Chương 1. Tổng quan tài liệu 1. Bệnh gan thận mủ Bệnh gan thận mủ trên cá tra tên tiếng anh là Enteric Septicemia Catfish (ESC) là một bệnh chính thường gặp ở các trang trại chăn nuôi cá tra phía Bắc nước Mỹ và các quốc gia Đông Nam Á với tỷ lệ gây chết cá lên đến 90%1. ESC lần đầu tiên được ghi nhận như là một bệnh truyền nhiễm ở những ao chăn nuôi cá tra vào năm 1976 từ mẫu vật của Alabama và Georgia gửi đến Phòng Thí Nghiệm Nghiên Cứu Bệnh Ở Cá tại trường đại học Auburn, Alabama phía đông-nam Mỹ2.
ESC lần đầu tiên được công bố trên tạp chí khoa học vào năm 1979 với tác nhân gây bệnh là do vi khuẩn Edwardsiella ictaluri, được định danh lần đầu vào năm 1981.1 Cá tra giống nuôi có các dấu hiệu của ESC như bụng phình to và mắt xuất huyết (mắt đỏ) do cổ trướng2 Cá tra khi mắc bệnh thường có những hành vi như chỉ bơi theo vòng tròn, xoắn ốc hay tự xoay vòng và đuổi theo đuôi của mình. Hành vi bất thường này là do hệ thống thần kinh bị suy nhược bởi vì não bị tổn thương, viêm (viêm màng não, viêm não màng não). Cá bị ảnh hưởng có thể trở nên lờ đờ và bơi chậm lại gần mép ao, hoặc chúng có thể treo mình lơ lửng trong nước với đầu hướng lên và đuôi hướng xuống. Cá da trơn bị ESC có xu hướng bỏ ăn ngay sau khi bị nhiễm bệnh.
2 Tổng quan tài liệu A B C Hình 1.2 Các triệu chứng của bệnh ESC2 Bên cạnh đó khi cá nhiễm bệnh thường có những dấu hiệu bên ngoài như bị tích tụ chất lỏng ở cổ gây sưng phù ở cổ, sưng bụng và xuất huyết (mắt đỏ), có vết loét nhỏ màu đỏ-trắng bao phủ da (Hình 1.2 A) hay có các chấm đỏ (chấm xuất huyết) xuất hiện dưới hàm dưới hoặc vùng bụng. Gan thường có các khu vực tái nhợt do mô bị hoại tử hoặc xuất hiện các đốm đỏ và trắng nói chung (Hình 1. Thận và lá lách cũng có thể bị trương phình, khoang cơ thể chứa đầy dịch màu vàng rơm (cổ trướng) (Hình 1. Các đốm xuất huyết có thể được tìm thấy trong cơ, ruột và mỡ của cá.
Ruột thường chứa đầy dịch máu. Vi khuẩn gây bệnh Edwardsiella ictaluri Bệnh gan thận mủ (ESC) xảy ra khi vật chủ nhạy cảm (cá da trơn) gặp phải mầm bệnh Edwardsiella ictaluri, là một vi khuẩn Gram âm thuộc bộ Enterobacteriales, trong các điều kiện môi trường có lợi cho sự sinh sôi của mầm bệnh và gây căng thẳng cho vật chủ. Căng thẳng có thể được gây ra bởi một số yếu tố như đánh lưới, nhốt chặt (thả quá nhiều), chế độ ăn uống không phù hợp, hàm lượng clorua thấp trong nước ao và chất lượng nước kém (hàm lượng oxi thấp, hàm lượng amoniac và nitrit cao). Tỷ lệ tử vong khi bùng phát dịch ESC trong ao có thể thay đổi từ ít hơn 10 phần trăm đến hơn 3 Tổng quan tài liệu 50 phần trăm.
