Những tiến bộ trong Vaccine phòng ngừa Vibrio spp. trên cá

Với sự phát triển không ngừng của ngành nuôi trồng thủy sản, sản lượng cá, tôm cua, nhuyễn thể và động vật thủy sản khác đạt gần 200 triệu tấn/năm. Tuy nhiên, mầm bệnh và các yếu tố bên ngoài như chất lượng nước, tập quán chăn nuôi và suy thoái môi trường đã dẫn đến vấn đề dịch bệnh ngày càng trở nên phức tạp. 

Trong đó, Vibrio spp. thuộc họ Vibrionaceae có thể phát triển và tồn tại độc lập trong môi trường nước. Có hai phương thức lây nhiễm chính. Đầu tiên là vi khuẩn bám vào bề mặt của vật chủ và sau đó lây nhiễm bằng cách xâm nhập qua da. Khi lớp niêm mạc bị tổn thương, nguy cơ nhiễm trùng sẽ tăng lên. Loại thứ hai là nhiễm trùng qua đường miệng do thức ăn, nước bị ô nhiễm với vi khuẩn gây bệnh. 

Do đó, nhu cầu cấp thiết để kiểm soát vi khuẩn Vibrio spp. với nhiều phương pháp tiếp cận sinh học để ngăn ngừa và kiểm soát bệnh trong nuôi trồng thủy sản đang được nghiên cứu và cho kết quả đầy hứa hẹn. Vaccine là một phương pháp mang tính vượt trội, hiệu quả cao, an toàn và tiện lợi, thể hiện tính ưu việt trong việc bảo vệ miễn dịch và có sự ổn định mạnh mẽ lâu dài làm cho nó trở thành phương pháp phù hợp nhất để kiểm soát dịch bệnh cho cá. Đánh giá này cung cấp tiến trình nghiên cứu của các loại Vibrio spp. Vaccine, bao gồm vaccine bất hoạt, vaccine sống giảm độc lực, vaccine tiểu đơn vị, vaccine DNA, ... 

Vaccine bất hoạt

Trong hai thập kỷ qua, việc nghiên cứu vaccine phòng ngừa vi khuẩn Vibrio spp. trên cá đã đạt được nhiều tiến bộ lớn. Vaccine truyền thống được tạo ra bởi các vi sinh vật gây bệnh và các chất chuyển hóa của chúng thông qua việc làm suy giảm hoặc bất hoạt chủ yếu bao gồm vaccine bất hoạt và vaccine sống giảm độc lực được sử dụng để tiêm phòng cho cá bằng cách tiêm qua màng bụng. Các vaccine này đã được áp dụng thành công để phòng ngừa và kiểm soát bệnh Vibriosis. 

Vaccine bất hoạt là vi khuẩn hoặc virus lây nhiễm còn nguyên vẹn bị tiêu diệt bằng phương pháp vật lý hoặc hóa học sau khi khuếch đại và nuôi cấy, làm cho chúng mất khả năng gây bệnh và giữ lại tính kháng nguyên. Vaccine bất hoạt có đặc điểm là sử dụng an toàn, dễ dàng bảo quản và không có nguy cơ tạo ra phản ứng miễn dịch dịch thể. Một loại vaccine bất hoạt bằng formalin đã được ghi nhận rằng nó có thể bảo vệ tốt cá mú đốm cam chống lại sự lây nhiễm vi khuẩn Vibrio harveyi. Một nghiên cứu khác đã đề xuất rằng cá rô phi được tiêm phòng có biểu hiện tỷ lệ bảo hộ (RPS) là 88% sau khi cảm nhiễm Vibrio vulnificus.

Vaccine sống

Tuy nhiên, so với vaccine sống giảm độc lực, vaccine bất hoạt sử dụng các kháng nguyên không có khả năng nhân lên. Do đó, vaccine bất hoạt thường phải tiêm nhiều lần, liều lượng tiêm chủng lớn, thời gian tiêm chủng ngắn và đơn lẻ. Do đó, các chất bổ trợ thường được yêu cầu để tăng cường đặc tính sinh miễn dịch của các vaccine bất hoạt này. Tuy nhiên, có nhiều tác dụng phụ nghiêm trọng. Những thiếu sót này đã thúc đẩy sự phát triển của một thế hệ tá dược bao gồm nano, vi hạt, tá dược chứa nhôm, β -Glucans, oligosaccharide chitosan, saponin, lipopeptides…

