CHƯƠNG 1.1 Ngành nuôi trồng thủy sản và dịch bệnh gây ra bởi các vi khuẩn Vibrio 1.1 Sự phát triển của nuôi trồng thủy sản tại Việt Nam Theo báo cáo “Thực trạng Nghề cá và Nuôi trồng thủy sản thế giới năm 2022” của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO), nuôi trồng thủy sản đã phát triển nhanh hơn đánh bắt trong hai năm qua và dự kiến sẽ mở rộng hơn nữa trong thập kỷ tới [35]. Tại Việt Nam, theo Tổng cục thống kê, tính chung năm 2023, sản lượng thủy sản nuôi trồng ước tính đạt 5.455,8 nghìn tấn, tăng 4,2% so với năm trước, bao gồm: cá đạt 3.631,4 nghìn tấn, tăng 3,7%; tôm đạt 1.211,6 nghìn tấn, tăng 5,8%; thủy sản khác đạt 612,8 nghìn tấn, tăng 4,8%. Trong đó, diện tích nuôi nước ngọt là 380 nghìn ha (cá tra 5,7 nghìn ha), diện tích nuôi mặn, lợ là 920 nghìn ha (tôm nước lợ chiếm 737 nghìn ha) [2]. Có thể thấy, Việt Nam tập trung vào nuôi trồng thủy sản nước lợ.
Sản lượng nuôi trồng thủy sản (nghìn tấn) 6000 5455. Sản lượng nuôi trồng thủy sản tại Việt Nam [2] 1.2 Dịch bệnh gây ra bởi các vi khuẩn Vibrio Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng, các hệ thống nuôi trồng thủy sản thay đổi từ nuôi quảng canh sang siêu thâm canh, dẫn đến dịch bệnh bùng phát đột ngột (FAO, 2017), đặt ra những thách thức lớn cho việc mở rộng sản xuất và phát triển kinh tế của một số quốc gia [71]. Trong số nhiều bệnh 3 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Trần Hồng Nhung – K29 Công nghệ Sinh học truyền nhiễm do vi khuẩn gây ra, các bệnh vibriosis, do các vi khuẩn Vibrio gây ra, được coi là nguyên nhân phổ biến gây thiệt hại nặng nề về năng suất và chất lượng thủy sản [71]. Bệnh này dễ dàng phát triển thành dịch lớn, có thể gây tổn thất lên tới 100% sản lượng trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản trên toàn thế giới [27].
Ước tính thiệt hại do vibriosis trên toàn cầu là khoảng 3 tỷ USD mỗi năm [22]. Các vi khuẩn Vibrio có thể dễ dàng tồn tại trong môi trường nước mà không phụ thuộc vào vật chủ khiến bệnh do vi khuẩn trở này thành vấn đề lớn trong nuôi trồng thủy sản, đặc biệt ở vùng nước ấm hơn trên 17°C và độ mặn cao 30 - 35 ppt. cần nhiệt độ cao để sinh tồn và lây lan nhanh chóng giữa các cá thể, khiến bệnh vibriosis trở thành một căn bệnh mùa hè [44]. Cheng và cộng sự (2009) báo cáo rằng thủy hải sản được nuôi ở mật độ dày đặc và khi nhiệt độ nước cao > 15°C có thể khiến chúng bị căng thẳng dẫn đến tình trạng suy giảm miễn dịch, làm tăng khả năng nhiễm Vibrio [23].
Vì vậy, vibriosis là mối đe dọa nghiêm trọng đối với ngành nuôi trồng thủy sản ở các nước nhiệt đới [44]. Vibrio là loại vi khuẩn có khả năng phân hủy chitin (chitinoclastic), bám vào lớp vỏ bên ngoài và có thể xâm nhập qua các vết thương ở lớp vỏ ngoài, vốn là một rào cản vật lý hiệu quả giúp ngăn chặn sự xâm nhập của mầm bệnh. Ngoài ra, chúng còn có thể xâm nhập vào tôm qua ruột hay tuyến tiêu hóa là nơi có khả năng tiếp nhận mầm bệnh cao từ nước, thức ăn và bùn đáy do không được bảo vệ bởi bất kỳ lớp vỏ nào [98]. Nhìn chung, các dấu hiệu bệnh do Vibrio gây ra trên thuỷ hải sản bao gồm trạng thái lờ đờ, hoại tử mô và phần phụ, tăng trưởng chậm, biến thái chậm, dị tật cơ thể, phát quang sinh học, mờ cơ và hắc tố [71].