Cá giống là đối tượng chủ yếu bị ảnh hưởng nhưng con trưởng thành cũng có thể không chống chọi được với nhiễm trùng và bị bệnh. Mặc dù căng thẳng có thể làm tăng nguy cơ nhiễm trùng, nhưng nó không phải là điều kiện tiên quyết cho mầm bệnh có độc lực cao này mà chính tình trạng miễn dịch của từng cá thể trong quần thể sẽ là yếu tố quyết định. Liệu pháp thực khuẩn thể 1. Lược sử về thực khuẩn thể Những phát hiện đầu tiên về thực khuẩn thể được báo cáo một cách độc lập bởi nhà nghiên cứu bệnh học người Anh, Frederick Twort, vào năm 1915 và nhà sinh vật học người Pháp – Canada, Félix d’Hérelle, năm 19173.
D’Hérelle là người có những nỗ lực đầu tiên áp dụng phage để trị liệu ở người và đạt những kết quả đầu ấn tượng. Nhưng nhìn chung những kết quả nghiên cứu đã gây ra nhiều tranh cãi vì sự không nhất quán cũng như sự hạn chế hiểu biết về tính chất của phage, cùng với đó là sự khám phá ra các chất kháng sinh hóa học đã làm giảm sự hứng thú của các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này4. Vào đầu những năm 1980, liệu pháp trị liệu sử dụng phage đã được nghiên cứu mạnh mẽ chủ yếu là do sự tăng kháng đa kháng sinh (MDR) ở vi khuẩn gây bệnh và mong muốn tìm một phương pháp thay thế sử dụng thuốc kháng sinh hóa học5. Tổng quan về liệu pháp phage Năm 1896, khám phá đầu tiên được báo cáo bởi M.
Hankin, sau khi quan sát thấy tính kháng khuẩn của một tác nhân giống như virus chống lại Vibrio cholerae ở Ganges River, Ấn Độ6. Bản chất của phage được xác định rõ ràng qua việc quan sát khả năng sinh tan vi khuẩn nuôi cấy được báo cáo đầu tiên bởi Frederick Twort và Felix d’Herrelle, vào 1915 và 19176. Chính Felix d’Herrelle là người đặt tên cho yếu tố giống virus này là bacteriophage và ngay sau đó áp dụng điều trị ở người sau khi khám phá ra. Liệu pháp phage trở thành liệu pháp tiên phong chống lại các bệnh truyền nhiễm do vi khuẩn trước khi sự ra đời của kháng sinh phổ rộng lên ngôi và được sử dụng phổ biến ở các nước trong Thế chiến thứ hai.
Tuy ghi nhận được những kết quả khả quan lúc đầu nhưng những hiểu biết ít ỏi về phage và những kết quả công bố mâu thuẫn với nhau thời 4 Tổng quan tài liệu bấy giờ đã làm liệu pháp tiềm năng nay đi vào lãng quên, nhường chổ cho thời kỳ lên ngôi của kháng sinh7. Tuy nhiên đầu những năm 1980 là thời kỳ mà liệu pháp phage được quan tâm và bắt đầu nghiên cứu mạnh mẽ trở lại do sự xuất hiện tượng MDR, vi khuẩn kháng đa kháng sinh, cho nên việc tìm kiếm một liệu pháp có thể thay thế các chất kháng sinh hóa học được xem là một vấn đề cấp bách. Như một hệ quả tất yếu, liệu pháp phage được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực trong đời sống như nuôi trồng nông – lâm, thủy sản, an toàn thực phẩm, động vật học, sản xuất thực phẩm công nghiệp8. Vòng đời và cơ chế lây nhiễm chung của phage Phage có cấu trúc rất đa dạng và phức tạp khi được quan sát dưới kính hiển vi điện tử truyền suốt.
Có hai bộ phận chính ở phage điển hình (họ Caudovirales), bao gồm một vỏ capsid bao bọc vật liệu di truyền ở dạng Deoxyribonucleic acid (DNA) hoặc Ribonucleic acid (RNA) và một cái đuôi đa dạng về hình dáng, cấu trúc giúp bám giữ với những vật chủ đặc hiệu. Phage có thể trải qua hai chu trình khác nhau: chu kỳ sinh tan và chu kỳ tiềm tan. Phage bám vào vật chủ vi khuẩn đặc hiệu nhờ vào receptor trên bề mặt vi khuẩn và tiêm vật liệu di truyền vào trong tế bào. Tế bào chủ cung cấp những phân tử cấu tạo và các enzyme cần thiết cho sự nhân đôi của phage bên trong tế bào chủ.
