Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở khoa học của đề tài 1. Hệ vi sinh vật đường ruột và tác động của hệ vi sinh vật đến sức khỏe của vật nuôi Đường tiêu hoá đóng vai trò quan trọng đối với vật nuôi, nó là cơ quan hấp thu các chất dinh dưỡng, đồng thời là cơ quan miễn dịch lớn nhất trong cơ thể. Đặc biệt, khu hệ vi sinh vật đường ruột là một trong các yếu tố chống lại các tác nhân gây bệnh (Jans, 2005) [60].
Khi còn ở trong bào thai, đường tiêu hoá của vật nuôi ở trạng thái vô trùng, nhưng chỉ vài giờ sau khi sinh các vi sinh vật đã bắt đầu xâm nhập, cư trú và trở thành những “cư dân” bình thường trong đường tiêu hoá. Theo thời gian, do tiếp xúc trực tiếp với môi trường, đặc biệt là qua thức ăn và nước uống, số lượng và tính đa dạng sinh học của các vi sinh vật cộng sinh không ngừng tăng lên. Số lượng tế bào vi sinh vật cư trú trong đường tiêu hóa của vật nuôi có thể cao gấp mười lần số lượng tế bào cấu tạo nên cơ thể chúng (Fonty và cs, 1995) [42]. Số lượng loài có thể lên tới từ 400-500 (Tannock, 1997) [82].
Tuy nhiên, mật độ vi sinh vật ở các phân đoạn khác nhau của đường tiêu hóa (dạ dày, tá tràng, ruột non và ruột già) ở loài động vật dạ dày đơn rất khác nhau (khoảng 101-103; 101-104; 105-108 và 109-1012 CFU/ml chất chứa tương ứng) (Jans, 2005) [60]. Sức khỏe của vật nuôi phụ thuộc vào 3 yếu tố chính: Trạng thái sinh lý của vật chủ, khẩu phần thức ăn và hệ vi sinh vật. Các yếu tố này chịu tác động của môi trường, các tác nhân gây stress và tác động qua lại lẫn nhau. Trong số các nhân tố trên, hệ vi sinh vật đường tiêu hóa đóng vai trò trung tâm, chỉ một biến động bất lợi của một trong hai yếu tố còn lại cũng ảnh hưởng xấu tới hệ n 4 vi sinh vật (Conway, 1994) [40].
Sự cộng sinh của các loài vi sinh vật trong đường tiêu hoá của vật nuôi (chủ yếu là trong ruột) tạo nên một hệ sinh thái mở và mối cân bằng của quần thể vi sinh vật được xác lập chỉ một thời gian rất ngắn sau khi sinh. Có nhiều quan điểm khác nhau về mối tương quan cân bằng của hệ vi sinh vật đường ruột. Theo Jans (2005) [60], để đánh giá trạng thái cân bằng, các vi sinh vật đường ruột được chia thành 3 nhóm: (1) nhóm chủ yếu (Main flora) gồm các loài vi khuẩn kỵ khí (Clostridium; Lactobacillus; Bifidobacteria; Bacteroides, Eubacteria); (2) nhóm vệ tinh (Satellite flora), gồm chủ yếu là Enterococcus và E. coli, và (3) nhóm còn lại (Residual flora) gồm các vi sinh vật có hại như: Proteus, Staphylococcus và Pseudomonas…Một quần thể vi sinh vật được coi là cân bằng khi tỷ lệ của các nhóm dao động trong khoảng 90; 1,0; 0,01 % tương ứng.
Trạng thái mà các nhóm này hình thành một tỷ lệ 90; 1,0; 0,01 % được gọi là trạng thái “eubiosis” (tiếng Hy Lạp có nghĩa là sự chung sống có lợi giữa các vi khuẩn với nhau và với vật chủ). Ở trạng thái “eubiosis”, vật chủ cung cấp các điều kiện sống lý tưởng như nhiệt độ ổn định, pH trung tính, dinh dưỡng và sự đào thải các chất chuyển hóa. Đổi lại, hệ vi sinh vật sẽ mang lại lợi ích cho vật chủ thông qua tăng cường tiêu hóa các chất dinh dưỡng, giải độc, tổng hợp các vitamin nhóm B và vitamin K, loại trừ các vi sinh vật có hại, tăng cường đáp ứng miễn dịch của vật chủ. Sự cân bằng của hệ vi sinh vật trong đường tiêu hóa bị tác động bởi một số nhân tố vô sinh và hữu sinh như: Sinh lý vật chủ, khẩu phần thức ăn và cơ cấu nội tại của bản thân hệ vi sinh vật.
