỏ được gen kháng thuốc và các vi khuẩn.

Gen Int1 trong mẫu phân và thức ăn thừa là phong phú nhất. Do đó, sự lan truyền là rất dễ dàng. Các gen này ở nước tầng đáy sẽ cao hơn nước tầng giữa và tầng mặt. Các hệ thống nuôi thương phẩm là nơi dễ sinh ra các gen này. Ngoài ra cũng phát hiện các gen Int1 không sinh ra được trong quá trình ương giống của cá hồi.

Quan điểm

Sử dụng bừa bãi thuốc kháng sinh là nguyên nhân làm xuất hiện các chủng vi khuẩn kháng thuốc, tuy nhiên cần hiểu đúng là kháng sinh và gen kháng thuốc không có nhiều mối tương quan, mà vi khuẩn mới chính là nguyên nhân sinh ra gen kháng thuốc. Vì vậy, dù không sử dụng kháng sinh, nhưng trong hệ thống nuôi tuần hoàn vẫn xuất hiện vi khuẩn kháng thuốc. Nghiên cứu cho thấy, khi nuôi tuần hoàn vi khuẩn kháng thuốc sẽ tích lũy một cách đáng kể trong phân và thức ăn ở lớp mùn bã hữu cơ đáy ao. Bên cạnh đó, việc giảm khử trùng bằng tia UV khiến các bộ lọc nước sinh học trở thành nơi sinh ra nhiều gen kháng thuốc nhất.

Nghiên cứu mang lại cái nhìn sâu hơn về vấn đề kháng thuốc trong nuôi thủy sản, từ đó giúp cải thiện các phương thức canh tác hiện tại cũng như phát triển mô hình nuôi mới trong tương lai. 

Theo Jian-Hua Wang và cộng sự.