Tổng quan nghiên cứu

Hội chứng rối loạn hô hấp và sinh sản ở lợn (Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome - PRRS), thường gọi là bệnh tai xanh, là bệnh truyền nhiễm nguy hiểm gây thiệt hại kinh tế nghiêm trọng cho ngành chăn nuôi toàn cầu. Tại Việt Nam, dịch bệnh bùng phát dữ dội từ năm 2007 với 88.945 con mắc bệnh tại 21 tỉnh thành, và đạt đỉnh điểm vào năm 2010 khi khiến hơn 621.000 con lợn nhiễm bệnh cùng hơn 336.000 con phải tiêu hủy. Trong khu vực châu Á, tỷ lệ lưu hành virus PRRS luôn duy trì ở mức báo động như tại Thái Lan 97%, Malaysia 94%, Philippines 90% và Trung Quốc 80%. Vấn đề nghiên cứu cốt lõi xuất phát từ thực trạng virus PRRS có tốc độ đột biến cao, tạo ra nhiều biến chủng cường độc phức tạp khiến các loại vaccine thương mại nhập khẩu chưa đạt hiệu quả bảo hộ tối ưu trên đàn lợn nội địa.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là đánh giá toàn diện sự ổn định về đặc tính sinh học (khả năng gây bệnh tích tế bào, động thái nhân lên, hiệu giá virus) và đặc tính sinh học phân tử (trình tự nucleotide và axit amin của khung đọc mở ORF5) của chủng virus cường độc KTY-PRRS-06 qua 40 đời cấy chuyển liên tục trên môi trường tế bào dòng Marc-145. Đề tài được triển khai thực hiện từ tháng 9 năm 2015 đến tháng 6 năm 2016 tại Bộ môn Bệnh lý Thú y và Phòng Thí nghiệm trọng điểm Công nghệ sinh học Thú y thuộc Học viện Nông nghiệp Việt Nam, sử dụng mẫu phân lập từ ổ dịch tại Hải Phòng năm 2015. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình là xác lập cơ sở dữ liệu tin cậy với độ tương đồng di truyền đạt từ 98,15% đến 100%, tạo tiền đề tuyển chọn giống virus bản địa chuẩn hóa phục vụ sản xuất vaccine thế hệ mới, hướng tới mục tiêu giảm thiểu tỷ lệ tử vong trên 70% ở lợn con và bảo vệ an toàn dịch tễ cho đàn gia súc quốc gia.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết virus học thú y hiện đại về virus PRRS thuộc chi Arterivirus, họ Arteriviridae, bộ Nidovirales. Bộ gen của virus là sợi đơn RNA dương có kích thước 13 đến 15 kb chứa 7 khung đọc mở (ORF1 đến ORF7). Về cơ chế sinh bệnh học miễn dịch, virus có tính hướng đại thực bào phế nang (PAM), xâm nhập qua thụ thể bề mặt và tiêu hủy tới 40% quần thể đại thực bào, dẫn đến hội chứng suy giảm miễn dịch nghiêm trọng và mở đường cho các mầm bệnh kế phát nguy hiểm như Haemophilus parasuis hay Streptococcus suis.

Khung lý thuyết phân tử tập trung vào ba khái niệm then chốt: Khung đọc mở ORF5 dài 603 bp mã hóa glycoprotein vỏ GP5 (200 axit amin) mang các epitop trung hòa mầm bệnh quan trọng nhất; Bệnh tích tế bào (Cyto Pathogenic Effect - CPE) thể hiện mức độ phá hủy tế bào chủ in-vitro; Liều gây nhiễm mô nuôi cấy 50% (TCID50) biểu thị hiệu giá virus; và Tính ổn định di truyền của các đời cấy chuyển (từ P0 đến P40) trên tế bào dòng nhằm kiểm tra độc lực và mức độ biến dị di truyền.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ cỡ mẫu gồm 35 cá thể lợn nghi mắc bệnh tai xanh tại ổ dịch Hải Phòng năm 2015, phân bổ thành 5 nhóm sinh lý: 11 lợn con theo mẹ, 8 lợn sau cai sữa, 7 lợn choai, 4 lợn nái mang thai và 5 lợn nái nuôi con. Phương pháp chọn mẫu chủ đích được áp dụng dựa trên các chỉ dấu lâm sàng cảnh báo của Tổ chức Thú y Thế giới như tỷ lệ sảy thai trên 20% và tỷ lệ chết trước cai sữa trên 25%.

