Liệu pháp phage chữa bệnh nhiễm khuẩn cho thủy sản

Trong nhiều năm qua, kháng sinh đã được sử dụng thành công để kiểm soát vi khuẩn gây bệnh trong nuôi trồng thủy sản. Tuy nhiên, trong suốt thập kỷ qua, các cơ quan quản lý sức khỏe động vật nuôi và môi trường đã xác định được các tác động tiêu cực của kháng sinh và hạn chế vấn đề lạm dụng thuốc. Liệu pháp phage là sử dụng thể thực khuẩn hay còn gọi là virus mà có khả năng tiêu diệt vi khuẩn, là một trong những phương pháp mới  để kiểm soát vi khuẩn gây bệnh.

Thể thực khuẩn

Thể thực khuẩn là những sinh vật chiếm nhiều nhất trên trái đất – khoảng 100 tỷ phần tử virus được tìm thấy trong 1 lít nước. Chúng đóng vai trò quan trọng trong động lực học đại dương bằng cách khử tổng số quần thể vi khuẩn trên trái đất hàng ngày từ 20% – 40%. Phage có tác dụng trên một nhóm vi khuẩn chủ đặc hiệu, và do đó việc cảm nhiễm bằng phage đặc hiệu sẽ không hoạt động trên tổng số nhóm vi sinh vật mà là trên tiểu quần thể đặc hiệu. Kể từ khi phát hiện ra chúng vào năm 1917, phage đã được ứng dụng vào điều trị và kiểm soát sinh học vi khuẩn gây bệnh. Phương pháp điều trị có hiệu quả này đã được phát triển để chữa trị bệnh nhiễm trùng ở người và gia súc, nhưng phần nào đó chúng đã bị lãng quên khi kháng sinh đã được thương mại hóa rộng rãi.

Liệu pháp phage trong nuôi trồng thủy sản

Trong nuôi trồng thủy sản, liệu pháp phage đã được đánh giá đầu tiên vào đầu những năm 1980 để kiểm soát bệnh nhiễm trùng huyết do Aeromonas và bệnh Edwardsiella trên cá chạch, và sau đó kiểm soát bệnh do Vibrio ở cá măng, cũng như những bệnh khác ở các loài khác.

Hiện nay, liệu pháp này đang được đánh giá để ngăn ngừa bệnh do Vibrio ở giáp xác, Streptcoccus iniae ở cá chẽm và  Aeromonas hydrophila ở cá chẽm sọc. Hầu hết các nghiên cứu đều được thực hiện với ấu trùng cá có vây hoặc cá trưởng thành, mà phage được tiêm hoặc trộn vào thức ăn cho cá ăn.

Liệu pháp phage có tốt hơn kháng sinh không?

Liệu pháp phage có tính đặc hiệu cao và có tác dụng diệt khuẩn nhanh. Các thể thực khuẩn tự sao chép có tính ổn định và độc tính thấp cũng như chi phí sản xuất thấp (Bảng 1).

Những thuộc tính này khiến cho liệu pháp phage trở thành một công nghệ rất hấp dẫn đối với ngành nuôi trồng thủy sản. Ngoài ra, cũng phải chú ý rằng thể thực khuẩn được ủy quyền bởi Cục Quản Lý Thuốc và Thực Phẩm ở Hoa Kỳ nhằm ngăn ngừa việc nhiễm khuẩn trong thực phẩm của người, mục đích của họ có thể sẽ tìm thấy một vài hạn chế của pháp luật. Hiện nay, công nghệ này đang gần được ứng dụng trong thị trường.

Nghiên cứu với ấu trùng tôm sú, Penaeus monodon, cho thấy rằng việc sử dụng phage của Vibrio harveyi đã cải thiện tỉ lệ sống của ấu trùng gần gấp đôi tôm được điều trị bằng hỗn hợp kháng sinh. Những kết quả này rất đáng khích lệ, nhưng khả năng tái sản xuất phụ thuộc vào những điều kiện cụ thể ở mỗi trại sản xuất giống. Hầu hết, phage chỉ cảm nhiễm một loại vi khuẩn, nên nếu vi khuẩn khác hơn loài đích có liên quan đến tỉ lệ tử vong, thì liệu pháp phage sẽ không hoạt động. Chỉ có một khả năng là sử dụng hỗn hợp phage.

