Từ LAL đến hy vọng nuôi sam công nghiệp

LAL là gì?

Bắt đầu từ năm 1970, y học đã bắt đầu có bước tiến đột phá khi phát hiện và đưa vào ứng dụng của chất LAL chiết xuất từ máu của động vật được biết đến là hóa thạch sống mà chúng ta hay gọi là Sam

Sam hay có tên khác là cua móng ngựa thuộc bộ chân khớp, chúng có giá trị cao trong y học và dược phẩm. Chất limulus amebocyte lysate (LAL) được chiết xuất từ haemolymph (máu xanh, chất lỏng trong hệ tuần hoàn của động vật chân khớp) của chúng là một nguồn tài nguyên quan trọng được dùng để kiểm soát chất lượng y sinh, dược phẩm và độ vô trùng. Cụ thể là LAL có khả năng phát hiện các vi khuẩn Gram âm, khi nhỏ vài giọt LAL lên vaccine hay các thiết bị y tế, LAL sẽ bao lấy chúng tạo thành kén dẻo, đây là dấu hiệu cảnh báo về sự nhiễm khuẩn.

Với ứng dụng của LAL, con người bắt đầu khai thác máu của Sam bằng cách đánh bắt và chiết lấy 30% lượng máu của chúng. Nhu cầu LAL càng ngày càng tăng, dù mang lại những hiệu quả và tính thiết yếu, thì khai thác Sam như vậy cũng đưa chúng ta đến sự đe dọa về tính bền vững, đa dạng sinh thái và tuyệt diệt giống loài này.

Ngoài ra, ở Bắc Mỹ có khoảng 600.000 con Sam được thu hoạch mỗi năm từ thiên nhiên để sản xuất LAL. Sau khi rút khoảng một phần ba dịch lỏng, chúng được thả về tự nhiên, tuy nhiên vẫn còn những lo ngại rằng việc chiết xuất máu của chúng như thế có ảnh hưởng đến sự tồn tại của chúng hay không.

Các bên liên quan bao gồm các nhà nghiên cứu từ Keley BioSystems ở Bắc Carolina, họ đang tìm cách nuôi Sam nhằm đảm bảo đủ số lượng cung cấp LAL, từ đó giảm tác động đến đàn ngoài tự nhiên trong hơn 18 tháng. Trên cơ sở đó, họ bắt đầu tiến hành hai thí nghiệm, một là tập trung phát triển thức ăn nhằm hỗ trợ sức khỏe miễn dịch và sự duy trì lâu dài Sam; thí nghiệm thứ hai là về môi trường nuôi khả thi nhất cho chúng.

“Với sự cần thiết và những hạn chế liên quan trong đánh bắt tự nhiên, một cách tiếp cận bảo tồn đến việc thu hoạch LAL trên nguyên liệu thô trong khi đảm bảo khả năng tồn tại của loài. Chúng tôi cho rằng nuôi trồng thủy sản và thu hoạch máu Sam quanh năm sẽ là một giải pháp thay thế bền vững trong sản xuất LAL, do đó ngăn chặn các tác động đáng kể đến quần thể tự nhiên”.

Chất lỏng trong hệ tuần hoàn của động vật chân khớp (Hemolymph) có màu xanh dương pha lục.

Thử nghiệm thức ăn

Trong tự nhiên, các loài động vật thủy sản hay sinh vật nói chung đều có chuỗi thức ăn riêng của mình. Ngược lại trong môi trường nuôi nhốt, chế độ ăn rất hạn chế vì mức độ sẵn có của các loài sinh vật trước mắt xích thức ăn khác. Thêm vào đó là hạn chế về sự lựa chọn các loại nguyên liệu thức ăn đông lạnh rồi rã đông để làm thức ăn cho Sam. Sự đông lạnh và rã đông thức ăn tự nhiên có thể là nguyên nhân làm mất các loại vitamin hòa tan trong nước thông qua sự khuếch tán phi tuyến với tốc độ thất thường.

Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã xem xét công thức công thức thức ăn có khẩu phần phù hợp với loại khẩu phần ăn tự nhiên của Sam. Họ đã phát triển các nguồn nguyên liệu thô nhằm cung cấp các yêu cầu dinh dưỡng phù hợp và từ nguồn cung có sẵn.

Các nhà nghiên cứu đã nỗ lực phát triển công thức thức ăn được làm giàu với các nguồn vitamin, khoáng và chế phẩm sinh học tự nhiên để hỗ trợ việc quản lí Sam nuôi trong thời gian dài..

