Chúng ta đều biết các hạt nano (NP) kim loại có tác dụng kháng khuẩn và có hiệu quả trong việc ngăn ngừa sự kháng thuốc của vi sinh vật. Do đó, nghiên cứu này đánh giá tác động của Nano-SiO₂ đối với bốn tác nhân gây bệnh phổ biến trên tôm: Vibrio vulnificus, V.parahaemolyticus, V.anguillarum và Edwardsiella tarda. Bột Nano-SiO₂ là một vật liệu hóa học vô cơ, thường gọi là “carbon đen trắng siêu mịn” kích thước trung bình 20-60 nm có thể lên đến 100 nm, không độc, không vị và không ô nhiễm. 

1. Ảnh hưởng của nano-SiO₂ đến sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh

NP có thể liên kết với bề mặt vi khuẩn và làm hỏng thành tế bào của vi khuẩn do đó làm chết vi khuẩn. Kết quả nghiên cứu này cho thấy nồng độ Nano-SiO₂ khác nhau có thể ức chế hoặc thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn. Ở nồng độ 0,1; 100; 0,01 và 0,1 mg/mL Nano-SiO₂ có tác dụng ức chế cao đối với sự phát triển của E.tarda, V.parahaemolyticus, V.vulnificus và V.anguillarum, tương ứng. Khi nồng độ Nano-SiO₂ tăng lên thì tác dụng kháng khuẩn của nó cũng tăng lên.

Điều này tương tự như tác dụng kháng khuẩn của các NP bạc (AgNPs) được tổng hợp từ gáo dừa đã được báo cáo trước đây. Nồng độ 0,1 mg/L Nano-SiO₂ có tác dụng ức chế sự phát triển của V.anguillarum là mạnh nhất nhưng nồng độ Nano-SiO₂ tăng lên thì tác dụng ức chế không rõ ràng. Tuy nhiên, nhìn chung việc bổ sung Nano-SiO₂ có tác dụng ức chế V.anguillarum. 

2. Ảnh hưởng của nano-SiO₂ đến polysaccharide của vi khuẩn

Chitosan là dạng chitin đã khử oxy hóa. Chitosan không độc hại, tương hợp sinh học, kháng khuẩn và phân hủy sinh học, được ứng dụng trong y sinh, kỹ thuật mô, chữa lành vết thương, băng bó vết thương và các lĩnh vực khác. Sự kết hợp giữa nano silica và chitosan có thể tăng cường khả năng kháng vi sinh vật của lớp màng bao.

Kết quả thí nghiệm cho thấy Nano-SiO₂ có thể thay đổi tính chất hấp phụ của polysaccharide chitosan, do đó nó có thể ảnh hưởng nhất định đến khả năng ghép của chitosan. Kết quả này tương tự như kết quả của Zeng và cộng sự, 2012, rằng chức năng sinh học của polysaccharid có thể bị giảm khi liên kết với NP.

(a) Sự hình thành polysaccharide chitosan, (b) so sánh trọng lượng của polysaccharide chitosan. Nhóm1: đối chứng; Nhóm 2: nano-SiO₂+H₂O₂; Nhóm 3: nano-SiO₂+UV; Nhóm 4: nano-SiO₂+ H₂O₂+UV.

Sự hình thành polysaccharide được quan sát thấy ở tất cả các nhóm ngoại trừ nhóm thứ tư đối với mỗi vi khuẩn. Tuy nhiên, sau vài giờ chỉ có chất keo trong nhóm đối chứng là ổn định, trong khi ở các nhóm còn lại chuyển sang trạng thái lỏng. Do đó, Nano-SiO₂ có thể làm giảm sự hấp phụ polysaccharide. 

3. Ảnh hưởng của nano-SiO₂ lên DNA của vi khuẩn

Công nghệ quang xúc tác là một trong những công nghệ hiện đại và tiên tiến nhất để loại bỏ chất ô nhiễm khỏi môi trường, và chiếu xạ UV + H₂O₂  là một quá trình oxy hóa tiên tiến đầy hứa hẹn để kiểm soát ô nhiễm nước uống và các thiết bị tái sử dụng. Guo và cộng sự. (2017) đã sử dụng khả năng quang xúc tác của TiO2 với việc bổ sung H₂O₂  để cải thiện hiệu quả loại bỏ vi khuẩn kháng kháng sinh bất hoạt và các gen kháng kháng sinh. Kết quả của nghiên cứu này cũng cho thấy sự kết hợp này có tác dụng kháng khuẩn.