Quy trình phân tích bao gồm: Chẩn đoán mẫu bệnh phẩm bằng kỹ thuật RT-PCR và kiểm tra loại trừ các tác nhân tạp nhiễm gồm virus Dịch tả lợn (CSFV), Lở mồm long móng (FMDV), Tiêu chảy thành dịch (PEDV) và Viêm dạ dày ruột truyền nhiễm (TGEV); Nuôi cấy và cấy chuyển chủng virus KTY-PRRS-06 qua 40 thế hệ trên dòng tế bào thận khỉ Marc-145 với tỷ lệ đa nhiễm MOI là 0,01; Xác định hiệu giá virus theo phương pháp Behrens-Karber tại các mốc thời gian từ 24 đến 120 giờ; Tách chiết RNA tổng số bằng bộ kít QIAamp; Khuếch đại đoạn gen ORF5 kích thước 603 bp bằng One-Step RT-PCR với cặp mồi chuyên biệt; Tinh sạch và giải trình tự gen tự động trên hệ thống Beckman Coulter CEQ 8000; Xử lý dữ liệu chuỗi bằng phần mềm MEGA5 và công cụ BLAST.

Lý do lựa chọn dòng tế bào Marc-145 và phương pháp giải trình tự mao quản là vì tế bào Marc-145 cung cấp môi trường đồng nhất cao, khắc phục nhược điểm giới hạn chu kỳ sống của đại thực bào PAM sơ cấp, trong khi công nghệ giải trình tự tự động bảo đảm độ chính xác phân tử tuyệt đối trong suốt tiến trình 10 tháng thực nghiệm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, kết quả xét nghiệm RT-PCR trên 35 mẫu lợn nghi nhiễm đã xác định 28 mẫu dương tính với virus PRRS, đạt tỷ lệ 80,00%. Trong đó, nhóm lợn nái mang thai đạt tỷ lệ dương tính tuyệt đối 100% (4 trên 4 mẫu) và nhóm lợn choai đạt 85,72% (6 trên 7 mẫu). Chủng virus KTY-PRRS-06 phân lập từ phổi lợn nái có hiệu giá ban đầu 10^2,66 TCID50/25µl và hoàn toàn âm tính với các virus tạp nhiễm CSFV, FMDV, PEDV và TGEV.

Thứ hai, khả năng gây bệnh tích tế bào (CPE) của chủng KTY-PRRS-06 thể hiện tính ổn định vượt trội qua 40 đời cấy chuyển. Tại thời điểm 24 giờ sau gây nhiễm, tỷ lệ tế bào Marc-145 bị phá hủy đạt 15% đến 25%; tăng lên 40% đến 55% ở 36 giờ; đạt 60% đến 70% ở 48 giờ; đạt 85% đến 90% ở 60 giờ; và đạt 100% tế bào bị tổn thương hoàn toàn ở mốc 72 giờ trước khi bong tróc toàn bộ khỏi bề mặt nuôi cấy ở 84 giờ.

