Tin tức

VAI TRÒ CỦA HỆ VI SINH VẬT ĐƯỜNG RUỘT TRONG BỆNH HỌC TÔM

Tóm tắt: Tôm thẻ chân trắng là loài tôm được nuôi phổ biến nhất trên toàn cầu. Tuy nhiên, hoạt động nuôi trồng tôm thường xuyên gặp phải các đợt bùng phát dịch bệnh, dẫn đến tỷ lệ tử vong nhanh chóng và hàng loạt. Nghiên cứu nguyên nhân thường chậm so với sự xuất hiện của các bệnh mới, khiến các tác nhân gây bệnh của một số bệnh ở tôm không được xác định và dẫn đến việc đặt tên dựa trên triệu chứng biểu hiện, đặc biệt trong các trường hợp liên quan đến các mầm bệnh đồng nhiễm và đa vi sinh. Trong bài tổng quan này, chúng tôi tóm tắt kiến thức hiện tại về các bệnh ở tôm và tác động của chúng lên hệ vi khuẩn đường ruột. Hơn nữa, chúng tôi cũng đề xuất một quy trình quy trình tích hợp các vi sinh vật xâm chiếm ban đầu, các nhóm phân loại chủ chốt trong mạng lưới vi sinh vật đường ruột từ trạng thái khỏe mạnh đến mắc bệnh, các nhóm phân loại chủ chốt đặc trưng phân biệt bệnh và các gene mang độc nhằm xác định các tác nhân gây bệnh đa vi sinh tiềm ẩn. Chúng tôi kiểm tra cả các yếu tố phi sinh học và sinh học (ví dụ: các nguồn bên ngoài và bên trong và tác động của các bệnh cụ thể) ảnh hưởng đến vi sinh vật đường ruột của tôm, với nhấn mạnh vào khái niệm “holobiome” (toàn hệ vi sinh) và các đặc điểm chung của phản ứng toàn hệ vi sinh đường ruột đối với các bệnh khác nhau. Sau khi loại bỏ tác động của các yếu tố gây nhiễu, chúng tôi cung cấp một mô hình chẩn đoán để dự đoán định lượng tỷ lệ mắc bệnh ở tôm bằng cách sử dụng các nhóm phân loại chủ chốt phân biệt bệnh phổ biến, không phụ thuộc vào tác nhân gây bệnh. Do tính bảo tồn của các gen chức năng được sử dụng trong việc thiết kế các đoạn mồi đặc hiệu, chúng tôi đề xuất một chiến lược thực tiễn bằng cách áp dụng đánh giá định lượng qPCR đối với các gen chức năng đặc trưng phân biệt bệnh phổ biến. Bài tổng quan này cập nhật vai trò của vi sinh vật đường ruột trong việc khám phá nguyên nhân gây bệnh ở tôm, tác nhân gây bệnh đa vi sinh và tỷ lệ mắc bệnh, đưa ra một góc nhìn mới để nâng cao quản lý sức khỏe trong hoạt động nuôi trồng tôm.

1. GIỚI THIỆU

Trong 40 năm qua, sản lượng của tôm thẻ chân trắng đã tăng từ dưới 0,075 triệu tấn vào năm 1980 lên hơn 7,3 triệu tấn vào năm 2021 (FAO, 2023). Thành tựu này một phần nhờ vào sự phát triển của các cơ sở sản xuất quy mô lớn, thực hành nuôi mật độ cao và chế độ cho ăn chuyên sâu, nhưng đồng thời cũng tạo ra các điều kiện căng thẳng làm tăng nguy cơ xảy ra và lây lan nhanh chóng của nhiều loại bệnh nhiễm trùng (Bảng 1). Mặc dù kháng sinh thường được sử dụng như là biện pháp phòng ngừa và điều trị, việc lạm dụng và sử dụng quá mức đã dẫn đến tình trạng kháng thuốc của vi khuẩn, tăng khả năng mắc bệnh và sự xuất hiện của các bệnh mới. Vắc xin là một chiến lược thay thế để kiểm soát các bệnh truyền nhiễm; tuy nhiên, hiệu quả thường bị hạn chế ở tôm giống do khả năng phát triển miễn dịch lâu dài. Đáng chú ý, các bệnh ở tôm gây tỷ lệ tử vong nhanh chóng và hàng loạt trong vòng vài ngày, thường không có triệu chứng rõ ràng trong giai đoạn khởi phát của bệnh. Hiện tại, có một số phương pháp được sử dụng để đánh giá rủi ro bệnh trong nuôi tôm, bao gồm chỉ số chất lượng nước, mật độ vi khuẩn Vibrio, chẩn đoán mầm bệnh, cũng như các kỹ thuật trí tuệ nhân tạo. Tuy nhiên, những phương pháp này chủ yếu mang tính định tính thay vì định lượng, và thường không phát hiện kịp thời các giai đoạn đầu của bệnh. Do đó, cần phải xây dựng các chiến lược định lượng để dự đoán tỷ lệ mắc bệnh ở tôm.

Bảng 1. Tóm tắt các bệnh ở tôm, tác nhân gây bệnh tiềm ẩn và các triệu chứng điển hình.

