Tổng quan nghiên cứu
Ngành nuôi cá tra tại Đồng bằng sông Cửu Long đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam với kim ngạch xuất khẩu đạt khoảng 2.4 tỷ USD năm 2022, tăng 70% so với năm trước. Tuy nhiên, sự phát triển nhanh chóng của mô hình nuôi cá tra cũng kéo theo nhiều thách thức, trong đó bệnh gan thận mủ do vi khuẩn Edwardsiella ictaluri gây ra là một trong những nguyên nhân chính gây thiệt hại nghiêm trọng về kinh tế. Tỷ lệ chết của cá tra giống do bệnh này có thể lên đến 100%, ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và chất lượng sản phẩm thủy sản.
Kháng sinh hiện vẫn là phương pháp phổ biến để điều trị bệnh, nhưng việc sử dụng không kiểm soát dẫn đến hiện tượng kháng thuốc, tồn dư kháng sinh trong sản phẩm và môi trường, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe người tiêu dùng và khả năng xuất khẩu. Do đó, việc tìm kiếm giải pháp thay thế an toàn, hiệu quả là cấp thiết. Liệu pháp phage, sử dụng virus thực khuẩn thể đặc hiệu tiêu diệt vi khuẩn, được xem là phương pháp tiềm năng thay thế kháng sinh trong phòng và trị bệnh gan thận mủ ở cá tra.
Luận văn tập trung nghiên cứu chế tạo chế phẩm thực khuẩn thể PVN06, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất và bảo quản phage, đồng thời đánh giá hiệu quả phòng bệnh gan thận mủ trên cá tra giống ở quy mô in vitro và in vivo. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn từ tháng 2/2021 đến tháng 6/2022 tại Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM và Đại học Cần Thơ. Kết quả nghiên cứu góp phần xây dựng quy trình sản xuất chế phẩm phage ổn định, hiệu quả, hỗ trợ phát triển bền vững ngành nuôi cá tra.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết áp dụng
Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:
Lý thuyết về virus thực khuẩn thể (phage): Phage là virus đặc hiệu xâm nhiễm và tiêu diệt vi khuẩn chủ, có chu trình sinh tan hoặc tiềm tan. Phage sinh tan được ưu tiên sử dụng trong liệu pháp phage do khả năng ly giải tế bào vi khuẩn ngay lập tức, tránh các tác động tiêu cực của phage tiềm tan.
Mô hình tương tác phage - vi khuẩn: Tỷ lệ MOI (Multiplicity of Infection) ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất phage; pH, nhiệt độ và các ion cation ảnh hưởng đến khả năng xâm nhiễm và ổn định của phage.
Khái niệm về liệu pháp phage: Sử dụng phage để kiểm soát vi khuẩn gây bệnh, thay thế kháng sinh, với ưu điểm đặc hiệu cao, khả năng nhân lên trong vi khuẩn chủ, hạn chế kháng thuốc và thân thiện với môi trường.
Các khái niệm chính bao gồm: MOI, pH môi trường, nhiệt độ bảo quản, tính ổn định của phage, hiệu quả phòng bệnh in vitro và in vivo, và các yếu tố ảnh hưởng đến sản xuất và bảo quản phage.
Phương pháp nghiên cứu
Nguồn dữ liệu: Phage PVN06 được phân lập từ mẫu bùn ao nuôi cá tra; vi khuẩn E. ictaluri chủng E1 được cung cấp từ Đại học Cần Thơ.
Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp đĩa thạch hai lớp (plaque assay) để định lượng mật độ phage (PFU/mL). Thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sản xuất phage gồm MOI, pH, nhiệt độ, và ion Mg2+, Ca2+. Bảo quản phage được khảo sát ở các môi trường TSB, BHI, EIM và nhiệt độ 4℃, phòng (25-30℃) trong 98 ngày.
Thí nghiệm in vitro: Đánh giá khả năng kiểm soát vi khuẩn của phage PVN06 trong môi trường TSB với các MOI khác nhau, theo dõi sự tăng sinh vi khuẩn và mật độ phage trong 10 giờ.
Thí nghiệm in vivo: Thực hiện trên cá tra giống (~10g), với 21 nghiệm thức, mỗi nghiệm thức 20 con cá/bể, lặp lại 3 lần. Cá được cho ăn thức ăn trộn phage PVN06 với liều lượng 7.09 log PFU/g trước và sau khi cảm nhiễm vi khuẩn E. ictaluri với mật độ từ 3.01 log CFU/mL. Tỷ lệ cá chết tích lũy được ghi nhận trong 14 ngày. Vi khuẩn được tái phân lập và xác nhận bằng PCR.
