I. Tổng Quan Về Bacillus Cereus Gây Ngộ Độc Thực Phẩm
Ngộ độc thực phẩm do nhiễm vi sinh vật là vấn đề toàn cầu, ảnh hưởng đến sức khỏe và kinh tế. Theo WHO, mỗi năm có khoảng 600 triệu ca ngộ độc thực phẩm, gây ra 420.000 ca tử vong, trong đó 66% do vi sinh vật. Bacillus cereus là tác nhân gây hư hỏng thực phẩm phổ biến, vi khuẩn gram dương, hình que, sinh bào tử và độc tố gây ngộ độc. Bacillus cereus có mặt trong đất, nước thải, thực phẩm như sữa, thịt, rau củ. Các phương pháp bảo quản và chế biến thực phẩm hiện nay (nhiệt, áp suất, tia UV, hóa chất, kháng sinh) có thể làm thay đổi đặc tính cảm quan, chất lượng thực phẩm hoặc ảnh hưởng đến sức khỏe do dư lượng kháng sinh. Do đó, cần tìm phương pháp mới hiệu quả và an toàn hơn. Liệu pháp thực khuẩn thể (sử dụng virus ly giải vi khuẩn) được xem là hiệu quả do tính đặc hiệu cao, chi phí thấp, an toàn, thân thiện với môi trường. Nghiên cứu này hướng đến mục tiêu sản xuất và ứng dụng thực khuẩn thể để kiểm soát Bacillus cereus. Mục đích nghiên cứu: Phân lập và sàng lọc chủng thực khuẩn thể có khả năng ly giải đặc hiệu với các chủng vi khuẩn Bacillus cereus.
1.1. Đặc Điểm Hình Thái Của Bacillus Cereus
Vi khuẩn Bacillus cereus có hình que mảnh thẳng hoặc hơi cong, kích thước tế bào rộng 1,0 – 1,2 µm, dài 3,0 – 5,0 µm, tế bào xuất hiện đơn lẻ hoặc tạo thành chuỗi ngắn. Nhiều chủng có khả năng di động nhờ tiên mao. Bacillus cereus có khả năng hình thành nội bào tử hình elip hoặc hình trụ mà không làm phồng tế bào; bào tử xuất hiện có màu xanh lục trong tế bào sinh dưỡng màu đỏ qua phương pháp nhuộm bào tế bào Schaeffer-Fulton. Bào tử của Bacillus cereus có khả năng chống chịu tốt ở các điều kiện môi trường cực đoan như nhiệt độ, tia cực tím, pH hoặc môi trường nghèo dinh dưỡng, cũng như có khả năng đề kháng các hóa chất khử nhiễm, dung dịch ion, ozon. Chính vì khả năng này nên Bacillus cereus được tìm thấy ở hầu hết mọi nơi, nhiều loại môi trường sống, do đó việc ô nhiễm thực phẩm bởi vi khuẩn này là khó có thể tránh khỏi [7].
1.2. Tình Hình Ngộ Độc Thực Phẩm Do Bacillus Cereus
Bacillus cereus được xác nhận là sinh vật gây bệnh đường tiêu hóa vào năm 1947 khi nhiều người bị tiêu chảy phải nhập viện tại Na Uy sau khi ăn sốt vani [8]. 20 năm sau, dạng bệnh nôn mửa được mô tả khi có các trường hợp ngộ độc thực phẩm xuất hiện ở Anh sau khi ăn cơm chín. Đó cũng là lần đầu tiên người ta công nhận rằng Bacillus cereus tạo ra ít nhất hai loại độc tố khác nhau là nguyên nhân gây ra tiêu chảy hoặc nôn [9]. Tại Nhật Bản, tổng số có 5.141 vụ ngộ độc thực phẩm đã xảy ra giữa năm 1982 và 1986; trong số đó, số vụ gây ra bởi nhiễm vi sinh vật là 3. Bacillus cereus gây ra 73 vụ. Tại Việt Nam, việc ngộ độc do Bacillus cereus đã không còn mới lạ. Tháng 1 năm 2021, vụ ngộ độc tập thể do Bacillus cereus gây ra tại một khu công nghệ thuộc tỉnh Phú Yên đã khiến 80 công nhân phải nhập viện điều trị, đây chỉ là một trong vô số những ca ngộ độc thực phẩm xảy ra tại Việt Nam nguyên nhân từ loại vi khuẩn gây bệnh này.