TÊN BỆNH TÁC NHÂN GÂY BỆNH TRIỆU CHỨNG TÀI LIỆU THAM KHẢO
Bệnh đốm trắng (White spot disease) Virus gây hội

chứng đốm trắng

 Bỏ ăn, ăn tiêu hóa ké, chứng đốm trắng, lờ đờ, vỏ ngoài lỏng lẻo, xuất hiện đốm trắng đường kính 0,5–2,0 mm Liu và cộng sự, 2009
Hội chứng Taura (Taura syndrome) Virus hội chứng Taura Vỏ mềm, ruột rỗng, lờ đờ và mở rộng sắc tố đỏ Brock, 1997
Bệnh đầu vàng

(Yellow head disease)

 Virus đầu vàng Nhân tế bào bị thoái hóa và biến đổi hạt nhân, phần đầu ngực bị tẩy trắng hoặc vàng nhạt, tuyến gan tụy bị đổi màu Boonyaratpalin và các cộng sự, 1993
Bệnh BP (Baculovirus penaei) (Tetrahedral baculovirosis) Virus Baculovirus Ruột giữa có màu trắng trong các trường hợp

nhiễm trùng nặng. Các thể tắc đa diện

 Couch, 1974
Bệnh MBV (Spherical baculovirosis) Virus Baculovirus Monodon Nhân phì đại với một hoặc nhiều thể tắc nghẽn bạch cầu ái toán, giảm sắc tố và mô phỏng nhân Chen và cộng sự, 1989
Bệnh hoại tử dưới vỏ và cơ quan tạo máu (IHHN) Virus IHHN Các đốm màu vàng nâu nhạt trên vỏ giáp đầu ngực và các đốt bụng, vỏ ngoài xanh lam, hoại tử Lightner và cộng sự, 1983
Bệnh hoại tử cơ (Infectious myonecrosis (IMN))

 

 Virus IMN Cơ xương mờ đục Lightner và

cộng sự, 1983
Bệnh trắng đuôi (White tail disease)

 

 Virus

Macrobrachium rosenbergii nodavirus

 Đuôi xuất hiện các tổn thương trắng Arcier và cộng sự, 1999
Bệnh teo gan tụy (Hepatopancreatic parvovirus disease)

 

 Virus HPV Tốc độ tăng trưởng chậm Chong & Loh, 1984

 
Bệnh virus gây ánh kim trên hồng cầu

(Hemocyte iridescent virus disease)

 

 Virus gây ánh kim trên hồng cầu Teo tuyến gan tụy kèm theo nhạt màu, dạ dày và ruột trống, vỏ mềm

 

 Qiu và cộng sự, 2017
Hội chứng tử vong liên tục (Running mortality syndrome) Virus Nodavirrus Nhân tế bào phì đại ở

tuyến gan tụy, cơ hoại tử đông tụ, cơ trắng đục, tăng trưởng chậm và vỏ mềm

 Zhang và cộng sự, 2014

 
Bệnh biến dạng đốt bụng (Abdominal segment deformity disease)

 

 Virus giống retrovirus không xác định

 

 Đốt bụng phì đại hoặc xoắn vặn sang hai bên hoặc từ trên xuống, đôi khi cơ mờ đục

 

 Sakaew và cộng sự, 2008
Bệnh hoại tử gan tụy cấp (Acute hepatopancreatic necrosis disease)

 

 Vi khuẩn Vibrio anguillarum, Vi khuẩn VpAHPND Lớp biểu mô của ống bài tiết bị bong ra, tuyến gan tụy nhợt nhạt, tỷ lệ tử vong cao và nhanh chóng Tran và cộng sự, 2013

 
Viêm gan tụy hoại tử (NHP) (Necrotizing hepatopancreatitis)

 

 Vi khuẩn giống Rickettsia

 

 Hoạt động ăn giảm, ruột trống, tuyến gan tụy nhợt nhạt

 

 Chayaburakul và cộng sự, 2004

 
Hội chứng tôm đỏ tươi (“Bright-red” syndrome)

 

 Vi khuẩn Vibrio harveyi

 

 Lờ đờ, biếng ăn, thân

mềm nhũn, xuất hiện các đốm đỏ đa tiêu điểm trên lớp giáp bụng, xói mòn đen hóa xung quanh các đốm

 

 Soto-Rodrigue z và cộng sự, 2010

 
Bệnh tôm phát sáng (Luminous vibriosis)

 

 Vi khuẩn Vibrio campbellii Triệu chứng bao gồm phát quang, bỏ ăn  và tỷ lệ tử vong cao

 

 Wang và cộng sự, 2015

 
Hội chứng phân trắng (White feces

syndrome)

 

 Vi khuẩn Vibrio không xác định

 

 Ruột màu trắng-vàng và phân chuỗi trắng

 

 Duraivà cộng sự, 2015
Bệnh đen mang (Black gill disease)

 

 Nhiễm nấm

Fusarium solani, Fusarium

 