Thức ăn là nguồn dinh dưỡng cơ bản của vi sinh vật, bởi vậy sự thay đổi thành phần, khẩu phần thức ăn không đảm bảo vệ sinh, phương pháp cho ăn không hợp lý. đều làm tổn hại đến trạng thái cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột. Tương tự như vậy, các chất bài tiết của hệ tiêu hóa (dịch mật, các enzyme, chất đệm và chất n 5 nhầy.) cũng như kiểu và tần số nhu động ruột cũng tác động trực tiếp đến hệ vi sinh vật. Kiểu và tần số nhu động ruột bị tác động rất lớn bởi các stress (sinh đẻ, cai sữa, dồn chuồng, vận chuyển.
Khi quan hệ cân bằng của hệ vi sinh vật ruột bị phá vỡ sẽ tạo nên trạng thái “dysbiosis”, trạng thái “chung sống có hại”. Biểu hiện của trạng thái “dysbiosis” ở vật chủ thường là thể tạng kém, sinh trưởng chậm và mắc các bệnh đường tiêu hóa như tiêu chảy, viêm ruột hoại tử. Để cải thiện quan hệ cân bằng của hệ vi sinh vật ruột ở vật nuôi, một phương pháp thường được áp dụng là bổ sung vào khẩu phần thức ăn một số loại kháng sinh liều thấp như những chất kích thích sinh trưởng. Tuy nhiên, việc lạm dụng kháng sinh trong thức ăn chăn nuôi đã và đang gây ra những hậu quả đáng lo ngại về vệ sinh an toàn thực phẩm, đặc biệt là gây nên tình trạng kháng thuốc ngày càng gia tăng của các vi khuẩn gây bệnh trên người và vật nuôi.
Việc cấm sử dụng kháng sinh trong thức ăn chăn nuôi cũng đặt ra những thách thức lớn về kỹ thuật, đặc biệt đối với chăn nuôi gia súc, gia cầm non hoặc trong điều kiện vệ sinh kém và vật nuôi chịu nhiều stress. Để vượt qua những thách thức đó, đã có rất nhiều những nghiên cứu nhằm tìm ra tác nhân để thay thế kháng sinh nhưng an toàn với vật nuôi. Một trong những tác nhân tìm ra đó là chế phẩm sinh học. Chế phẩm sinh học trong chăn nuôi Chế phẩm sinh học là sản phẩm có chứa vi sinh vật sống nhằm mục đích cải thiện sức khỏe con người và vật nuôi.
Chế phẩm sinh học đã được sử dụng rộng rãi để hạn chế dịch bệnh, tăng sức đề kháng cho vật nuôi, tăng khả năng hấp thu thức ăn, tăng năng suất và sản lượng. Khác với các biện pháp hóa học và kháng sinh, chế phẩm sinh học cung cấp một phương thức chăn nuôi an toàn bền vững đối với con người và sản phẩm chăn nuôi. Chế phẩm sinh học được coi là một công cụ hữu hiệu để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi. n 6 Chế phẩm sinh học có khả năng hạn chế nhiễm trùng do vi khuẩn và virus (như virus rota gây tiêu chảy), kích thích hoạt động của hệ miễn dịch, làm giảm cholesterol.
Các chế phẩm sinh học có tác động làm ổn định khu hệ vi sinh vật đường ruột, làm tăng các vi khuẩn có ích (các vi khuẩn sinh vitamin, sinh chất kháng khuẩn, vi khuẩn phân giải đường bột.), làm giảm các vi khuẩn có hại (các vi khuẩn cạnh tranh thức ăn, sinh chất độc). Các chế phẩm sinh học phải có 3 quá trình sau: - Khống chế sinh học: Những dòng vi khuẩn có ích trong chế phẩm có khả năng sinh các chất kháng khuẩn. - Tạo sức sống mới: Các vi khuẩn trong chế phẩm khi đưa vào cơ thể vật nuôi sẽ phát triển mạnh mẽ cả về số lượng và hoạt tính, có khả năng tồn tại cả ngoài môi trường và trong đường ruột, ảnh hưởng có lợi đối với vật nuôi. - Xử lý sinh học: Khả năng phân giải các chất hữu cơ trong nước giải phóng axit amin, glucose, cung cấp thức ăn có vi sinh vật có ích, giảm thiểu thành phần nitơ vô cơ như: Amoniac, nitrit, nitrat, giảm mùi hôi thối, cải thiện chất lượng nước.