Thí nghiệm bao gồm 3 thử nghiệm thực hiện trong 8 tuần, sử dụng 6 công thức thức ăn khác nhau trong đó có khẩu phần thức ăn công nghiệp đã được chỉnh sửa lại. Những thử nghiệm này chứng minh phạm vi phản ứng LAL gấp 7 lần trong số các loại thức ăn khác nhau, như vậy với chế độ ăn phù hợp, Sam nuôi có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc cung cấp LAL.

Nghiên cứu này đã chứng minh rằng các tế bào amaebocytes chứa protein cao, mức hemocyanin tối ưu và LAL chất lượng cao có nguồn gốc từ Sam trong nuôi trồng thủy sản có thể được sản xuất bằng thức ăn giàu dinh dưỡng chức năng. LAL nuôi trồng thủy sản có chứa lượng yếu tố đông máu cao hơn trên mỗi μg protein so với các chế phẩm LAL thương mại, từ đó làm cho LAL có khả năng phản ứng cao hơn. Các hoạt động sinh sản và duy trì Sam cũng được tiến hành theo dõi trong quá trình nuôi nhốt sao cho tất cả các khía cạnh về hành vi tự nhiên được diễn ra mà không có bất kì ảnh hưởng sức khỏe nào cả.

Cuối cùng, công trình này cũng cho thấy rằng ảnh hưởng của dinh dưỡng lên hàm lượng LAL có nguồn gốc từ một nhóm nuôi trồng thủy sản. Một nghiên cứu xa hơn đề nghị rằng hoạt tính LAL cao hơn có thể được chuẩn bị sản xuất trở lại từ Sam nuôi trong một năm trở lại dựa trên việc làm giàu thức ăn một cách có chiến lược và kinh tế. Do đó, việc nuôi trồng thủy sản và làm giàu thức ăn cho Sam sẽ chỉ chiếm một phần nhỏ sản lượng khai thác tự nhiên hàng năm có thể đáp ứng nhu cầu LAL y sinh cho toàn cầu trong thời gian dài. Như vậy nuôi trồng thủy sản lâu dài và chất lượng nguyên liệu thô sẽ là một mô hình cung cấp mới đầy hứa hẹn và bền vững trong nền công nghiệp y học.

Cận cảnh cách lấy máu sam.

Hệ thống nuôi Sam

Nghiên cứu thứ hai là tìm cách nuôi Sam để tăng hàm lượng LAL trong máu Sam nhằm tăng khả năng thu hoạch với quy mô công nghiệp từ các mẫu nuôi nhốt. Có hai hệ thống nuôi được áp dụng: một là sử dụng hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn RAS và hai là hệ thống nuôi dưới đáy vèo lưới (PSC) trong thời gian sáu tháng nuôi.

Các nhà nghiên cứu sau đó sẽ theo dõi một số các chỉ tiêu bao gồm trọng lượng cơ thể, hàm lượng haemolymph (Hc), mật độ tế bào amip và phản ứng LAL. Thêm vào đó, các nhà nghiên cứu cũng quan sát thí nghiệm chiết xuất 30% trên tổng thể tích máu của Sam tương tự như việc lấy máu của chúng ngoài thiên nhiên nhằm đánh giá đặc tính sinh lí của haemolymph và tế bào amip sau thời gian phục hồi là một tuần (sam sau khi được chiết xuất 30% máu sẽ được thả về thiên nhiên nhưng vẫn chưa xác định được sự ảnh hưởng của việc rút máu này có làm chúng yếu chết hay có thể phục hồi lại được).

Kết quả cho thấy Sam trong hệ thống RAS thu được tốt hơn trong PSC ở tất cả các chỉ số theo dõi và đặc biệt là tỉ lệ sống 100%.

Hơn nữa, tái truyền máu (sau khi loại bỏ amaebocyte- chất làm nên LAL) đã được chứng minh là cải thiện thời gian phục hồi của chúng.

Tổng kết nghiên cứu, các tác giả kết luận rằng: Nuôi trong hệ thống RAS cùng với chế độ dinh dưỡng và chăm sóc thích hợp sẽ tạo một môi trường thích hợp cho việc chiết xuất haemolymph để sản xuất LAL quanh năm. Kết quả là các sản phẩm cao cấp, đáng tin cậy và nhất quán từng mẻ với phản ứng gấp ba lần so với các sản phẩm LAL trên thị trường. Thông qua nuôi trồng, việc sản xuất LAL có thể đạt tiêu chuẩn hóa thị trường với giá trị lên đến 600 triệu đô trên toàn cầu, với sự hài lòng của tất cả các cơ quan quản lý nhà nước và cơ quan quản lý dược phẩm.

Evaluation of Indoor and Outdoor Aquaculture Systems as Alternatives to Harvesting Hemolymph From Random Wild Capture of Horseshoe Crabs (doi.org/10.3389/fmars.2020.568628)