Phân tích thống kê: Dữ liệu được xử lý bằng phần mềm Excel và SPSS 20, xác định ý nghĩa thống kê và tính LC50 theo phương pháp Finney.
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Những phát hiện chính
Ảnh hưởng của MOI đến sản xuất phage: MOI = 0.1 được xác định là giá trị tối ưu, vừa tiết kiệm lượng phage ban đầu, vừa đạt mật độ phage trong chế phẩm cao (khoảng 10.32 - 10.39 log PFU/mL sau 5 giờ). Các MOI cao hơn không làm tăng đáng kể mật độ phage.
Ảnh hưởng của pH: pH 6.0 là điều kiện tối ưu cho sự tăng sinh của vi khuẩn chủ và hoạt động của phage, với mật độ phage đạt khoảng 10.20 log PFU/mL sau 5 giờ. Phage PVN06 ổn định trong khoảng pH rộng từ 4 đến 9.
Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ 28-30℃ là điều kiện thích hợp nhất cho sự phát triển của vi khuẩn và hiệu quả sản xuất phage, với mật độ phage đạt gần 11 log PFU/mL sau 5 giờ. Nhiệt độ thấp hoặc cao hơn làm giảm hiệu quả sản xuất phage.
Ảnh hưởng của ion Mg2+ và Ca2+: Không có sự khác biệt đáng kể trong hiệu quả sản xuất phage khi bổ sung các ion này, cho thấy chúng không phải là yếu tố chi phối đối với phage PVN06.
Bảo quản phage: Chế phẩm phage PVN06 ổn định trong môi trường TSB và BHI ở cả 4℃ và nhiệt độ phòng trong 98 ngày, mật độ phage giảm không đáng kể (khoảng 0.15 log PFU/mL). Ở môi trường EIM, phage giảm mật độ nhiều hơn khi bảo quản ở nhiệt độ phòng.
Hiệu quả kiểm soát vi khuẩn in vitro: Phage PVN06 với MOI = 0.1 có khả năng ức chế sự tăng sinh của E. ictaluri trong hơn 10 giờ, chứng tỏ hiệu quả kiểm soát vi khuẩn tốt.
Hiệu quả phòng bệnh in vivo: Cá tra ăn thức ăn trộn phage với liều 9.09 log PFU/g giảm tỷ lệ chết tích lũy đáng kể so với nhóm không dùng phage (giảm 61.7 lần độc tính vi khuẩn, tăng tỷ lệ sống 15-23%). Liều 8.09 log PFU/g không đạt hiệu quả tương tự.
Thảo luận kết quả
Kết quả cho thấy các yếu tố MOI, pH và nhiệt độ là những điều kiện quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất phage PVN06, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về phage và vi khuẩn E. ictaluri. Việc không thấy tác động của ion Mg2+ và Ca2+ có thể do đặc tính riêng của phage PVN06 khác với các phage khác như PVN09.
Khả năng bảo quản phage ổn định ở nhiệt độ phòng và 4℃ trong môi trường TSB và BHI mở ra cơ hội ứng dụng thực tế với chi phí thấp, thuận tiện cho quy mô sản xuất lớn. Hiệu quả kiểm soát vi khuẩn in vitro và giảm tỷ lệ chết cá in vivo chứng minh tiềm năng của liệu pháp phage trong phòng bệnh gan thận mủ, góp phần giảm phụ thuộc vào kháng sinh.
Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ mật độ phage theo thời gian ở các điều kiện MOI, pH, nhiệt độ; biểu đồ tỷ lệ cá chết tích lũy theo liều phage; bảng so sánh mật độ phage bảo quản ở các môi trường và nhiệt độ khác nhau.
Đề xuất và khuyến nghị
Xây dựng quy trình sản xuất phage PVN06 chuẩn MOI 0.1, pH 6.0, nhiệt độ 28-30℃ nhằm tối ưu hóa năng suất phage, áp dụng trong sản xuất quy mô công nghiệp trong vòng 6-12 tháng.
Áp dụng bảo quản phage trong môi trường TSB hoặc BHI ở nhiệt độ phòng hoặc 4℃ để đảm bảo ổn định hoạt tính phage trong quá trình lưu trữ và vận chuyển, giảm chi phí bảo quản.
Phát triển thức ăn cá trộn phage với liều lượng tối thiểu 9.09 log PFU/g để phòng bệnh gan thận mủ hiệu quả, triển khai thử nghiệm quy mô lớn tại các vùng nuôi cá tra trong 12 tháng tới.
