Tổng quan nghiên cứu

Nghề nuôi tôm nước lợ, đặc biệt là tôm sú (Penaeus monodon) và tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei), đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) và cả nước. Theo báo cáo của ngành, diện tích nuôi tôm nước lợ tại ĐBSCL đạt khoảng 595.723 ha với sản lượng 358.477 tấn, chiếm hơn 75% sản lượng tôm nuôi cả nước. Tuy nhiên, từ năm 2010 đến 2012, nghề nuôi tôm đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng do dịch bệnh, môi trường ô nhiễm, gây thiệt hại kinh tế ước tính hơn 800 tỷ đồng. Đáng chú ý nhất là hội chứng hoại tử gan tụy cấp tính (AHPND), do vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus mang thể thực khuẩn gây ra, có thể làm tôm chết hàng loạt với tỷ lệ lên đến 100% trong các ao nuôi bị nhiễm nặng.

Mục tiêu nghiên cứu là phân lập và định danh các dòng vi khuẩn lactic (LAB) có khả năng ức chế vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus, từ đó ứng dụng trong phòng bệnh AHPND trên tôm biển, góp phần giảm thiểu việc sử dụng kháng sinh và ô nhiễm môi trường trong nuôi trồng thủy sản. Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 12/2014 đến tháng 8/2015 tại các ao nuôi tôm công nghiệp ở tỉnh Trà Vinh và Sóc Trăng, vùng trọng điểm nuôi tôm của ĐBSCL.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc tìm ra các chủng vi khuẩn lactic có khả năng kháng khuẩn mạnh, giúp kiểm soát dịch bệnh AHPND hiệu quả, nâng cao chất lượng tôm nuôi, đồng thời đảm bảo an toàn thực phẩm và bảo vệ môi trường. Kết quả nghiên cứu có thể làm cơ sở khoa học cho việc phát triển chế phẩm sinh học thay thế kháng sinh trong nuôi tôm, góp phần phát triển bền vững ngành thủy sản Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về vi sinh vật có lợi trong nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là vai trò của vi khuẩn lactic (LAB) và cơ chế ức chế vi khuẩn gây bệnh. LAB là nhóm vi khuẩn Gram dương, không sinh bào tử, lên men carbohydrate tạo acid lactic, có khả năng sản xuất các hợp chất kháng khuẩn như acid hữu cơ, hydrogen peroxide và bacteriocin. Hai quá trình lên men acid lactic chính là lên men đồng hình (sản xuất chủ yếu acid lactic) và lên men dị hình (sản xuất acid lactic cùng các sản phẩm phụ như ethanol, CO2).

Vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus là tác nhân chính gây bệnh AHPND trên tôm, thuộc nhóm vi khuẩn Gram âm, phát triển tốt trong môi trường nước mặn và cửa sông, có khả năng tiết độc tố gây hoại tử gan tụy. Việc sử dụng vi khuẩn lactic có khả năng ức chế Vibrio parahaemolyticus dựa trên cơ chế cạnh tranh dinh dưỡng, tạo môi trường acid và sản xuất các chất kháng khuẩn tự nhiên, giúp kiểm soát dịch bệnh hiệu quả mà không gây ô nhiễm môi trường.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu gồm 55 chủng vi khuẩn lactic được phân lập từ ruột tôm biển, ruột cá rô phi, bùn và nước ao nuôi tôm tại hai tỉnh Trà Vinh và Sóc Trăng. Mẫu vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus BL3 được lưu trữ tại Bộ môn Bệnh học, Khoa Thủy sản, Trường Đại học Cần Thơ.

Phương pháp phân lập vi khuẩn lactic sử dụng môi trường MRS agar bổ sung NaCl 1,5% và CaCO3 1%, ủ kỵ khí ở 28°C trong 48 giờ. Các chủng được sàng lọc dựa trên chỉ tiêu hình thái, sinh lý và sinh hóa như nhuộm Gram, test catalase, oxidase, khả năng làm tan CaCO3. Khả năng kháng khuẩn được xác định bằng phương pháp khuếch tán giếng thạch, đo đường kính vòng vô khuẩn quanh khuẩn lạc vi khuẩn lactic đối với vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus.

Thí nghiệm xác định khả năng kháng khuẩn do bacteriocin được thực hiện bằng cách điều chỉnh pH dịch nuôi cấy vi khuẩn lactic về 6,4 và kiểm tra hoạt tính kháng khuẩn trên môi trường thạch. Thử nghiệm ảnh hưởng của các nồng độ muối (0, 5, 10, 15, 20, 25‰) đến mật số vi khuẩn lactic được tiến hành trong môi trường MRS broth, đo mật số vi khuẩn ở các mốc thời gian 48, 72 và 96 giờ.