 Thay đổi từ “đổi màu mang” thành “mang đen” theo sự tiến triển của bệnh, sau đó là tử vong Hatai & Egusa, 1978

 
Bệnh nhiễm vi bào tử trùng trên gan tụy (Hepatopancreatic

microsporidiosis)

 

 Vi bào tử trùng Enterocytozoon hepatopenaei

(EHP)

 

 Tăng trưởng bị kém Tăng trưởng bị kém nghiêm trọng
Hội chứng thân xanh (Blue body syndrome)

 

 Không xác định Tăng trưởng chậm, giảm hoặc không ăn, cơ thể mỏng và xanh một phần  hoặc toàn bộ Liang và cộng sự, 2020

Hệ vi khuẩn vật đường ruột đóng vai trò không thể thiếu trong việc duy trì sức khỏe và thể trạng của tôm thông qua việc hỗ trợ tiêu hóa, tổng hợp vitamin, điều hòa miễn dịch, phân hủy độc tố và ức chế tác nhân gây bệnh. Do đó, hệ vi khuẩn đường ruột đóng vai trò là trung tâm, tích hợp sự tiếp xúc với môi trường, tín hiệu di truyền và miễn dịch để ảnh hưởng đến sức khỏe của tôm. Các vi sinh vật đường ruột nhạy cảm có thể đóng vai trò là chỉ số đáng tin cậy để chẩn đoán sức khỏe của tôm. Ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy mức độ lệch khỏi hệ vi khuẩn đường ruột khỏe mạnh có thể có mối tương quan tuyến tính với mức độ nghiêm trọng của bệnh tôm.

2. TÌNH TRẠNG BỆNH TÔM HIỆN TẠI

Một trong những thách thức chính trong hoạt động nuôi trồng tôm là sự bùng phát dịch bệnh thường xuyên, dẫn đến tỷ lệ tử vong nhanh chóng và hàng loạt. Trong hai thập kỷ qua, nghiên cứu khoa học về các bệnh ở tôm đã được tăng cường nhằm để đáp ứng sự mở rộng của ngành sản xuất tôm trên toàn cầu. Tôm dễ bị nhiễm một loạt các mầm bệnh thuộc nhiều giới vi sinh vật khác nhau, bao gồm virus, vi khuẩn, nấm và ký sinh trùng, trong suốt chu kỳ nuôi (Bảng 1). Mặc dù Tổ chức Thú y Thế giới (WOAH) đã cập nhật định kỳ về tình trạng bệnh ở tôm, nhưng vẫn còn thiếu sự hiểu biết toàn diện. Phần sau đây sẽ cung cấp tóm tắt ngắn gọn về kiến thức hiện tại về các bệnh ở tôm và tác động của chúng lên hệ vi sinh vật đường ruột.

Tác nhân gây bệnh do virus

Khoảng 20 loại virus đã được xác định, bao gồm các thành viên thuộc họ Parvoviruses, Baculoviruses, Picornaviruses, các virus giống Toga, cũng như một số họ virus mới được phát hiện. Trong số này, virus hội chứng đốm trắng (WSSV) là mối đe dọa lớn cho tôm, gây ra tổn thất sản xuất đáng kể. WSSV là một virus lây nhiễm vào nhân của các mô có nguồn gốc từ trung bì và ngoại bì, gây ra hiện tượng giảm ăn và uể oải ở tôm bị nhiễm bệnh. Đáng chú ý, WSSV có khả năng bám vào các hạt vi nhựa vô cơ, từ đó kéo dài khả năng sống sót và độc lực của chúng trong các điều kiện pH và nhiệt độ nước khác nhau. Sự tồn tại trong các vật chủ vô cơ này có thể góp phần vào sự tái phát của các ca nhiễm WSSV. Hiện tại, chưa có chiến lược hiệu quả nào để phòng ngừa và kiểm soát bệnh này. Nhiễm WSSV làm thay đổi đáng kể thành phần hệ vi khuẩn đường ruột của tôm, dẫn đến sự gia tăng vi khuẩn Proteobacteria và Fusobacteria, cũng như các vi khuẩn gây bệnh thuộc các chi Arcobacter và Flavobacterium. Mặc dù sự đa dạng và phong phú của vi khuẩn đường ruột không bị ảnh hưởng, nhiễm WSSV làm gia tăng sự không đồng nhất của các cộng đồng vi khuẩn đường ruột.

Ngoài WSSV, virus đầu vàng (YHV) cũng gây ra bệnh nghiêm trọng và dai dẳng ở tôm , mặc dù trong những năm gần đây chưa có báo cáo về các đợt bùng phát lớn. YHV chỉ được phát hiện trong các ao nuôi ngoài trời mà không xuất hiện ở ao có mái che, cho thấy khả năng lây truyền qua không khí. Tuy nhiên, các vật mang mầm bệnh tiềm ẩn và các loài côn trùng không sống dưới nước đều cho kết quả âm tính với YHV, khiến giả thuyết lây truyền qua không khí còn nhiều nghi ngờ. Sự lây lan nhanh chóng của YHV có thể là do hành vi ăn thịt đồng loại của các cá thể nhiễm YHV. Nguồn gốc ban đầu của nhiễm YHV vẫn chưa rõ, nhưng mối quan hệ di truyền gần gũi giữa các kiểu gen YHV gợi ý rằng nó có thể tự nhiên lây nhiễm cho các loài tôm hoang dã thuộc giống tôm he hoặc tôm càng.