Tổ chức đào tạo và hướng dẫn kỹ thuật cho người nuôi cá tra về liệu pháp phage, cách sử dụng và bảo quản chế phẩm phage nhằm nâng cao hiệu quả phòng bệnh và giảm thiểu sử dụng kháng sinh.
Khuyến khích nghiên cứu tiếp tục về phage cocktail kết hợp nhiều loại phage để tăng phổ tác động và hạn chế khả năng kháng phage của vi khuẩn, hướng tới ứng dụng đa dạng trong nuôi trồng thủy sản.
Đối tượng nên tham khảo luận văn
Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Sinh học, Thủy sản: Nghiên cứu về liệu pháp phage, vi sinh vật và ứng dụng trong phòng trị bệnh thủy sản.
Chuyên gia và kỹ thuật viên trong ngành nuôi cá tra: Áp dụng kết quả nghiên cứu để cải thiện quy trình phòng bệnh, giảm thiểu thiệt hại do bệnh gan thận mủ.
Doanh nghiệp sản xuất thức ăn thủy sản và chế phẩm sinh học: Phát triển sản phẩm thức ăn trộn phage, chế phẩm sinh học thay thế kháng sinh.
Cơ quan quản lý và chính sách thủy sản: Xây dựng chính sách khuyến khích sử dụng liệu pháp phage, giảm thiểu kháng sinh trong nuôi trồng thủy sản, đảm bảo an toàn thực phẩm và phát triển bền vững.
Câu hỏi thường gặp
Phage PVN06 là gì và tại sao được chọn để nghiên cứu?
Phage PVN06 là virus thực khuẩn thể được phân lập từ mẫu bùn ao nuôi cá tra, có khả năng đặc hiệu xâm nhiễm và tiêu diệt vi khuẩn E. ictaluri gây bệnh gan thận mủ. Nó được chọn do hiệu quả kiểm soát vi khuẩn cao và tính ổn định trong điều kiện nuôi cá tra.Liệu pháp phage có an toàn cho cá và người tiêu dùng không?
Phage chỉ xâm nhiễm vi khuẩn, không gây hại cho cá hay người. Việc sử dụng phage giúp giảm kháng sinh, hạn chế tồn dư kháng sinh trong sản phẩm cá, đảm bảo an toàn thực phẩm.Phage được đưa vào cá tra bằng cách nào?
Trong nghiên cứu, phage được trộn vào thức ăn cá với liều lượng phù hợp, giúp phage tiếp xúc trực tiếp với vi khuẩn trong đường tiêu hóa cá, hiệu quả phòng bệnh cao và dễ áp dụng trong nuôi trồng.Phage có thể bảo quản trong bao lâu và ở điều kiện nào?
Phage PVN06 ổn định trong môi trường TSB và BHI ở nhiệt độ phòng hoặc 4℃ trong ít nhất 98 ngày, mật độ phage giảm rất ít, thuận tiện cho bảo quản và vận chuyển.Liệu pháp phage có thể thay thế hoàn toàn kháng sinh không?
Phage là giải pháp tiềm năng thay thế hoặc bổ sung cho kháng sinh, giúp giảm thiểu kháng thuốc và tồn dư kháng sinh. Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm về phage cocktail và quy trình ứng dụng để đạt hiệu quả tối ưu trong thực tế.
Kết luận
- Phage PVN06 được sản xuất hiệu quả nhất ở MOI 0.1, pH 6.0 và nhiệt độ 28-30℃, đạt mật độ phage trên 10 log PFU/mL sau 5 giờ.
- Chế phẩm phage PVN06 ổn định trong môi trường TSB và BHI ở nhiệt độ phòng và 4℃ trong 98 ngày, phù hợp cho bảo quản và ứng dụng thực tế.
- Phage PVN06 kiểm soát hiệu quả sự tăng sinh của vi khuẩn E. ictaluri in vitro trong hơn 10 giờ.
- Thí nghiệm in vivo cho thấy liều phage 9.09 log PFU/g thức ăn làm giảm tỷ lệ chết cá tra do bệnh gan thận mủ, tăng tỷ lệ sống lên 15-23%.
- Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để phát triển liệu pháp phage phòng bệnh gan thận mủ, góp phần giảm sử dụng kháng sinh và phát triển nuôi cá tra bền vững.
Next steps: Triển khai sản xuất quy mô lớn, thử nghiệm ứng dụng thực tế tại các vùng nuôi cá tra, phát triển phage cocktail và hoàn thiện quy trình bảo quản, sử dụng phage trong nuôi trồng thủy sản.
Call to action: Các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp và cơ quan quản lý cần phối hợp thúc đẩy ứng dụng liệu pháp phage, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.