Sự Xâm Nhập Của Vi Sinh Vật Ở Giai Đoạn Đầu Trong Quá Trình Phát Triển Của Tôm Sú

Kết quả cho thấy sự đa dạng của vi khuẩn trở nên ổn định hơn khi tôm phát triển đến giai đoạn ấu trùng

Nghiên cứu này đánh giá sự xâm nhập của vi sinh vật ở giai đoạn đầu trong quá trình phát triển của tôm sú (Penaeus monodon). Kết quả cho thấy sự đa dạng của vi khuẩn trở nên tương đối ổn định hơn khi tôm phát triển đến giai đoạn ấu trùng, và sự xâm nhập của vi sinh vật trong giai đoạn đang phát triển của tôm sú có thể được kiểm soát bởi các giai đoạn phát triển của vật chủ, chế độ ăn, chức năng sinh lý và tình trạng miễn dịch khác nhau. Ảnh của Darryl Jory.

Tôm sú (Penaeus monodon) là một trong những loài tôm nuôi và xuất khẩu quan trọng nhất, với nhu cầu thị trường và giá cả ngày càng cao. Một nhóm nghiên cứu gần đây đã bắt đầu thực hiện việc xác định vi khuẩn đường ruột trong P. monodon và sự tương tác của chúng đối với vật chủ. Nghiên cứu đã giải mã được sự đa dạng của vi khuẩn trong các mẫu ruột của tôm ở nhiều trang trại khác nhau, từ môi trường sống đến các giai đoạn sống, từ ấu trùng tôm đến tôm trưởng thành.

Với sự hiểu biết tốt hơn về hệ vi sinh vật của P. monodon (tập hợp tất cả các vi sinh vật – bao gồm vi khuẩn, vi rút và nấm – sống tự nhiên trên cơ thể và trong cơ thể của động vật), chúng tôi tin rằng nó sẽ mở đường cho sự cải thiện việc kiểm soát dịch bệnh và chăn nuôi các loài theo hướng bền vững. Một số nghiên cứu đã báo cáo rằng quần thể vi khuẩn và các loài vi khuẩn riêng lẻ có thể đóng một vai trò quan trọng liên quan đến khả năng sống sót của ấu trùng tôm trong việc đánh giá chất lượng và sự phát triển của của chúng, đặc biệt là sự phát triển miễn dịch đường ruột. Ngoài ra, một số ứng dụng của probiotics đã cho thấy các kết quả đầy hứa hẹn trong việc giảm tỷ lệ chết cho tôm. Phương thức hoạt động của những probiotics này có thể liên quan đến việc điều hòa hoặc ức chế miễn dịch và khả năng đối kháng với các sinh vật gây bệnh.

Cần có sự hiểu biết về cơ sở hình thành quần thể của tôm ở những giai đoạn đầu để phát triển prebiotics và probiotics một cách hiệu quả nhất có thể. Đặc biệt, tôm con mới nở có trạng thái vô trùng, hệ tiêu hoá chưa hoàn thiện trước khi chúng phát triển thành các giai đoạn Nauplius, Zoea, Mysis và Postlarvae (ấu trùng). Sau giai đoạn Nauplius, tôm P. monodon bắt đầu ăn vi tảo hoặc thức ăn sống, điều này đã tạo cơ hội cho vi khuẩn từ các nguồn bên ngoài bắt đầu sinh sôi nảy nở trong ruột của vật chủ.

Sự tương tác giữa khả năng miễn dịch của vật chủ và vi khuẩn không gây bệnh trong giai đoạn đầu là rất quan trọng cho sự phát triển của khả năng miễn dịch ở các loài động vật khác. Tuy nhiên, sự tương tác này cũng được quan sát thấy ở tôm vì hệ thống miễn dịch của chúng thường hoạt động hết công suất trong giai đoạn đầu ở trại giống. Do đó, giai đoạn đầu sẽ là giai đoạn rất quan trọng khi áp dụng các chất phụ gia vào thức ăn chăn nuôi như chế phẩm sinh học, vì nó  có thể giúp hình thành các vi khuẩn đường ruột khỏe mạnh.

Bài báo này được chỉnh sửa và tóm tắt từ bài báo gốc (theo Angthong, P. và cộng sự, năm 2020. Phân tích sự hình thành của vi khuẩn ở giai đoạn đầu trong quá trình phát triển của tôm sú (Penaeus monodon)) – nghiên cứu mô tả đặc điểm của quần thể vi khuẩn cơ bản liên quan đến các giai đoạn đầu của P. monodon, để hỗ trợ việc cải thiện thức ăn và quản lý trại giống.

