Kiểm soát bệnh đốm trắng: Tỷ lệ sống có thể đạt 87% nhờ vi tảo chuyển gen

Bệnh đốm trắng là một bệnh truyền nhiễm do virus gây ra với tỷ lệ chết cao đặc biệt ảnh hưởng đến tôm nuôi như tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) và tôm sú (Penaeus monodon) đồng thời cũng là một vấn đề toàn cầu vì các phương pháp phòng ngừa và kiểm soát thực tế trong quá trình nuôi trồng còn kém phát triển. Vì vậy, cần phải có một phương pháp thực tế hơn mà không gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của tôm, có thể sử dụng được trong quy mô lớn, tất cả các giai đoạn tăng trưởng, tiết kiệm thời gian và không yêu cầu tay nghề cao.

Từ những yêu cầu đó, việc bổ sung vaccine trong thức ăn cho tôm là một giải pháp thay thế hấp dẫn cho phương pháp tiêm truyền thống thường không hiệu quả về chi phí. Tuy nhiên, mối quan tâm chính của phương pháp bổ sung thông qua thức ăn này là sự cho phép các hoạt chất sinh học tồn tại trong môi trường axit và muối mật, sau đó được giải phóng ở một vị trí thích hợp trong đường tiêu hóa của tôm nuôi.

Vi tảo xanh đơn bào (Chlamydomonas reinhardtii) có tiềm năng hấp dẫn đối với sự phát triển của vắc-xin bổ sung trong thức ăn. Thứ nhất, các kháng nguyên được chuyển vào lục lạp của vi tảo có tính ổn định tạo nên sự tái tổ hợp tương đồng hiệu quả. Thứ hai, sự sẵn có của các chủng vi tảo C. reinhardtii có vách và không có vách tế bào cho phép điều chỉnh thời gian phân hủy trong đường tiêu hóa của tôm.

Sự tương tác giữa protein vỏ virus và các thụ thể protein bề mặt tế bào trên tế bào nhận là bước quan trọng của sự xâm nhập và nhân lên của virus. VP28 - một protein vỏ vi rút gây bệnh đốm trắng đóng một vai trò quan trọng trong việc lây nhiễm bệnh bằng cách liên kết đặc biệt với các thụ thể của tế bào chủ tạo điều kiện thuận lợi cho sự xâm nhập của virus, điều này cho phép tiếp tục lan truyền virus. Do đó, một chiến lược phòng bệnh hợp lý chống lại sự lây nhiễm bệnh đốm trắng bằng cách can thiệp vào sự tương tác giữa VP28 và thụ thể tế bào tôm để giảm sự xâm nhập của vi rút và sau đó kích hoạt khả năng miễn dịch của tôm chống lại mầm bệnh xâm nhập.

Vi tảo xanh đơn bào (Chlamydomonas reinhardtii).

Có nhiều loại sản phẩm sinh học khác nhau của VP28 như vắc xin DNA, RNA đã được sử dụng và chứng minh khả năng kiểm soát bệnh đầy hứa hẹn. Tuy nhiên, hầu hết các phương pháp này đều dựa vào phương pháp tiêm từng con tôm con, và điều này không được coi là thực tế trong sản xuất tôm thương phẩm. Hơn nữa, việc điều chế VP28 dưới dạng protein tái tổ hợp, vắc xin DNA, RNA là tốn kém và mất thời gian, được coi là một hạn chế hơn nữa trong việc điều chế và sử dụng trong nuôi trồng thủy sản.

Cung cấp protein vỏ vi rút VP28 tái tổ hợp cho tôm như một phần của chế độ cho ăn sẽ cho phép đưa chất kích thích miễn dịch ( kháng nguyên ) này vào nhiều loài động vật theo cách đơn giản về mặt kỹ thuật mà không gây căng thẳng hoặc có thể gây stress cho tôm. Nhiều loại vật liệu sinh học khác nhau đã được sử dụng để bao bọc VP28 như chitosan, vi khuẩn Bacillus subtili, Escherichia coli và tảo Dunaliella salina. 

Trong nghiên cứu này, VP28 - một protein vỏ của vi rút đốm trắng được chuyển vào trong lục lạp của một vi tảo C. reinhardtii không có thành tế bào và trộn với thức ăn cho tôm ăn trong 14 ngày. Sau đó, tôm nhiễm bệnh đốm trắng được thêm vào bể nuôi để chúng cùng sinh sống với tôm đã được cho ăn tảo biến đổi gen. Tỷ lệ chết của tôm do nhiễm bệnh đốm trắng bắt đầu vào ngày thứ 4. Tôm trong nghiệm thức đối chứng (không cho ăn tảo biến đổi gen) chết dần trong vòng 7 ngày với tỷ lệ sống gần 0%. Tuy nhiên, tôm được nuôi bằng tảo biến đổi gen cho thấy tỷ lệ tử vong thấp nhất với tỷ lệ sống đạt 87%.

Khả năng tồn tại của tế bào tảo trong hệ tiêu hóa của tôm trước khi giải phóng kháng nguyên VP28 là một trong những đặc điểm quan trọng để nâng cao hiệu quả của vắc xin. Đối với tôm, thời gian thức ăn đi qua hệ tiêu hóa của chúng là khoảng 80 phút. Kết quả của chúng tôi đã chứng minh rằng sau 80 phút, tế bào tảo có thể chống lại môi trường axit nhẹ (pH 5,0) và muối mật (0,3%) trong ruột tôm. Một lượng đủ kháng nguyên VP28 được cung cấp sẽ tồn tại trong quá trình tiêu hóa và tiếp cận các tế bào đích trong ruột tôm kích thích khả năng miễn dịch của tôm. Hơn nữa, C. reinhardtii được coi là một chất phụ gia thức ăn chăn nuôi vô hại.

Nhìn chung, vi tảo C. reinhardtii chuyển gen VP28 là phương pháp kích thích miễn dịch cho tôm thuận tiện, hiệu quả, nhanh chóng và ít tốn công và kinh tế hơn so với các phương pháp khác như tiêm trong việc kiểm soát bệnh đốm trắng ở tôm thông qua thức ăn. Đồng thời đây cũng có thể là một phương pháp mới để ngăn ngừa các bệnh do vi rút khác ở động vật thủy sản và đại diện cho một giải pháp thân thiện với môi trường và bền vững để sản xuất vắc-xin nhờ vào đặc điểm sinh trưởng của tảo bằng cách quang hợp với nguồn năng lượng sử dụng là ánh sáng mặt trời, CO₂ và chất dinh dưỡng. 

References: An oral delivery system for controlling white spot syndrome virus infection in shrimp using transgenic microalgae. Kiataramgul, A., Maneenin, S., Purton, S., Areechon, N., Hirono, I., Brocklehurst, T. W., & Unajak, S. (2020).. Aquaculture, 521(January), 735022. https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2020.735022.