Virus Decapod iridescent virus 1 (DIV1) gây ra chậm phát triển và tỷ lệ tử vong tích lũy 100% ở tôm. Nhiễm DIV1 làm giảm số lượng vi khuẩn có lợi nhóm Bacteroidetes, Firmicutes, và Actinobacteria, trong khi lại làm tăng đáng kể các vi khuẩn gây bệnh như Vibrio và Photobacterium. Những thay đổi này trong hệ vi khuẩn làm tăng nguy cơ nhiễm trùng thứ cấp do vi khuẩn. Hơn nữa, sự phát triển mạnh mẽ của vi khuẩn gây bệnh kích hoạt sự biểu hiện của các chất ức chế NF-κB, làm giảm phản ứng miễn dịch qua trung gian TLR, từ đó làm trầm trọng thêm nhiễm DIV1.

Tóm lại, các bệnh nhiễm virus thường làm gián đoạn thành phần hệ vi khuẩn đường ruột của tôm, làm tăng khả năng mắc các bệnh nhiễm trùng thứ cấp do vi khuẩn.. Tuy nhiên, các thay đổi cụ thể trong quần thể vi khuẩn dường như phụ thuộc vào loại virus gây bệnh liên quan.

Tác nhân gây bệnh do vi khuẩn

Bệnh Vibriosis là bệnh vi khuẩn phổ biến và nghiêm trọng nhất đe dọa ngành nuôi tôm, do vi khuẩn gram âm thuộc chi Vibrio như V. harveyi, V. parahaemolyticus, V. vulnificus và V. anguillarum gây ra. Các bệnh này thường được kích hoạt bởi các yếu tố căng thẳng bên ngoài và nếu không được điều trị, có thể dẫn đến tử vong nhanh chóng và trên diện rộng. Nhóm V. harveyi bao gồm các vi khuẩn phát sáng, nhiễm Vibrio harveyi có thể gây ra nhiều bệnh ở tôm, bao gồm “Hội chứng tôm đỏ tươi” (bright-red syndrome), “bệnh đuôi trắng do vi khuẩn”  và bệnh phát sáng. Ngoài ra, V. parahaemolyticus mang gen pirAB có thể gây bệnh hoại tử gan tụy cấp (AHPND) và bệnh đỏ trên tôm. Các chi vi khuẩn gây bệnh khác cũng được ghi nhận như Shewanella algae gây bệnh đốm đen, Acinetobacter venetianus gây bệnh chân đỏ. Đáng chú ý, một số loài Vibrio như V. hepatarius và V. diabolicus không gây bệnh và còn có vai trò như chế phẩm sinh học, giúp bảo vệ tôm khỏi nhiễm bệnh. Do đó, việc giám sát mật độ các loài Vibrio theo cách truyền thống có thể dễ dàng đưa đến đánh giá sai lầm về nguy cơ mắc bệnh.

Tác nhân gây bệnh từ nấm

Nấm tồn tại phổ biến trong môi trường thủy sinh, với khoảng 500 loài được phân lập từ môi trường sống ở biển và cửa sông. Các loài nấm gây bệnh phổ biến trên tôm bao gồm Lagenidium callinectes và các loài thuộc chi Sirolpidium, thường lây nhiễm cho ấu trùng tôm. Những mầm bệnh này xâm nhập vào ấu trùng thông qua râu, cuống mắt và mô cơ thể, cuối cùng gây tử vong. Bào tử và sợi nấm có thể được phát hiện ở các mô bị nhiễm, đặc biệt là mang và các phần phụ, thay vì trong ruột và gan tụy của tôm. Các loài Fusarium nội sinh, được biết đến là mầm bệnh thực vật sản sinh ra hai nhóm độc tố nấm mốc fumonisins và trichothecenes gây bệnh đen mang (BG) ở tôm, dẫn đến tỷ lệ tử vong cao trong các đợt nhiễm kéo dài. So với các nghiên cứu về nhiễm virus và vi khuẩn, các nghiên cứu về tác động của nấm gây bệnh lên hệ vi khuẩn đường ruột của tôm còn hạn chế. Một số nghiên cứu cho thấy rằng nhiễm trùng do nấm làm thay đổi thành phần của vi sinh vật đường ruột. Ví dụ, tôm mắc bệnh BG có hàm lượng nấm gây bệnh Candida cao hơn, và hàm lượng của Didymella và Filobasidium trong ruột giảm. Tuy nhiên, sự đa dạng của vi sinh vật đường ruột giữa các nhóm tôm khỏe mạnh và mắc BG vẫn tương đương nhau.