Các nghiên cứu về sinh vật phù du cho thấy sự phổ biến của các loài Vibrio đã gia tăng trong 44 năm qua và gây bệnh trên gần 106 sinh vật biển [13]. Vibriosis được báo cáo là gây tử vong trên diện rộng cho nhiều ấu trùng nhuyễn thể hai mảnh vỏ và một số loài giáp xác ở Biển Ireland và các khu vực xung quanh. Ở Malaysia và các nước lân cận có khí hậu nhiệt đới 28°C quanh năm, bệnh vibriosis thường xuyên được ghi nhận ở nhiều trang trại nuôi trồng thủy sản [44]. Trong nhiều đợt bùng phát, V.
harveyi được phân lập thường xuyên nhất, tiếp theo là V. anguillarum, chúng gây 4 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Trần Hồng Nhung – K29 Công nghệ Sinh học bệnh cho cá chẽm châu Á (Lates calcarifer), các loài cá mú (Epinephelus spp. Các ca nhiễm Vibrio ở khu vực châu Á đã được báo cáo tại Vịnh Tương Sơn, Trung Quốc liên quan đến V. parahaemolyticus trên cá thủ (Pseudosciaeana crocea), một loài cá có vây thương mại ở Trung Quốc [58].
Trong ngành nuôi trồng thủy sản, các loài Vibrio là mầm bệnh cơ hội nghiêm trọng đối với vật chủ như cá có vây, động vật có vỏ và tôm [58]. Chúng thường được tìm thấy trên mang, da, đường ruột và các cơ quan nội tạng khác của động vật bị nhiễm bệnh. Tại Nhật Bản, các loài nuôi như lươn (Anguilla japonica), cá đuôi vàng (Seriola quinqueradiata) và cá thơm (Plecoglossus altivezis) đều bị nhiễm vi khuẩn Vibrio [44]. Vibrio thường có thể được tìm thấy trong trai và gây ra các chuyển động tròn không đều và làm hư hỏng mô mềm của ấu trùng trai [71].
Tóm lại, các bệnh vibriosis có thể gây tổn hại trên nhiều bộ phận, cũng như gây bệnh trên đa dạng các loài thủy hải sản. Các vi khuẩn Vibrio gây bệnh phổ biến là Vibrio harveyi, Vibrio parahaemolyticus, Vibrio cholerae, … 1.2 Vi khuẩn Vibrio harveyi 1.1 Đặc điểm sinh học 1.1 Đặc điểm hình thái Vibrio harveyi là vi khuẩn Gram âm hình que, kị khí tùy tiện, di chuyển bằng tiên mao và ưa mặn [72]. harveyi có đặc tính phát quang sinh học trong cả điều kiện in vivo và in vitro [19]. harveyi ở vùng biển nhiệt đới, ở trạng thái sống tự do hoặc sống trong cơ thể của các sinh vật nhân thực, sinh vật phù du hoặc trên bề mặt của các sinh vật biển, trong cơ quan phát sáng của một số loài cá hoặc ở ruột của động vật thủy sinh [72]….
harveyi cũng có thể bám trên các bề mặt phi sinh học như trầm tích dưới đáy hoặc các bề mặt có nguồn gốc công nghiệp. Không những có thể tồn tại bằng cách định cư ở những môi trường sống khác thường này, V. harveyi cũng hình thành màng sinh học trên các bề mặt sinh học khác nhau. Các bề mặt sinh học này có thể đóng vai trò là nguồn dinh dưỡng và đồng thời là nơi trú ẩn [110].