Định danh các chủng vi khuẩn lactic có khả năng kháng mạnh nhất được thực hiện bằng giải trình tự gen 16S rRNA, so sánh chuỗi gen với cơ sở dữ liệu NCBI qua phần mềm BLASTN. Phân tích số liệu sử dụng phần mềm Excel và SPSS 18.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phân lập vi khuẩn lactic: Tổng cộng 55 chủng vi khuẩn lactic được phân lập, trong đó 35 chủng từ ruột tôm, 18 chủng từ ruột cá rô phi, 2 chủng từ bùn đáy ao nuôi tôm, không phát hiện vi khuẩn lactic trong mẫu nước. Vi khuẩn lactic tồn tại chủ yếu trong đường ruột tôm cá do điều kiện pH thích hợp (4-6) và sự bổ sung chế phẩm sinh học trong thức ăn.

  2. Khả năng kháng khuẩn: Tất cả các chủng vi khuẩn lactic phân lập đều có khả năng ức chế vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus. Trong đó, 2 chủng có khả năng kháng yếu (vòng vô khuẩn < 11 mm), 40 chủng có khả năng kháng trung bình (11-16 mm), và 13 chủng có khả năng kháng mạnh (vòng vô khuẩn > 16 mm). Chủng RP5.1 phân lập từ ruột cá rô phi có vòng vô khuẩn lớn nhất, đạt 18,2 mm và 18 mm, cho thấy tiềm năng ứng dụng cao trong phòng bệnh AHPND.

  3. Khả năng kháng bacteriocin: Năm chủng vi khuẩn lactic kháng mạnh được thử nghiệm cho thấy khả năng ức chế vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus không phải do bacteriocin mà chủ yếu do acid lactic và các acid hữu cơ khác. Điều này phù hợp với nghiên cứu cho thấy bacteriocin thường hiệu quả với vi khuẩn Gram dương, trong khi Vibrio parahaemolyticus là vi khuẩn Gram âm.

  4. Ảnh hưởng của độ mặn: Các chủng vi khuẩn lactic phát triển tốt trong khoảng độ mặn 0-25‰, với mức phát triển tối ưu ở 5-15‰. Chủng TV20 đặc biệt phát triển mạnh nhất ở độ mặn 25‰. Mật số vi khuẩn đạt cao nhất sau 48 giờ nuôi, giảm dần ở các mốc 72 và 96 giờ. Kết quả này cho thấy vi khuẩn lactic có khả năng thích nghi tốt với điều kiện môi trường nuôi tôm nước lợ.

Thảo luận kết quả

Kết quả phân lập và sàng lọc vi khuẩn lactic phù hợp với các nghiên cứu trước đây, khẳng định vi khuẩn lactic chủ yếu cư trú trong đường ruột tôm cá và ít tồn tại trong môi trường nước và bùn do cạnh tranh sinh thái và điều kiện pH không thuận lợi. Khả năng ức chế vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus của vi khuẩn lactic chủ yếu dựa vào việc tạo môi trường acid, làm giảm pH và ảnh hưởng đến màng tế bào vi khuẩn gây bệnh, phù hợp với cơ chế sinh học đã được công nhận.

Việc bacteriocin không có tác dụng kháng với Vibrio parahaemolyticus được lý giải do cấu trúc màng ngoài của vi khuẩn Gram âm cản trở hoạt động của bacteriocin, điều này đồng nhất với các nghiên cứu về tính chọn lọc của bacteriocin đối với vi khuẩn Gram dương. Do đó, việc sử dụng vi khuẩn lactic trong phòng bệnh AHPND nên tập trung vào khả năng tạo acid lactic và các acid hữu cơ khác.

Ảnh hưởng của độ mặn đến sự phát triển của vi khuẩn lactic cho thấy các chủng có thể thích nghi với điều kiện môi trường nuôi tôm nước lợ, đặc biệt là chủng TV20 phát triển tốt ở độ mặn cao 25‰, phù hợp với điều kiện thực tế tại các ao nuôi tôm biển. Dữ liệu này có thể được trình bày qua biểu đồ đường kính vòng vô khuẩn và biểu đồ mật số vi khuẩn theo độ mặn và thời gian nuôi để minh họa rõ ràng sự khác biệt phát triển của các chủng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Phát triển chế phẩm sinh học từ chủng Lactobacillus plantarum RP5.1: Tập trung nghiên cứu và sản xuất chế phẩm sinh học ứng dụng trong phòng bệnh AHPND trên tôm biển, nhằm giảm thiểu sử dụng kháng sinh và ô nhiễm môi trường. Thời gian thực hiện dự kiến 1-2 năm, do các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ sinh học phối hợp thực hiện.

  2. Thử nghiệm in vivo khả năng kháng Vibrio parahaemolyticus: Tiến hành các thí nghiệm trên tôm nuôi trong điều kiện thực tế để đánh giá hiệu quả phòng bệnh của các chủng vi khuẩn lactic đã phân lập, đặc biệt là chủng RP5.1. Thời gian thử nghiệm 6-12 tháng, do các trung tâm nghiên cứu thủy sản và trang trại nuôi tôm thực hiện.