Tác nhân gây bệnh từ ký sinh trùng

Ký sinh trùng gây hại cho vật chủ khi chúng khai thác nguồn dinh dưỡng từ vật chủ để nuôi dưỡng cho sự phát triển của mình, làm suy yếu hệ miễn dịch và giảm khả năng tăng trưởng của vật chủ. Enterocytozoon hepatopenaei (EHP) đã trở thành một mầm bệnh quan trọng trong ngành nuôi tôm, gây ra bệnh vi bào tử gan tụy ở tôm, dẫn đến tăng trưởng chậm lại. Nhiễm EHP diễn ra theo chu kỳ, trong đó tôm có mức độ nhiễm nặng có thể thuyên giảm thành mức độ nhẹ hơn, nhưng không bao giờ hồi phục hoàn toàn. Sự tương tác giữa ký sinh trùng và vật chủ này làm suy giảm sức khỏe của tôm, dẫn đến tăng trưởng chậm và tỷ lệ tử vong thấp. Tác động của EHP lên hệ vi khuẩn đường ruột của tôm ít được hiểu rõ hơn so với các mầm bệnh vi khuẩn và virus. Hệ vi khuẩn đường ruột bị ảnh hưởng bởi mức độ nhiễm EHP, với sự gia tăng của các loài Vibrio, Pseudomonas, và Bradyrhizobium (Shen và cộng sự, 2021a). Đặc biệt, giai đoạn cuối của nhiễm EHP được đánh dấu bởi sự gia tăng của các chi vi khuẩn đường ruột như Leadbetterella, Aquimarina, Vibrio, và chi nấm Malassezia. Nhiễm EHP mãn tính dần dần phá vỡ các cộng đồng vi khuẩn trong ruột và gan tụy. Cần lưu ý rằng không phải tất cả các loài động vật nguyên sinh ký sinh đều có hại; một số loài, chẳng hạn như một số loại ăn bào, có thể là loài cộng sinh hoặc có lợi cho sức khỏe của tôm. Ví dụ, các loài ăn bào trong ruột có thể săn mồi trực tiếp trên các vi khuẩn gây bệnh, từ đó hỗ trợ sức khỏe của tôm thông qua tương tác săn mồi giữa các giới sinh vật.

Các bệnh mới nổi và triệu chứng

Do sự chậm trễ trong các nghiên cứu về nguyên nhân, các tác nhân gây bệnh của một số bệnh ở tôm hiện vẫn chưa được biết đến. Trong những trường hợp này, các bệnh mới nổi và bệnh có triệu chứng được đặt tên dựa trên các triệu chứng điển hình, như hội chứng phân trắng (WFS) (Durai và cộng sự, 2015), hội chứng thân xanh (Liang và cộng sự, 2020), và bệnh “tôm giống bông” (Zhou và cộng sự, 2019b) (Bảng 1).

WFS thường xuất hiện ở tôm sau 50 đến 60 ngày từ khi nhiễm bệnh, gây tử vong kéo dài, làm giảm tỷ lệ sống từ 20% đến 30% và giảm sản lượng tới 60%. Nguyên nhân của WFS được cho là một bệnh đồng nhiễm liên quan đến EHP và các mầm bệnh cơ hội từ biển, bao gồm các loài Vibrio và Propionigenium. Tuy nhiên, các thí nghiệm sử dụng các mầm bệnh này vẫn chưa đáp ứng được các tiêu chuẩn của Koch.

Việc cấy ghép hệ vi khuẩn đường ruột từ tôm bị ảnh hưởng bởi WFS sang tôm khỏe mạnh đã gây ra WFS ở tôm tiếp nhận, cho thấy sự rối loạn hệ vi khuẩn đường ruột có vai trò gây ra WFS. Tôm nhiễm WFS xuất hiện sự gia tăng các loài vi khuẩn đường ruột như Candidatus Bacilloplasma, Phascolarctobacterium, và Vibrio, nhưng giảm các loài Paracoccus và Lactococcus.

Dựa trên các nghiên cứu trước đây, chúng tôi đề xuất một quy trình làm việc để xác định các tác nhân gây bệnh đa vi sinh vật tiềm ẩn (Hình 1). Ban đầu, phân loại của cộng đồng vi sinh vật bằng cách so sánh với cơ sở dữ liệu mầm bệnh được cập nhật với các tiêu chí nghiêm ngặt, bao gồm độ tương đồng 100%. Do sự thay đổi theo thời gian cao của hệ vi khuẩn đường ruột khi tôm trưởng thành (Hình 2A), các đơn vị phân biệt theo độ tuổi được loại trừ để loại bỏ ảnh hưởng của độ tuổi vật chủ (Hình 2B). Sau khi tối ưu hóa quá trình này, các tác nhân phản ứng chính, vốn không có ở cá thể tôm khỏe mạnh và có sự gia tăng tuyến tính trong quá trình bệnh tiến triển, sẽ được tách ra từ cộng đồng. Tiếp theo, các loài chủ chốt được xác định bằng thuật toán suy diễn nhân quả kết hợp với mô phỏng can thiệp động. Việc loại bỏ các loài chủ chốt này dẫn đến sự phân mảnh mạng lưới. Các tác nhân gây bệnh tiềm năng này có thể được sử dụng như các dấu ấn sinh học để chẩn đoán chính xác tình trạng sức khỏe của tôm. Cuối cùng, các ứng cử viên gây bệnh đa vi sinh vật được xác nhận bằng các phương pháp phân tử, chẳng hạn như các gen độc lực đặc hiệu của mầm bệnh. Trật tự và tỷ lệ của các tác nhân gây bệnh đa vi sinh vật có thể được suy ra bằng cách truy vết lại đến hệ vi khuẩn đường ruột ở các cá thể tôm có bệnh tiến triển (Hình 1). Quy trình làm việc này cung cấp một giải pháp mạnh mẽ để xác định các tác nhân gây bệnh đa vi sinh vật. Hiệu quả của quy trình này được minh họa trong công trình gần đây của chúng tôi, trong đó đã xác định V. fluvialis, V. coralliilyticus, và V. tubiashii là các tác nhân gây bệnh WFS ở tôm (Sha và cộng sự, 2024b).