Thứ ba, động thái sinh trưởng của virus đạt đỉnh cực đại ở mốc 72 giờ sau gây nhiễm với giá trị trung bình Log10 TCID50/25µl đạt 4,56, tăng đáng kể so với mức 2,23 ở 24 giờ và 3,43 ở 48 giờ. Sau mốc 72 giờ, hiệu giá virus suy giảm nhanh chóng xuống 10^2,58 ở 84 giờ và chỉ còn 10^1,63 ở 120 giờ. Hiệu giá virus qua các thế hệ cấy chuyển duy trì ổn định và có xu hướng tăng nhẹ: đời P0 đạt 10^2,66; đời P10 và P20 đạt 10^2,87; đời P30 và P40 đạt 10^3,16 TCID50/25µl.

Thứ tư, phân tích sinh học phân tử đoạn gen ORF5 (kích thước 603 bp mã hóa 200 axit amin) cho thấy mức độ tương đồng nucleotide giữa các đời cấy chuyển dao động từ 98,15% đến 100%, và mức độ tương đồng về axit amin đạt từ 96,88% đến 100%.

Thảo luận kết quả

Động thái nhân lên của virus KTY-PRRS-06 đạt đỉnh ở 72 giờ phản ánh quá trình sao chép ồ ạt của hạt virus nội bào đạt đến giới hạn trước khi nguồn tế bào cảm nhiễm bị phá hủy hoàn toàn. Việc hiệu giá virus sụt giảm mạnh sau 84 giờ là hệ quả tất yếu của hiện tượng thoái hóa và bong tróc thảm tế bào Marc-145, làm mất đi môi trường dinh dưỡng duy trì hạt virus sống.

Khi so sánh với các nghiên cứu tiền nhiệm, đỉnh sinh trưởng ở 72 giờ của chủng KTY-PRRS-06 hoàn toàn tương đồng với các chủng PRRS phân lập tại vùng phụ cận Hà Nội từng ghi nhận giá trị Log10 TCID50/25µl là 4,83 tại thời điểm 72 giờ. Tuy nhiên, tốc độ nhân lên của chủng nghiên cứu nhanh hơn đáng kể so với chủng nhược độc Hanvet1.VN vốn cần từ 80 đến 96 giờ mới đạt hiệu giá tối đa, chứng minh KTY-PRRS-06 mang đặc tính của một chủng cường độc thích ứng cao.

Trong các báo cáo khoa học, dữ liệu động thái này được minh họa tối ưu qua biểu đồ đường cong sinh trưởng dạng hình chuông thể hiện tương quan giữa trục hoành (thời gian 24 đến 120 giờ) và trục tung (Log10 TCID50/25µl), kết hợp bảng ma trận đối chiếu mức độ sai khác axit amin giữa các thế hệ cấy chuyển. Sự ổn định cao về trình tự nucleotide đoạn gen ORF5 khẳng định chủng virus không xảy ra đột biến tiêu cực trong quá trình cấy chuyển, đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn khoa học để làm nguồn giống sản xuất sinh phẩm y học thú y.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, thiết lập quy trình bảo tồn và chuẩn hóa ngân hàng giống virus gốc. Bộ môn Bệnh lý Thú y và Phòng Thí nghiệm trọng điểm Công nghệ sinh học Thú y thuộc Học viện Nông nghiệp Việt Nam cần duy trì lưu giữ chủng KTY-PRRS-06 trong điều kiện nhiệt độ âm sâu -80°C và nitơ lỏng, hoàn thiện hồ sơ sinh học đạt chuẩn quốc tế trong vòng 6 tháng đầu năm 2017 nhằm cung cấp nguồn giống sạch bệnh cho các viện nghiên cứu.

Thứ hai, đẩy mạnh nghiên cứu sản xuất chế phẩm vaccine phòng bệnh tai xanh thế hệ mới. Các công ty sản xuất dược và vaccine thú y phối hợp cùng các nhà khoa học triển khai quy trình làm giảm độc lực hoặc vô hoạt chủng KTY-PRRS-06 qua các đời cấy chuyển cao hơn, hướng tới mục tiêu sản xuất các lô vaccine thử nghiệm đạt hiệu giá tối thiểu 10^6 TCID50/ml trong khung thời gian 12 đến 18 tháng.