Thiết lập nghiên cứu

Tôm sú trong thử nghiệm được nuôi tại Trung tâm Cải thiện Di truyền Tôm (SGIC, Cơ quan Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia, Surat Thani, Thái Lan). Mỗi họ tôm được duy trì trong bể sợi thủy tinh 200 lít và được cho ăn theo khẩu phần dựa trên giai đoạn sống của chúng. Giai đoạn Zoea được nuôi bằng vi tảo (Thalassiosira sp. và Chaetoceros sp.) cho đến khi chúng đạt đến giai đoạn Mysis. Tôm ở giai đoạn Mysis được cho ăn bằng artemia chín và vi tảo. Khi đạt đến giai đoạn Postlarvae, tôm được cho ăn artemia sống kết hợp với thức ăn công nghiệp.

Các mẫu tôm từ mỗi họ (A, B) được thu thập khi chúng đạt đến các giai đoạn Nauplius, Zoea, Mysis và Postlarvae, như thể hiện trong sơ đồ ở Hình 1. Do kích thước ấu trùng tôm nhỏ, các mẫu tôm ở bể được thu thập. Tất cả các mẫu tôm đều được xả hai lần với nước cất vô khuẩn để giảm thiểu sự ô nhiễm từ nước nuôi.

Hình 1: Sơ đồ tổng hợp các giai đoạn phát triển ban đầu ở tôm sú. Tôm và nước nuôi (W) được thu thập ở các giai đoạn Nauplius (N), Zoea (Z), Mysis (M), Postlarva 5 ngày tuổi (PL5) và Postlarva 15 ngày tuổi (PL15) từ các họ khác nhau (Họ A và Họ B) để phân tích hệ vi sinh vật.

Để biết thông tin chi tiết về thiết kế thí nghiệm và việc nuôi dưỡng; tách chiết và tinh chế DNA; khuếch đại gen và giải trình tự; định lượng mức độ phong phú của vi khuẩn; phân tích quần thể vi sinh vật và các phân tích khác, vui lòng tham khảo bài báo gốc.

Kết quả và thảo luận

Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã báo cáo về vai trò quan trọng của hệ vi sinh vật chủ trong tiêu hóa, tăng cường hệ thống miễn dịch và sự phát triển ở động vật thủy sản bao gồm cả tôm. Do đó, việc hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa vật chủ và quần thể vi sinh vật chính là một trong những chiến lược quan trọng để đạt được sự sản xuất bền vững và kiểm soát dịch bệnh hiệu quả trong chăn nuôi thủy sản. Đặc điểm của cơ sở vi sinh vật trong giai đoạn đầu của vật chủ là rất quan trọng, vì chúng có những lợi ích tiềm năng trong việc thúc đẩy sự cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột khỏe mạnh từ giai đoạn chưa trưởng thành. Nhóm nghiên cứu đã nỗ lực điều tra về quần thể vi khuẩn liên quan đến P. monodon trong các điều kiện khác nhau, và các nhà nghiên cứu đã đưa ra báo cáo đầu tiên về vi khuẩn liên quan đến các giai đoạn đầu của P. monodon từ giai đoạn Nauplius đến Zoea, Mysis và Postlarvae.

Nghiên cứu này cung cấp bằng chứng đầu tiên về hệ vi sinh vật của P. monodon được thiết lập trong giai đoạn đầu của sự phát triển. Họ đã xác định được 30 đơn vị phân loại hoạt động phổ biến – OTU (một định nghĩa về sự hoạt động được sử dụng để phân loại các nhóm cá thể có liên quan chặt chẽ với nhau; thường được sử dụng để phân loại vi khuẩn dựa trên sự giống nhau về trình tự) thuộc nhóm vi khuẩn Proteobacteria, Bacteroidetes và Planctomycetes. Kết quả cho thấy sự tồn tại của cơ sở vi khuẩn thông qua sự phát triển của P. monodon từ trứng đến trưởng thành. Các dữ liệu về các vi khuẩn phổ biến này phù hợp với các báo cáo trước đây, rằng Proteobacteria và Bacteroidetes được phát hiện là vi khuẩn bản địa ở tôm con. Tuy nhiên, vẫn cần bổ sung thêm nhiều nghiên cứu về sự tương tác giữa vật chủ và vi khuẩn ở P. monodon để hiểu rõ hơn về mối quan hệ của chúng và những lợi ích tiềm năng đối với vật chủ.