II. Thách Thức Kiểm Soát Bacillus Cereus Trong Thực Phẩm
Các báo cáo của Cơ quan An toàn thực phẩm Châu Âu (ESPA) cho thấy Bacillus cereus là một trong các tác nhân gây ngộ độc thực phẩm hàng đầu. Trong 5 năm (2011-2015), có gần 300 vụ bùng phát ngộ độc thực phẩm do Bacillus cereus ở các quốc gia Châu Âu. Tại Hoa Kỳ, có hơn một triệu ca bệnh liên quan đến thực phẩm mỗi năm là do độc tố vi khuẩn, bao gồm cả Bacillus cereus. Một báo cáo gần đây của Pháp cho rằng Bacillus cereus là một trong những nguyên nhân quan trọng nhất gây ngộ độc thực phẩm. Tại Trung Quốc, Bacillus cereus được ghi nhận là tác nhân gây bệnh đứng thứ hai với hơn 4000 ca được báo cáo. Tại Việt Nam, ngộ độc thực phẩm đang là một vấn đề nhức nhối, đã có 1.604 vụ ngộ độc được ghi nhận từ năm 2010 đến năm 2020, nguyên nhân gây ngộ độc chủ yếu do vi sinh vật (chiếm 38,7%), Bacillus cereus được xem là một trong những nguyên nhân chính [3].
2.1. Các Yếu Tố Gây Độc Của Bacillus Cereus
Bacillus cereus gây ngộ độc thực phẩm với hai thể bệnh điển hình là nôn mửa và tiêu chảy. Đối với thể bệnh tiêu chảy, ba độc tố ruột đã được chứng minh là có liên quan đến hội chứng này. Độc tố ruột này có khả năng làm tan máu và gây ra sự ly giải thẩm thấu bằng cách hình thành một lỗ xuyên màng. Độc tố ruột không phân giải (Nhe) cũng là một phức hợp ba protein bao gồm các protein NheA, NheB và NheC. Độc tố ruột thứ ba là cytotoxin K (CytK) còn được gọi là EntK. Hội chứng tiêu chảy là do ăn phải các tế bào chứ không phải do độc tố đã tạo sẵn. Đối với thể gây nôn, độc tố gây nôn được cho là một lipid không kháng nguyên và cực kỳ bền với nhiệt, pH acid và kiềm và với sự phân giải của protease trong đường tiêu hóa. Độc tố này có bản chất là một dodecadepsipeptide có một vòng 4 acid amin với phân tử lượng 1,2 kDa.
2.2. Hạn Chế Của Phương Pháp Kiểm Soát Hiện Tại
Hiện nay, một số phương pháp đã được áp dụng trong quá trình bảo quản và chế biến thực phẩm nhằm ức chế vi khuẩn bao gồm các phương pháp xử lý vật lý (nhiệt, áp suất, tia UV …), phương pháp hóa học hay sử dụng kháng sinh. Tuy nhiên, các phương pháp này có thể làm thay đổi các đặc tính cảm quan và chất lượng của thực phẩm hoặc ảnh hưởng đến sức khỏe của người tiêu dùng do dư lượng kháng sinh trong thực phẩm. Do đó việc tìm ra phương pháp mới hiệu quả và an toàn hơn trong bảo quản và chế biến thực phẩm là vấn đề đang rất được quan tâm.
III. Phân Lập Vi Khuẩn Bằng Thực Khuẩn Thể Giải Pháp Mới
Thực khuẩn thể (TKT) hay còn gọi là phage là các virus chỉ lây nhiễm vi khuẩn, gây ra sự ly giải tế bào vi khuẩn. Kể từ khi được phát hiện cách đây gần một thế kỉ trước, TKT đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực bao gồm y tế, nông nghiệp và thực phẩm. Liệu pháp thực khuẩn thể sử dụng các vi rút có khả năng ly giải vi khuẩn (bacteriophage) được xem là liệu pháp hiệu quả do có tính đặc hiệu cao, chi phí thấp, an toàn, thân thiện với môi trường.