Thứ ba, chuẩn hóa và chuyển giao quy trình chẩn đoán RT-PCR phát hiện nhanh ổ dịch. Cục Thú y và các Chi cục Thú y vùng cần phổ biến quy trình RT-PCR khuếch đại gen ORF5 kích thước 603 bp tới 100% các trung tâm chẩn đoán thú y tuyến tỉnh, bảo đảm rút ngắn thời gian phát hiện virus xuống dưới 24 giờ kể từ quý 3 năm 2017.

Thứ tư, tăng cường công tác giám sát dịch tễ phân tử tại các cơ sở chăn nuôi quy mô trang trại. Hiệp hội chăn nuôi và các chủ trang trại cần định kỳ lấy mẫu huyết thanh và hạch phổi để tầm soát biến chủng PRRSV lưu hành, đặt mục tiêu khống chế tỷ lệ nhiễm bệnh dưới mức 5% và loại trừ nguy cơ bùng phát dịch cục bộ trong giai đoạn 2017 đến 2020.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm chuyên gia và nhà nghiên cứu công nghệ sinh học thú y có thể khai thác chi tiết quy trình nuôi cấy, phân lập virus trên tế bào Marc-145 và phương pháp giải trình tự gen tự động để chuẩn hóa kỹ thuật đánh giá tính ổn định di truyền của các chủng vi sinh vật gây bệnh.

Nhóm doanh nghiệp sản xuất vaccine và chế phẩm sinh học thú y tìm thấy trong luận văn nguồn dữ liệu thực nghiệm giá trị về thời điểm thu hoạch virus tối ưu ở mốc 72 giờ và độ ổn định di truyền trên 98,15%, phục vụ công tác thiết kế quy trình sản xuất vaccine nhược độc hoặc vô hoạt quy mô công nghiệp.

Nhóm bác sĩ thú y và cán bộ quản lý dịch tễ tại các địa phương có thể sử dụng bộ triệu chứng lâm sàng đặc thù trên 5 nhóm lợn cùng kỹ thuật chẩn đoán phân tử RT-PCR để nâng cao độ chính xác trong công tác điều tra ổ dịch và khoanh vùng dập dịch tai xanh tại thực địa.

Nhóm giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Thú y, Chăn nuôi và Công nghệ sinh học có thể sử dụng luận văn như một tài liệu tham khảo học thuật chuẩn mực về phương pháp luận nghiên cứu virus học, từ thiết kế thí nghiệm in-vitro đến phân tích tiến hóa phân tử bằng phần mềm chuyên dụng MEGA5.

Câu hỏi thường gặp

Chủng virus KTY-PRRS-06 có nguồn gốc từ đâu và mang những đặc tính nổi bật nào? Chủng KTY-PRRS-06 được phân lập từ mẫu phổi của lợn nái mắc bệnh tại ổ dịch Hải Phòng năm 2015 với hiệu giá ban đầu 10^2,66 TCID50/25µl. Đây là chủng cường độc thuần khiết, hoàn toàn âm tính với 4 loại mầm bệnh tạp nhiễm phổ biến gồm virus dịch tả lợn, lở mồm long móng, tiêu chảy thành dịch và viêm dạ dày ruột truyền nhiễm.

Tại sao dòng tế bào Marc-145 được ưu tiên lựa chọn để cấy chuyển virus PRRS? Dòng tế bào thận khỉ Marc-145 có khả năng phân chia vô hạn, độ đồng nhất cơ chất cao và tạo bệnh tích tế bào rất rõ rệt khi virus nhân lên. Kết quả nghiên cứu chứng minh tế bào này hỗ trợ virus phát triển mạnh mẽ và đạt 100% bệnh tích ở mốc 72 giờ, vượt trội hơn đại thực bào phế nang sơ cấp vốn khó chuẩn bị và giới hạn chu kỳ sống.