Việc sử dụng các vi sinh vật hữu ích nhằm cạnh tranh với các vi khuẩn gây bệnh đã được ứng dụng rộng rãi trong chăn nuôi, thay thế cho việc sử dụng hóa chất, kháng sinh là một giải pháp quan trọng kiểm soát bệnh trong chăn nuôi. Các vi sinh vật thường được sử dụng để làm chế phẩm sinh học bao gồm: Vi khuẩn Lactobacillus, Bacillus, nấm men saccharomyces và phafia rhodozyma và các enzyme (amylase, protease, lipase, cellulose, phytase). Vi khuẩn lactic Hệ vi khuẩn có lợi ở đường ruột có chức năng tiêu hoá thức ăn, thải độc, bài tiết, chuyển hoá, tổng hợp các yếu tố vi lượng (vitamin, các men) các nội tiết tố đường tiêu hoá, các chất kháng sinh tự nhiên để kìm hãm và tiêu diệt vi khuẩn cũng như nấm gây bệnh. Vi khuẩn có lợi ở đường ruột còn tác động tích cực đến cả hệ miễn dịch (sức đề kháng) của toàn bộ cơ thể, đặc biệt là vi khuẩn lactic.
n 7 * Đặc điểm chung của vi khuẩn lactic Về mặt hình thái, vi khuẩn lactic có dạng lưỡng cầu, tứ cầu, liên cầu và dạng que, đứng đơn độc hoặc thành chuỗi. Khả năng sinh tổng hợp của các vi khuẩn lactic thuộc dạng yếu. Vi khuẩn lactic là những vi sinh vật cần dinh dưỡng cao để sinh trưởng bình thường. Ngoài ra chúng cần một nguồn carbon, nitơ một phần ở dưới dạng các acid amin, một số vitamin, các chất sinh trưởng và chất khoáng.
* Đặc tính của vi khuẩn lactic Vi khuẩn lactic có khả năng chịu được các dịch tiêu hóa. Acid dạ dày và muối mật ảnh hưởng mạnh đến sự sống sót của vi sinh vật. Các chủng có khả năng phát triển và thực hiện quá trình trao đổi chất dưới sự có mặt của lượng mật sinh lý thì có khả năng sống sót tốt hơn trong suốt quá trình ở trong đường ruột. Vi khuẩn lactic có khả năng cư trú trong đường ruột.
Khi các vi khuẩn có lợi có khả năng bám chặt vào các tế bào bên trong đường ruột, chúng mới có khả năng bám tạm thời khoảng một thời gian trong đường ruột. Những chỗ cư trú gần các mô bào và màng nhầy khá giàu chất dinh dưỡng, đối với một số vi sinh vật gây bệnh đường ruột thì khả năng bám chặt được xem là điều kiện trước hết đối với việc xâm chiếm và lây nhiễm. Vi khuẩn lactic có khả năng sử dụng prebiotic (oligossaccharides, insulin, tinh bột) để phát triển. Nó có khả năng tổng hợp và sử dụng vitamin (nhóm B, folate, vitamin K).
Ngoài ra nó còn có khả năng ngăn chặn các mầm bệnh như: Salmonella, Escherichia coli, Candida albicans…Có khả năng tổng hợp acid, hydrogen peroxide, các bacteriocin, D- lactic acid. Nó có thể sử dụng kết hợp với các loại vi khuẩn khác. n 8 * Chức năng sinh học của vi khuẩn lactic - Tăng khả năng tiêu hoá nhờ hệ thống enzyme Vi sinh vật đường ruột có lợi của động vật nuôi có một vai trò quan trọng trong sự tiêu hoá và hấp thu thức ăn của vật chủ.