Hình 1.

Quy trình làm việc đề xuất để xác định các tác nhân gây bệnh đa vi sinh vật tiềm ẩn.

Các tác nhân gây bệnh đa vi sinh vật được xác định dựa trên mức độ tương đồng cao với các mầm bệnh, sự gia tăng tuyến tính trong quá trình tiến triển của bệnh, các đơn vị phân loại chính, các đơn vị phân biệt bệnh, và các gen độc lực đặc trưng của mầm bệnh.

Hình 2.

Hệ vi sinh vật đường ruột giữa tình trạng sức khỏe của tôm và các giai đoạn sống

A: So sánh các ngành hoặc lớp vi khuẩn chủ yếu trong hệ vi sinh vật đường ruột giữa tôm khỏe mạnh và tôm bị bệnh ở từng giai đoạn sống. B: Độ đa dạng vi sinh vật đường ruột không có sự thay đổi nhất quán giữa tình trạng sức khỏe của tôm. C: Hồi quy giữa tuổi thực tế của tôm khỏe mạnh và tuổi dự đoán bằng cách sử dụng hồ sơ các loài phân biệt theo độ tuổi. Tuổi dự đoán của tôm bị bệnh lệch đáng kể so với đường cong tuyến tính. D: Sự trưởng thành của hệ vi khuẩn được thể hiện dưới dạng điểm Z của hệ vi sinh vật theo tuổi, với giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn. Sự khác biệt về mức độ trưởng thành của hệ vi sinh vật ở các độ tuổi khác nhau giữa tôm khỏe mạnh (thanh xanh) và tôm bị bệnh (thanh xanh lam) dựa trên so sánh nhiều lần của Tukey sau kiểm định.

Hội chứng tử vong liên tục (RMS) gây ra tỷ lệ tử vong thấp nhưng liên tục trong suốt quá trình nuôi tôm. Tôm bị ảnh hưởng bởi RMS cho kết quả âm tính với tất cả các tác nhân gây bệnh chính được liệt kê bởi WOAH cũng như các mầm bệnh phổ biến khác như WSSV, YHV, và các loài Vibrio. Hơn nữa, việc nuôi chung tôm khỏe mạnh với tôm bị RMS không gây ra sự lây nhiễm RMS. Tỷ lệ mắc RMS có liên quan đến mật độ nuôi cao, mức nitrite tăng và độ đục cao. Tuy nhiên, nghiên cứu gần đây đã xác định nodavirus gây tử vong tiềm ẩn (CMNV) là tác nhân gây ra RMS. Nhiễm CMNV làm suy giảm sự biểu hiện của các gen liên quan đến tiêu hóa, hấp thụ và hormone tăng trưởng, phù hợp với hiện tượng chậm phát triển ở tôm bị nhiễm CMNV.

Hai căn bệnh được đề cập trên củng cố thêm việc chúng ta vẫn còn hạn chế sự hiểu biết về nguyên nhân gây bệnh ở các bệnh mới nổi trên tôm. Với tình trạng chất lượng nước suy giảm, mật độ nuôi tăng cao và các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt, lỗ hổng kiến thức này có khả năng sẽ tiếp diễn.

3. TỔNG QUAN CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VI SINH VẬT ĐƯỜNG RUỘT CỦA TÔM

Vi khuẩn phù du (bacterioplankton) và tôm cùng tồn tại trong môi trường nuôi, hình thành trạng thái cân bằng có lợi cho cả hai nhờ vào các tương tác cộng sinh. Sự kết hợp quan trọng nhất diễn ra trong ruột, nơi vi sinh vật bắt đầu hình thành từ giai đoạn trứng, tiếp nhận vi khuẩn từ nước xung quanh, thức ăn ban đầu, và từ những cá thể non hơn .Ngày càng rõ ràng rằng hệ vi sinh vật đường ruột đóng vai trò không thể thiếu đối với sức khoẻ, khả năng miễn dịch và thể chất của tôm. Việc điều chỉnh hệ vi sinh vật đường ruột được coi là một chiến lược tiềm năng trong việc phòng ngừa bệnh cho tôm nuôi. Tuy nhiên, để phát triển các phương pháp hiệu quả, cần có sự hiểu biết sâu rộng về các yếu tố ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật đường ruột của tôm.