5 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Trần Hồng Nhung – K29 Công nghệ Sinh học V. harveyi phát triển tốt trong điều kiện nồng độ NaCl từ 0,5 đến 6%. harveyi có thể sử dụng nguồn cacbon đa dạng khi có khả năng sử dụng từ 30 đến 45 các hợp chất hữu cơ khác nhau (tùy thuộc vào từng chủng) như là nguồn cacbon sơ cấp [81]. Các đặc tính sinh hóa trên đã giúp cho V.
harveyi có khả năng thích nghi tốt trong môi trường biển [9]. Trên môi trường thạch TCBS, do có khả năng lên men sucrose nên V. harveyi có khuẩn lạc màu vàng [89].2 Độc lực gây bệnh V. harveyi có thể gây một loạt các tổn thương, bao gồm tổn thương mắt hoặc mù mắt, viêm dạ dày - ruột, hoại tử cơ, loét da và thối đuôi ở cá.
harveyi được coi là tác nhân gây bệnh của bệnh phát sáng, hội chứng đốm đỏ. Có một tình trạng khác ở tôm được gọi là Bolitas nigricans, theo đó đường tiêu hóa của tôm chứa đầy những khối mô bong tróc [114]. harveyi xâm nhập vào các sinh vật biển và gây bệnh thì chúng cần có những yếu tố gây bệnh cần thiết để có thể bám lên và lây nhiễm vào vật chủ, sau đó phát tán và nhân lên khắp cơ thể, cuối cùng là gây ra những tổn thương cho các mô và tế bào vật chủ. Trong đó, tiên mao hỗ trợ sự di chuyển của vi khuẩn và bám vào bề mặt vật chủ từ đó cho phép vi khuẩn tích tụ trên bề mặt và hình thành các màng sinh học (biofilm).
Các lông mao giúp cho việc bám dính trở nên chắc chắn hơn [65]. Các nghiên cứu về khả năng gây bệnh của V. harveyi cho thấy các enzyme ngoại bào của nó có hoạt tính phân giải protein, tan máu và thủy phân phospholipid. Điều này cho thấy khả năng gây bệnh của V.
harveyi có thể là do sự có mặt của các yếu tố độc lực ngoại bào như proteases, haemolysins, chitinases và phospholipase [60]. Liu và cộng sự (1999) đã phát hiện một protease cystein mới từ chủng V. harveyi gây bệnh của Đài Loan, có độc tính gây chết đối với Panaeus monodon bằng cách can thiệp vào quá trình cầm máu, có lẽ là thông qua sự sụt giảm của coagulogen, một thành phần trong huyết tương tôm [59]. Để duy trì chức năng sinh lý bên trong vật chủ, V.
harveyi đã phát triển một hệ thống thu nhận sắt hiệu quả cao cho phép lấy sắt từ môi trường vật chủ trong điều kiện hạn chế sắt bởi vì sắt là một thành phần quan trọng trong các quá trình tổng hợp trung gian, tổng hợp thứ cấp và khả năng bám vào tế bào vật chủ. Việc thu nhận sắt 6 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Trần Hồng Nhung – K29 Công nghệ Sinh học của V. harveyi là do nó có thể tổng hợp hợp chất vận chuyển sắt siderophores - là các hợp chất nhỏ có ái lực cao có thể cô lập các ion sắt Fe2+ từ môi trường tế bào và vận chuyển sắt vào bên trong vi khuẩn bằng cách liên kết với các thụ thể trên màng ngoài. Hơn nữa, các vi khuẩn Vibrio cũng có thể lấy sắt được liên kết bởi các siderophore ngoại sinh do các vi khuẩn khác tiết ra [26].
Có những nghiên cứu đã chứng minh rằng khả năng thu nhận sắt là một đặc điểm quan trọng của các loài Vibrio gây bệnh trong quá trình chúng lây nhiễm đối với động vật có xương sống, nhưng không phải đối với động vật không xương sống [90]. Hệ tiết loại 3 (type 3 secretion system – T3SS) là hệ thống vi tiêm siêu nhỏ được nhiều vi khuẩn gram âm sử dụng để gây bệnh trong tế bào vật chủ. T3SS hình thành các lỗ hình kim thông qua màng của vi khuẩn và vận chuyển trực tiếp các protein tác động từ tế bào chất của vi khuẩn vào tế bào chủ. Các protein tác động có nhiều hoạt động khác nhau, bao gồm sửa đổi tín hiệu của vật chủ và ngăn chặn phản ứng miễn dịch, tạo điều kiện cho mầm bệnh lây nhiễm để nó có thể lấy chất dinh dưỡng từ vật chủ, dẫn đến tiến triển bệnh [99].
harveyi sử dụng T3SS để gây bệnh cho vật chủ.