3.1. Lịch Sử Phát Hiện Và Nghiên Cứu Thực Khuẩn Thể
Lần đầu tiên Ernest Hankin (1896) và Nikolay Fyodorovich Gamaleya (1898) đã mô tả hoạt động kháng khuẩn của các chất chưa biết đối với Vibrio cholerae và Bacillus subtilis. Chất này có thể đi qua bộ lọc milipore, được biết là có thể giữ lại các vi sinh vật lớn hơn như vi khuẩn, Hankin đã công bố công...
3.2. Ưu Điểm Của Liệu Pháp Thực Khuẩn Thể
Liệu pháp thực khuẩn thể sử dụng các vi rút có khả năng ly giải vi khuẩn (bacteriophage) được xem là liệu pháp hiệu quả do có tính đặc hiệu cao, chi phí thấp, an toàn, thân thiện với môi trường.
IV. Quy Trình Phân Lập Vi Khuẩn Bacillus Cereus Hiệu Quả
Nghiên cứu này tập trung vào việc phân lập và sàng lọc chủng thực khuẩn thể có khả năng ly giải đặc hiệu với các chủng vi khuẩn Bacillus cereus. Nội dung nghiên cứu bao gồm: Phân lập, sàng lọc và tuyển chọn thực khuẩn thể có khả năng ly giải các chủng vi khuẩn Bacillus cereus. Nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến sự ổn định thực khuẩn thể.
4.1. Phương Pháp Phân Lập Vi Khuẩn Thực Khuẩn Thể
Nội dung 1: Phân lập, sàng lọc và tuyển chọn thực khuẩn thể có khả năng ly giải các chủng vi khuẩn Bacillus cereus.
4.2. Nghiên Cứu Điều Kiện Ảnh Hưởng Đến Sự Ổn Định
Nội dung 2: Nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến sự ổn định thực khuẩn thể.
V. Kết Quả Nghiên Cứu Phân Lập Và Tuyển Chọn TKT
Phần này trình bày các kết quả thu được từ quá trình phân lập và tuyển chọn thực khuẩn thể có khả năng ly giải đặc hiệu Bacillus cereus. Các kết quả bao gồm tỉ lệ phân lập TKT từ mẫu nghiên cứu, phổ vật chủ của các dòng TKT phân lập, hình thái TKT quan sát qua kính hiển vi điện tử truyền (TEM), hệ số đa nhiễm virus (MOI) in vitro, đường cong sinh trưởng đơn bậc, và các điều kiện môi trường ảnh hưởng đến tính ổn định của TKT.
5.1. Tỉ Lệ Phân Lập TKT Từ Mẫu Nghiên Cứu
Trình bày tỉ lệ phân lập TKT từ các mẫu nghiên cứu khác nhau, so sánh và đánh giá hiệu quả của các phương pháp phân lập.
5.2. Phổ Vật Chủ Của Các Dòng TKT Phân Lập
Mô tả phổ vật chủ của các dòng TKT phân lập, xác định khả năng ly giải của chúng đối với các chủng Bacillus cereus khác nhau.
5.3. Hình Thái TKT Quan Sát Qua Kính Hiển Vi TEM
Trình bày hình thái của TKT quan sát được qua kính hiển vi điện tử truyền (TEM), mô tả cấu trúc và kích thước của chúng.
VI. Ứng Dụng Thực Tiễn Và Tương Lai Của Nghiên Cứu
Nghiên cứu này mở ra tiềm năng ứng dụng thực khuẩn thể trong việc kiểm soát Bacillus cereus trong thực phẩm, góp phần nâng cao an toàn thực phẩm và giảm thiểu nguy cơ ngộ độc thực phẩm. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất TKT, đánh giá hiệu quả của TKT trong các điều kiện thực tế, và nghiên cứu các tác động của TKT đối với hệ vi sinh vật đường ruột.
6.1. Tiềm Năng Ứng Dụng Trong An Toàn Thực Phẩm
Thảo luận về tiềm năng ứng dụng của TKT trong việc kiểm soát Bacillus cereus trong các loại thực phẩm khác nhau, từ đó nâng cao an toàn thực phẩm.
6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Thực Khuẩn Thể
Đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo để tối ưu hóa quy trình sản xuất TKT, đánh giá hiệu quả của TKT trong các điều kiện thực tế, và nghiên cứu các tác động của TKT đối với hệ vi sinh vật đường ruột.