4. NGUỒN GỐC VI SINH VẬT ĐƯỜNG RUỘT CỦA TÔM

Động vật thủy sinh liên tục tiếp xúc với nước nuôi, và tôm, loài có tập tính ăn lọc, được cho là có được các vi khuẩn cộng sinh đường ruột từ cộng đồng vi sinh vật phù du trong nước nuôi. Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy rằng cộng đồng vi sinh vật trong nước nuôi và ruột tôm có sự khác biệt rõ rệt. Là loài sống ở đáy, tôm cũng tương tác với cộng đồng vi sinh vật trong trầm tích, đây là một nguồn loài quan trọng bổ sung cho hệ vi sinh đường ruột. So với nước nuôi, cộng đồng vi khuẩn trong trầm tích có sự tương đồng cao hơn với hệ vi sinh vật đường ruột của tôm, đóng góp lần lượt 36% và 75% vi khuẩn cộng sinh trong đường ruột ở tôm giống và tôm trưởng thành. Đáng thú vị là hệ vi sinh đường ruột của tôm trưởng thành chủ yếu được kế thừa từ vi khuẩn cộng sinh trong đường ruột của tôm giống, tạo nên một nguồn loài nội sinh.

Nhận định này được củng cố bởi các quan sát cho thấy tỷ lệ vi khuẩn cộng sinh trong đường ruột từ cộng đồng vi sinh vật phù du môi trường tăng dần trong quá trình tiến triển của bệnh. Do hệ tuần hoàn mở của động vật không xương sống, vi khuẩn cộng sinh đường ruột của tôm có thể phân tán từ các cơ quan khác, chẳng hạn như gan tụy. Một tỷ lệ lớn các loài vi khuẩn được chia sẻ giữa đường ruột và gan tụy của tôm, đóng vai trò là nguồn loài cho nhau. Đặc biệt, sự thay đổi mạnh mẽ trong điều kiện nuôi, chẳng hạn như tăng nhiệt độ và hiện tượng phú dưỡng, có thể làm tăng đáng kể độc lực của mầm bệnh, dẫn đến tỷ lệ tử vong sớm hơn và cao hơn ở tôm.

5. CÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA HỆ VI SINH ĐƯỜNG RUỘT TRONG PHẢN ỨNG VỚI CÁC BỆNH Ở TÔM

Nhiều bằng chứng cho thấy rằng các bệnh ở tôm làm thay đổi đáng kể hệ vi sinh đường ruột, hỗ trợ quan điểm rằng mất cân bằng hệ vi sinh (dysbiosis) có thể là nguyên nhân gây bệnh ở tôM. Theo nguyên lý Anna Karenina, tất cả hệ vi sinh khỏe mạnh đều giống nhau, trong khi mỗi hệ vi sinh liên quan đến bệnh lý lại là duy nhất đối với từng cá thể bệnh. Nguyên lý này cho thấy rằng bệnh của vật chủ gây ra sự dị biệt và tính ngẫu nhiên trong hệ vi sinh đường ruột. Theo logic này, nhiều nghiên cứu đã so sánh mức độ khác biệt của hệ vi sinh đường ruột giữa tôm khỏe mạnh và tôm mắc bệnh. Nhìn chung, bệnh ở tôm làm tăng sự phân tán beta, mức độ biến đổi trung bình, tốc độ thay đổi theo thời gian, và chỉ số dysbiosis (rối loạn hệ vi sinh) của hệ vi sinh đường ruột. Tuy nhiên, tính nhất quán của các dấu hiệu này vẫn còn gây tranh cãi. Tôm bị bệnh nặng dường như có hệ vi sinh đường ruột ổn định hơn theo thời gian so với nhóm khỏe mạnh.

Theo lý thuyết holobiont (lý thuyết cộng sinh liên quan đến hệ sinh thái thu nhỏ), vật chủ chọn lọc vi sinh vật cộng sinh trong đường ruột từ môi trường xung quanh nhằm nâng cao khả năng thích nghi. Điều này cho thấy rằng hệ vi sinh đường ruột của tôm khỏe mạnh chủ yếu được hình thành qua các quá trình quyết định, bao gồm áp lực chọn lọc từ các yếu tố môi trường vô cơ, sự sàng lọc của vật chủ, và tương tác giữa các loài dẫn đến cấu trúc cộng đồng có thể dự đoán được qua không gian và thời gian. Theo đó, hệ vi sinh đường ruột thể hiện mối quan hệ suy giảm tính tương đồng theo thời gian trong suốt quá trình phát triển của tôm. Tôm mắc bệnh thường giảm mạnh lượng thức ăn tiêu thụ (Bảng 1) và có thể chuyển hướng năng lượng sang phản ứng miễn dịch. Hệ quả là khả năng trong việc chọn lọc các vi sinh vật từ môi trường bên ngoài của tôm mắc bệnh bị suy giảm, dẫn đến gia tăng sự biến động giữa các cá thể và cấu trúc ngẫu nhiên hơn của hệ vi sinh đường ruột.