Trong nghiên cứu này H₂O₂ có thể phân hủy DNA ngay cả ở nồng độ thấp. Tuy nhiên, chiếu tia UV có thể nối DNA thành các đoạn nhỏ hơn và phân tán các đoạn này tốt hơn nhiều so với H₂O₂. Sau khi bổ sung Nano-SiO₂ nồng độ thấp, chúng tôi nhận thấy rằng một mình H₂O₂ không gây hại đáng kể cho DNA. Vì trên lý thuyết, Nano-SiO₂ là vật liệu chống tia cực tím nên hoạt động kết hợp của nó với tia UV có thể làm chậm quá trình hư hỏng DNA. Nano-SiO₂ có thể nối DNA thành từng đoạn ở một mức độ nhất định và phá hủy cấu trúc DNA.

Trong thí nghiệm này, kết quả điện di cho thấy các dải DNA phân tán một phần hoặc hoàn toàn. Tuy nhiên, thiệt hại rõ ràng nhất dưới tác động kết hợp của chiếu xạ UV và H₂O₂. Nói cách khác, nếu phương pháp khử trùng bằng tia UV hoặc bằng H₂O₂ truyền thống không hiệu quả và cần liều lượng lớn, thì việc thêm một số Nano-SiO₂ có thể làm tăng tác dụng. 

4. Ức chế các gen gây bệnh của vi khuẩn

Tlh, trh và tdh là gen độc lực của V.parahaemolyticus và chúng thường được theo dõi khả năng gây bệnh của vi khuẩn.

Kết quả cho thấy Nano-SiO₂ làm giảm sự lây nhiễm của V.parahaemolyticus bằng cách ức chế sự biểu hiện của các gen gây bệnh tlh, trh và tdh ở V.parahaemolyticus.

5. Cải thiện tỷ lệ sống của tôm nhiễm V.parahaemolyticus

Các tiêu chí đánh giá tôm bệnh bao gồm: rụng vỏ, di chuyển chậm, xói mòn đuôi, xói mòn tắc nghẽn tuyến mang và chết - tất cả đều là những biểu hiện điển hình nhất của nhiễm V.parahaemolyticus ở tôm cá. Kết quả chỉ ra rằng trong môi trường nuôi chỉ có vi khuẩn và H₂O₂, tỷ lệ tôm chết do nhiễm bệnh tăng lên một cách tuyến tính. Trong khi tỷ lệ sống cuối cùng của lô thí nghiệm với Nano-SiO₂ đạt 50%, chứng tỏ Nano-SiO₂ ức chế V.parahaemolyticus.

a: Môi trường thực nghiệm; b: Tỷ lệ chết của tôm nhiễm V.parahaemolyticus. (Nhóm thí nghiệm 1: V.parahaemolyticus, 1 mM H₂O₂; Nhóm thí nghiệm 2: V.parahaemolyticus, Nano-SiO₂ và 1 mM H₂O₂)

Kết luận, Nano-SiO₂ có tác dụng ức chế đáng kể sự phát triển của vi khuẩn, nhưng nồng độ ức chế tối đa của nó không hoàn toàn tương quan với nồng độ Nano-SiO₂. Các hạt rắn Nano-SiO₂ khi được sử dụng làm vật liệu nano, nên được biến đổi để tạo ra trạng thái keo hoặc trạng thái huyền phù để phân tán đồng đều hơn. Kết quả khả quan ở nhóm được bổ sung Nano-SiO₂ với tỷ lệ sống đạt 50% ở tôm nhiễm V.parahaemolyticus. Do đó, Nano-SiO₂ có thể ức chế V.parahaemolyticus và cải thiện tỷ lệ sống của tôm.

Nguồn tham khảo: JieHu, CangWang, HangtianZu, ZaixiFang, HaolongZhou, JunlanZhou, ShujunWang, MingshengLyu. Nano-SiO₂ inhibits the marine aquatic pathogen Vibrio parahaemolyticus, ScienceDirect, Aquaculture Report, 04/2022.