So với vaccine bất hoạt, vaccine sống giảm độc lực cho thấy tính vượt trội nhờ vào sự nhân lên trong vật chủ để phản ứng miễn dịch của cơ thể có thể kích hoạt được sự bảo vệ lâu dài. Cần sử dụng các phương pháp điều trị khác nhau để làm giảm độc tính của mầm bệnh và đồng thời có thể giữ được đặc tính sinh miễn dịch. Số lượng, bản chất và vị trí của kháng nguyên tương tự như nhiễm trùng tự nhiên nên tính sinh miễn dịch nói chung là mạnh. Tuy nhiên, cũng có nguy cơ tiềm ẩn, vaccien sống có thể dẫn đến nhiễm trùng ở những vật nuôi có khả năng miễn dịch kém và đột biến có thể phục hồi độc lực. Phân tích dữ liệu thử nghiệm cho thấy rằng vaccine ngừa Vibrio anguillarum làm tăng đáng kể tỷ lệ bảo hộ (RPS) của cá bơn vỉ được tiêm phòng từ 39,4% đến 100% bằng cách loại bỏ hai gen alr1 và alr2 so với việc chỉ bất hoạt bằng formalin. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp nồng độ tăng của rifampicin để chọn lọc chủng Vibrio harveyi-T4DM có độc lực giảm có thể tạo ra miễn dịch bảo vệ chống lại Vibrio harveyi và Vibrio alginolyticus. Tuy nhiên, vấn đề về sự suy giảm vừa đủ của các chủng phải được đảm bảo trước khi cho phép các chủng sống giảm độc lực này được sử dụng phổ biến trong nuôi trồng thủy sản. Vì vaccine bất hoạt truyền thống và vaccine sống giảm độc lực có vai trò hạn chế trong kiểm soát nhiễm trùng Vibrio. spp trên quy mô lớn. Vaccine tiểu đơn vị, vaccine DNA và vaccine vectơ sống đều là những chiến lược rất hứa hẹn.

Vaccine tiểu đơn vị

Vaccine tiểu đơn vị được biết đến từ việc chiết xuất hoặc tổng hợp các cấu trúc protein đặc biệt của vi khuẩn, tức là, vaccine làm từ các epitop (vị trí cấu trúc trên một phân tử kháng nguyên có thể phản ứng với một kiểu cấu trúc hóa học của phân tử kháng thể hoặc phân tử thụ thể trong máu hoặc trên tế bào miễn dịch).

Chỉ một số protein bề mặt chính được chọn trong vaccine để nó có thể loại bỏ nhiều phản ứng bất lợi gây ra bởi các biểu mô không liên quan. Sau khi tiến hành nhân bản, giải trình tự gen lamB và thực hiện phân tích thông tin sinh học trên 8 chủng Vibrio khác nhau cho thấy kết quả vaccine lamB có thể bảo vệ cá ngựa vằn chống lại bốn loại Vibrio khác nhau. Để tăng hiệu quả bảo vệ của vaccine tiểu đơn vị, các nhà nghiên cứu đã kết hợp các kháng nguyên khác nhau.

Vaccine DNA và vaccine vectơ sống

Vaccine DNA đưa trực tiếp một plasmid chứa chuỗi DNA mã hóa cho kháng nguyên (gây đáp ứng miễn dịch mong muốn) vào trong một mô thích hợp, sau đó quá trình đáp ứng miễn dịch với kháng nguyên được biểu hiện sau khi tế bào chủ tiếp nhận. Vaccine này có cả những ưu điểm của vaccine sống giảm độc lực và không có nguy cơ hồi phục độc lực.

So với vaccine tiểu đơn vị, vaccine DNA ổn định hơn. Bản thân plasmid có thể được sử dụng như một chất bổ trợ, làm giảm chi phí và thuận tiện để sử dụng. Tuy nhiên, hiện tại vaccine DNA chủ yếu được sử dụng chủ yếu bằng phương pháp tiêm, nhưng rõ ràng là không thực tế cho các ứng dụng trên quy mô lớn. Mục tiêu chính là thiết kế một loại vaccine không tiêm có thể được sử dụng bằng cách bổ sung vào thức ăn, phun, ngâm, và được đặc trưng bởi tỷ lệ bảo hộ, không có dư lượng và không gây ô nhiễm. Chẳng hạn như phát triển một hệ thống vận chuyển DNA để ngăn chặn DNA plasmid bị phân huỷ trong ống tiêu hoá. Hiện nay, một số nghiên cứu đã sử dụng thành công các hạt nano chitosan làm véc tơ vận chuyển cho vaccine Vibrio anguillarum DNA thông qua bổ sung vào thức ăn.

Sử dụng công nghệ sinh học để xác định mục tiêu kháng nguyên hiệu quả kết hợp với chất bổ sung mới để phát triển vaccine Vibrio spp ngâm hoặc bổ sung qua đường miệng có thể là một cách tốt để kiểm soát bệnh nhiễm khuẩn. Điều này sẽ không chỉ đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng đối với các sản phẩm thủy sản chất lượng mà còn đảm bảo môi trường nuôi trồng thủy sản bền vững.

A review: progress in the development of fish Vibrio spp. vaccines by author Q, Wang S, Ma J, Liu Q, Immunology Letters (2020)