Trong một nghiên cứu gần đây với Artemia cảm nhiễm Vibrio parahaemolyticus, liệu pháp phage đã làm giảm tỉ lệ chết do vi khuẩn một cách hiệu quả (Hình 1), ngay cả khi liều sử dụng phage đã giảm một cách nghiêm trọng (Hình 2). Rõ ràng, tác dụng hữu ích của chúng phụ thuộc vào mức độ tiến triển của dịch bệnh. Tỉ lệ tử vong của Artemia được kiểm soát hoàn toàn khi phage được bổ sung vào giai đoạn đầu của bệnh nhiễm trùng, trong khi các trường hợp khác, kết quả có khả năng  thay đổi (Hình 3). Ngược lại, trong cuộc khảo sát tương tự, kháng sinh oxytetracycline không bị ảnh hưởng bỡi mức độ tiến triển của dịch bệnh.

Thách thức

Nghiên cứu hiện nay đang đánh giá các enzyme được mã hóa bởi phage có thể tiêu hủy vách tế bào của vi khuẩn và các protein sử dụng phage để kiểm soát quá trình trao đổi chất của vi khuẩn. Sự thành công của liệu pháp phage phụ thuộc vào khả năng của phage xâm nhập vào vi khuẩn đích, vì vậy nếu vi khuẩn thẩm thấu qua các mô và định cư tại các màng sinh học, thì phage sẽ khó khăn hơn để xâm nhập vào vi khuẩn, và liệu pháp phage sẽ không hoạt động. 

Ngoài ra, một hỗn hợp phage có hiệu quả trong việc trị bệnh nhiễm trùng ở khu vực này thì có thể sẽ không có hiệu quả để trị bệnh nhiễm trùng tương tự ở khu vực khác. Có hai cách giải thích cho sự thất bại này. Vi khuẩn gây bệnh từ những nơi khác nhau có thể có những kiểu nhạy cảm với phage khác nhau, hoặc các loài vi khuẩn gây bệnh khác nhau có thể liên quan với nhau. Đối với liệu pháp phage, thật quan trọng để nhận biết vi khuẩn gây bệnh đặc hiệu để lựa chọn phương pháp điều trị phage đặc hiệu. Điều này không xảy ra với các loại thuốc kháng sinh, bởi vì nhìn chung chúng có phổ tác dụng rộng. 

Đối với các loài thủy sản có vỏ, việc chuẩn đoán vi khuẩn học bao gồm sử dụng môi trường ria cấy truyền thống để đánh giá sự đông đúc của vibrio gây bệnh trong môi trường nuôi. Vấn đề này trở nên phức tạp hơn khi khả năng của vibrio gây chết ít được xác định hơn. Trong nhiều trường hợp, mối tương quan hợp lực giữa quần xã vi sinh vật thay vì một tác nhân gây bệnh duy nhất gây ra nhiều vấn đề, gây khó khăn trong việc giảm tỉ lệ chết của vật nuôi bằng cách sử dụng liệu pháp phage. 

Ví dụ, liệu pháp phage không có tác dụng trong việc trị bệnh lở loét (Furunculosis) ở cá hồi Đại Tây Dương, nhưng các yếu tố như tốc độ tăng trưởng của vi khuẩn kháng thuốc hoặc các tác động của hệ thống miễn dịch để vô hiệu hóa phage có liên quan với nhau. Trong một vài trường hợp, việc ứng dụng phage trong nuôi trồng thủy sản có thể sẽ được xem như là một phương pháp điều trị kiểm soát sinh học ưu tiên thay vì liệu pháp khắc phục. 

Các khía cạnh khác cần quan tâm bao gồm tính hợp pháp liên quan đến việc sử dụng phage, ảnh hưởng của các điều kiện sản xuất có liên quan đến ozon, tia cực tím, formalin hoặc chlorine, và nguy cơ truyền nhiễm gene bất lợi giữa phage với phage trong suốt quá trình đồng nhiễm.