Mặc dù nhiều nghiên cứu đã chỉ ra tác động của môi trường và sự chọn lọc của vật chủ đối với hệ vi sinh vật đường ruột, nhưng ít nghiên cứu khám phá vai trò của các tương tác giữa các loài trong quá trình phát triển bệnh ở tôm. Việc mô tả các tương tác này là rất quan trọng, vì các vi sinh vật đường ruột thường trú có thể cạnh tranh trực tiếp với nhau để giành dưỡng chất hoặc hỗ trợ chống lại các mầm bệnh xâm nhập. Nhìn chung, sự ổn định và phức tạp của mạng lưới vi sinh vật đường ruột bị phá vỡ khi có bệnh ở tôm, điều này được chứng minh qua các đặc tính cấu trúc khác nhau, bao gồm sự giảm độ bền, tính mô-đun và tỷ lệ mối quan hệ tiêu cực, cũng như sự gia tăng tính dễ bị tổn thương.

Tóm lại, các bệnh ở tôm thường gây ra tình trạng mất cân bằng hệ vi sinh, sự gia tăng tính đa dạng và sự ngẫu nhiên trong hệ vi sinh vật đường ruột. Ngoài ra, các bệnh ở tôm làm gián đoạn sự ổn định của mạng lưới vi sinh vật đường ruột, có thể làm tăng khả năng mắc các mầm bệnh xâm nhập. Việc phát hiện sớm những thay đổi tiêu cực này trong hệ vi sinh vật đường ruột là rất quan trọng để dự đoán và quản lý nguy cơ mắc bệnh ở tôm.

6. KẾT LUẬN VÀ TRIỂN VỌNG

Do mật độ thả giống tăng cao và chất lượng nước suy giảm, sự xuất hiện của các bệnh tôm mới và thường xuyên là điều có thể dự đoán được. Các cơ chế nguyên nhân và phân tử của những bệnh tôm mới nổi này vẫn chưa được hiểu rõ (Bảng 1), đặt ranhững thách thức lớn đối với sản xuất tôm. Hiện nay, người ta nhận thức rằng một số bệnh nhiễm trùng là do sự đồng nhiễm của các tác nhân gây bệnh đa vi sinh vật, những tác nhân này phối hợp với nhau làm rối loạn cân bằng sinh lý của vật chủ, chứ không phải vì một tác nhân gây bệnh duy nhất. Sự phức tạp này thách thức khái niệm truyền thống “một tác nhân, một bệnh”, đặc biệt là khi các vi khuẩn không thể nuôi cấy có thể đóng góp đáng kể vào khả năng gây bệnh. Ngoài ra, các tiên đề của Koch khó có thể được thỏa mãn khi thành phần và tỷ lệ của các tác nhân gây bệnh đa vi sinh vật chưa được biết đến. Trong bối cảnh này, các phương pháp sinh thái tích hợp các loài đầu tiên xâm nhập, các loài chủ chốt và các loài phân biệt bệnh mang lại một hướng tiếp cận đầy hứa hẹn để suy luận các tác nhân gây bệnh đa vi sinh vật (Hình 1). Các tác nhân gây bệnh tiềm năng có thể được cách ly chọn lọc bằng cách sử dụng các điều kiện suy luận để xác thực sau đó. Các bệnh ở tôm, như AHPND, thường gây ra tỷ lệ chết nhanh chóng và hàng loạt, làm cho việc dự đoán bệnh sớm trở nên quan trọng để ngừng sự tiến triển của bệnh. Các loài phân biệt bệnh chung và các loài phân biệt bệnh cụ thể có tiềm năng dự đoán tỷ lệ mắc bệnh và suy luận tác nhân gây bệnh (Hình 2), từ đó hướng dẫn các phương pháp điều trị kịp thời và thích hợp. Tuy nhiên, các nghiên cứu hiện tại thường chỉ sử dụng các so sánh tĩnh giữa tôm bị bệnh và tôm khỏe mạnh, dẫn đến thiếu dữ liệu về hệ vi sinh vật ruột trong suốt quá trình phát triển bệnh và thiếu độ tin cậy trong việc chẩn đoán sự khởi phát bệnh Thêm vào đó, thông tin sinh học và phi sinh học thường không đủ khi lưu trữ dữ liệu nghiên cứu bệnh tôm vào các cơ sở dữ liệu công khai. Để giải quyết những vấn đề này, chúng tôi đề xuất cần thu thập dữ liệu chi tiết và có liên quan trong suốt quá trình phát triển bệnh để xây dựng các mô hình đáng tin cậy cho việc dự đoán bệnh sớm. Khi hiểu biết của chúng ta về hệ vi sinh vật ruột và các bệnh ở tôm ngày càng tiến bộ, điều này càng rõ ràng rằng các giải pháp sáng tạo, như các nhóm probiotic đối kháng và các dấu ấn sinh học, có thể được phát triển một cách có hệ thống để tăng cường sự bền vững trong hoạt động nuôi trồng tôm.

Nguồn: BQQ tổng hợp dịch từ: PubMed Central® (PMC) (https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/)