Thời điểm nào thích hợp nhất để thu hoạch virus PRRS đạt hiệu giá cao trên tế bào nuôi? Thời điểm thu hoạch tối ưu nhất là 72 giờ sau khi gây nhiễm, khi toàn bộ 100% tế bào Marc-145 đã biểu hiện bệnh tích tế bào và hiệu giá virus đạt đỉnh cực đại trung bình là 10^4,56 TCID50/25µl. Thu hoạch sau mốc 72 giờ sẽ làm giảm sút hàm lượng virus do tế bào chủ đã hoại tử hoàn toàn.

Tính ổn định di truyền của đoạn gen ORF5 qua 40 đời cấy chuyển được chứng minh như thế nào? Đoạn gen ORF5 dài 603 bp mã hóa 200 axit amin của kháng nguyên GP5 được giải trình tự tự động trên hệ thống Beckman Coulter CEQ 8000. Kết quả phân tích cho thấy độ tương đồng nucleotide giữa các đời P0 đến P40 đạt từ 98,15% đến 100% và axit amin đạt từ 96,88% đến 100%, chứng minh tính ổn định di truyền vượt trội.

Kết quả của đề tài đóng góp giá trị thực tiễn gì cho công tác kiểm soát dịch bệnh tại Việt Nam? Luận văn cung cấp bằng chứng khoa học khẳng định chủng KTY-PRRS-06 có khả năng nhân lên mạnh mẽ và bảo tồn đặc tính phân tử ổn định qua nhiều thế hệ. Đây là cơ sở then chốt để phát triển các dòng vaccine nội địa phòng chống bệnh tai xanh tương thích hoàn toàn với dịch tễ học Việt Nam.

Kết luận

  • Đã phân lập thành công chủng virus cường độc KTY-PRRS-06 thuần khiết từ ổ dịch lợn nái tại Hải Phòng năm 2015, xác định tỷ lệ nhiễm PRRS bằng RT-PCR đạt 80,00% trên đàn lợn nghi mắc bệnh.
  • Đã xác định đặc tính gây bệnh tích tế bào của virus trên dòng Marc-145 duy trì ổn định qua 40 đời cấy chuyển, với tỷ lệ phá hủy tế bào đạt 100% ở thời điểm 72 giờ sau gây nhiễm.
  • Đã xác lập đường cong sinh trưởng của virus với hiệu giá đỉnh đạt 10^4,56 TCID50/25µl tại 72 giờ, làm căn cứ định chuẩn thời điểm thu hoạch sinh khối virus phục vụ nghiên cứu và sản xuất.
  • Đã chứng minh tính ổn định sinh học phân tử xuất sắc của đoạn gen ORF5 (kích thước 603 bp, mã hóa 200 axit amin) với độ tương đồng nucleotide từ 98,15% đến 100% và axit amin từ 96,88% đến 100% qua 40 thế hệ cấy chuyển.
  • Đã cung cấp nguồn vật liệu di truyền và chủng giống virus bản địa chuẩn hóa, tạo nền tảng vững chắc cho công tác nghiên cứu bệnh lý học và sản xuất vaccine phòng chống hội chứng PRRS tại Việt Nam.

Đóng góp chính của luận văn là mở ra triển vọng tự chủ công nghệ sản xuất vaccine tai xanh thế hệ mới từ chủng virus thực địa. Về lộ trình tiếp theo trong giai đoạn 2017 đến 2020, các cơ quan nghiên cứu cần nhanh chóng tiến hành các thử nghiệm đánh giá mức độ giảm độc lực và kiểm tra hiệu lực bảo hộ miễn dịch trên động vật cảm nhiễm. Hãy kết nối và hợp tác cùng các cơ sở nghiên cứu đầu ngành để ứng dụng ngay những phát hiện khoa học này vào thực tiễn chăn nuôi an toàn sinh học.