  3. Tối ưu hóa điều kiện nuôi vi khuẩn lactic: Nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như độ mặn, pH, nhiệt độ đến sự phát triển và hoạt tính kháng khuẩn của vi khuẩn lactic nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng trong nuôi tôm. Thời gian nghiên cứu 1 năm, do các phòng thí nghiệm vi sinh và thủy sản đảm nhiệm.

  4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo, hội thảo cho người nuôi tôm và cán bộ kỹ thuật về ứng dụng vi khuẩn lactic trong phòng bệnh AHPND, đồng thời xây dựng quy trình sản xuất và sử dụng chế phẩm sinh học phù hợp với điều kiện địa phương. Thời gian triển khai 6-12 tháng, do các trường đại học và cơ quan quản lý nông nghiệp phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành thủy sản, vi sinh vật: Luận văn cung cấp dữ liệu chi tiết về phân lập, định danh và đánh giá khả năng kháng khuẩn của vi khuẩn lactic, làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo về probiotic và phòng bệnh trong nuôi trồng thủy sản.

  2. Doanh nghiệp sản xuất chế phẩm sinh học: Thông tin về các chủng vi khuẩn lactic có khả năng ức chế vi khuẩn gây bệnh giúp phát triển sản phẩm sinh học thay thế kháng sinh, nâng cao chất lượng và hiệu quả nuôi tôm.

  3. Người nuôi tôm và cán bộ kỹ thuật thủy sản: Luận văn cung cấp kiến thức về biện pháp sinh học phòng bệnh AHPND, giúp áp dụng các giải pháp an toàn, hiệu quả, giảm thiểu thiệt hại do dịch bệnh.

  4. Cơ quan quản lý và chính sách nông nghiệp: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách khuyến khích sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản, góp phần phát triển ngành thủy sản bền vững và bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Vi khuẩn lactic có thể thay thế hoàn toàn kháng sinh trong phòng bệnh AHPND không?
    Vi khuẩn lactic có khả năng ức chế vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus thông qua việc tạo môi trường acid và cạnh tranh dinh dưỡng, giúp giảm thiểu sử dụng kháng sinh. Tuy nhiên, việc thay thế hoàn toàn cần thêm các nghiên cứu in vivo và đánh giá hiệu quả trong thực tế nuôi.

  2. Tại sao bacteriocin không có tác dụng kháng với Vibrio parahaemolyticus?
    Bacteriocin thường hiệu quả với vi khuẩn Gram dương, trong khi Vibrio parahaemolyticus là vi khuẩn Gram âm có màng ngoài bảo vệ, làm giảm khả năng thâm nhập và tác động của bacteriocin.

  3. Độ mặn ảnh hưởng như thế nào đến sự phát triển của vi khuẩn lactic?
    Vi khuẩn lactic phát triển tốt nhất ở độ mặn từ 5-15‰, phù hợp với môi trường nuôi tôm nước lợ. Một số chủng như TV20 có thể phát triển mạnh ở độ mặn cao 25‰, cho thấy khả năng thích nghi đa dạng.

  4. Làm thế nào để ứng dụng vi khuẩn lactic trong nuôi tôm?
    Vi khuẩn lactic có thể được sử dụng dưới dạng chế phẩm sinh học trộn vào thức ăn hoặc bón vào ao nuôi để kiểm soát vi khuẩn gây bệnh, tăng cường sức khỏe tôm và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

  5. Nghiên cứu này có thể áp dụng ở những vùng nuôi tôm nào?
    Nghiên cứu được thực hiện tại ĐBSCL, vùng nuôi tôm trọng điểm của Việt Nam, nhưng các kết quả có thể áp dụng rộng rãi cho các vùng nuôi tôm nước lợ khác có điều kiện môi trường tương tự.

Kết luận

  • Phân lập thành công 55 chủng vi khuẩn lactic từ ruột tôm, ruột cá rô phi và bùn ao nuôi tôm tại Trà Vinh và Sóc Trăng, trong đó chủng RP5.1 có khả năng kháng mạnh vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus.
  • Khả năng ức chế vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus của vi khuẩn lactic chủ yếu do acid lactic tiết ra, không phải do bacteriocin.
  • Vi khuẩn lactic phát triển tốt trong điều kiện độ mặn 0-25‰, tối ưu ở 5-15‰, phù hợp với môi trường nuôi tôm nước lợ.
  • Đề xuất thử nghiệm in vivo và phát triển chế phẩm sinh học từ các chủng vi khuẩn lactic có tiềm năng để phòng bệnh AHPND.
  • Kêu gọi các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp và người nuôi tôm phối hợp triển khai ứng dụng kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả nuôi trồng thủy sản bền vững.