Những protein của phage được phiên mã như endolysin và holin giúp ly giải tế bào chủ từ bên trong tạo điều kiện cho những phage mới thoát ra ngoài. Holin là những protein nhỏ được tổng hợp và gửi ra lưu giữ ở màng tế bào của vật chủ giúp endolysin phân giải peptidoglycan ở thành tế bào. Sau đó ở môi trường ngoài, phage sinh tan có thể tiếp tục lây nhiễm và phá hủy tế bào lân cận. Việc sử dụng lượng lớn phage sinh tan là một lợi thế khi áp dụng trong điều trị, tuy nhiên phage sinh tan có phổ vật chủ hẹp và tác động đặc hiệu đến loài của vi khuẩn.
Sự thiếu sót này có thể được khắc phục bằng cách sử dụng phage cocktail. Trong chu kỳ tìm tan, phage không ngay lập tức sinh tan ngay, thay vào đó nó sẽ chèn genome của mình vào chromosome của tế bào vật chủ ở một vị trí đặc biệt. Phage DNA này ở trong genome của tế bào vật chủ được gọi là prophage, tế bào vật chủ chứa prophage được gọi 5 Tổng quan tài liệu là lysogen. Prophage nhân đôi cùng với genome của tế bào vật chủ, tạo nên một trạng thái ổn định.
Nhược điểm của việc sử dụng loại phage này là khi chúng được thêm vào genome của vật chủ rồi thì chúng có thể nằm im hoặc gây biến đổi kiểu hình của vật chủ. Chu trình tìm tan sẽ tiếp tục vô định cho đến khi vi khuẩn vị stress hay môi trường không thuận lợi. Tín hiệu bắt đầu rất khác nhau giữa các phage nhưng prophage thường bắt đầu khi sự phản hồi tín hiệu Save Our Souls (SOS) của vi khuẩn được kích hoạt vì kháng sinh, stress oxi hay DNA bị tổn thương9. Khi chu trình tìm tan kết thúc, phage DNA được biểu hiện và chu kỳ sinh tan bắt đầu.
Sự thay đổi chu trình này diễn ra nhờ những phân tử tín hiệu đặc biệt tùy thuộc vào từng loại vi khuẩn, chẳng hạn như ở loài Bacillus, phage DNA được cho là sẽ đáp ứng lại những phân tử protein nhỏ gọi là “arbitrium” để quyết định chu kỳ sinh tan hay tìm tan10. Ý nghĩa của cơ chế sinh học này rất quan trọng và giải thích khi chỉ một phage gặp một lượng vi khuẩn vật chủ thích hợp thì chúng có xu hướng kích hoạt chu kỳ sinh tan. Cho đến khi lượng vật chủ còn lại ít, thì các phage sẽ chuyển sang chu kỳ tìm tan để chờ thời cơ khi quần thể vi sinh vật phát triển trở lại và chúng sẽ tiếp tục chu kỳ sinh tan. Các nghiên cứu liệu pháp thực khuẩn thể trong và ngoài nước Dựa trên cơ sở dữ liệu của Nucleotide của National Center for Biotechnology Information (NCBI), tính tới hiện tại chỉ mới có 16 trình tự genome Edwardsiella phage được giải trình tự toàn bộ genome, chứng tỏ lĩnh vực về liệu pháp phage ứng dụng trên đối tượng Edwardsiella vẫn còn rất mới mẻ.
Với độ dốc đồ thị tăng theo mỗi năm, cho thấy trong tương lai genome Edwardsiella phage sẽ còn tiếp tục được khám phá và nghiên cứu nhiều hơn trong tương lai. 6 Tổng quan tài liệu Theo dữ liệu trên NCBI, độ dài trung bình của Edwardsiella phage là 78 kp, 75% độ dài genome phân bố trong khoảng từ 38 – 90 kp, độ dài trung vị là 43 kp. Cho thấy genome của Edwardsiella phage thường tương đối nhỏ, có thể dễ dàng tách chiết và giải trình tự cũng như phân tích, ứng dụng. 18 16 16 14 13 Số lượng trình tự 12 11 10 10 9 8 8 6 6 4 3 2 0 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024 Năm Hình 1.