Nghiên cứu cũng ghi nhận mối liên hệ giữa ngành Proteobacteria, Bacteroidetes và Actinobacteria với P. monodon ở giai đoạn đầu. Những ngành chiếm ưu thế này được gọi là hệ vi sinh điển hình của các sinh vật sống dưới nước (Hình 2). Kết quả của nghiên cứu cũng cho thấy Vibrio là vi khuẩn nổi trội nhất trong tất cả các giai đoạn của tôm, điều này phù hợp với dữ liệu được báo cáo bởi các nhà nghiên cứu khác, rằng Vibrio là vi khuẩn chiếm ưu thế có khả năng sống sót qua quá trình biến thái của tôm.

Trong nhóm vi khuẩn Bacteroidetes thì vi khuẩn Tenacibaculum là chiếm ưu thế nhất. Vi khuẩn này cùng với tảo phù du từ biển là Chaetoceros sp. và Thalassiosira sp. được sử dụng làm thức ăn cho tôm ăn ở giai đoạn Zoea và Mysis trong nghiên cứu. Do đó, lượng Tenacibaculum tương đối nhiều hơn trong hai giai đoạn này cho thấy rằng nó có thể là một quần thể tạm thời. Ngoài ra, Planctomycetes được xác định là một trong những nhóm vi khuẩn chiếm ưu thế trong giai đoạn đầu: những vi khuẩn này có thể loại bỏ các hợp chất nitơ gây hại như amoniac (NH₃) và nitrit (NO₂), do đó, chúng có vai trò quan trọng trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản.

Hình 2: Các quần thể vi khuẩn chiếm ưu thế trong tôm và nguồn nước nuôi. Mẫu tôm và nước nuôi được thu thập ở các giai đoạn Nauplius (N), Zoea (Z), Mysis (M), Poslarvae 5 ngày tuổi (PL5) và Poslarvae 15 ngày tuổi (PL15) từ hai họ tôm (Họ A và Họ B). Sự phân bố của vi khuẩn có liên quan đến tôm và nước nuôi của chúng với độ phong phú tương đối lớn hơn 0,2% đã được thể hiện trên sơ đồ và những loài có độ phong phú ít hơn 0,2% được xếp vào ngành khác. (a) Các ô thanh xếp chồng lên nhau đại diện cho 5 chi vi khuẩn ưu thế hàng đầu liên quan đến tôm từ mỗi họ ở mỗi giai đoạn sống của mỗi ngành, Proteobacteria (b), Bacteroidetes (c), Planctomycetes (d) và Actinobacteria. (e) Năm chi không chiếm ưu thế được hiển thị dưới các chi khác. Phỏng theo bản gốc.

Các yếu tố ở vật chủ chịu trách nhiệm cho việc hình thành hệ vi sinh vật ở động vật, bao gồm cả tôm. Kết quả của nghiên cứu cho thấy yếu tố chính ảnh hưởng đến các thành phần của hệ vi sinh vật chính là các giai đoạn phát triển. Các quần thể vi khuẩn P. monodon liên quan đến giai đoạn Poslarvae (ấu trùng 5 và 15 ngày tuổi) là tương tự nhau, nhưng các quần thể từ các giai đoạn sớm hơn như Nauplius, Zoea và Mysis lại khác nhau. Sự thay đổi trong thành phần vi khuẩn này có thể được giải thích bởi chức năng sinh lý của vật chủ và sự thay đổi trong chế độ ăn cần thiết ở mỗi giai đoạn. Giống như các loài giáp xác khác, tôm trải qua quá trình biến thái qua các giai đoạn sau: trứng, Nauplius, Zoea, Mysis, Postlarva, con non và con trưởng thành. Sự phát triển của chúng qua các giai đoạn cũng kéo theo sự khác biệt về sự phát triển sinh lý và nhu cầu thức ăn tương ứng.

Trong nghiên cứu, khi trứng tôm nở thành giai đoạn ấu trùng đầu tiên (Nauplius), chúng ăn thức ăn dự trữ trong vài ngày trước khi phát triển thành giai đoạn Zoea, giai đoạn mà tôm chủ yếu được cho ăn với thực vật phù du. Tôm ở giai đoạn Mysis được cho ăn bổ sung với artemia (tôm ngâm nước mặn) đã qua xử lý nhiệt và thực vật phù du. Khi chúng bước vào giai đoạn Postlarva, chế độ ăn chính của tôm ở giai đoạn này là artemia sống và thức ăn viên thương mại.

Sự thay đổi của quần thể vi khuẩn trong các giai đoạn phát triển cũng đã được báo cáo ở các động vật không xương sống khác. Do đó, những thay đổi về phát triển cả về hình thái và sinh lý cùng với việc điều chỉnh lượng thức ăn trong giai đoạn đầu có thể tác động đến quần thể vi khuẩn. Ngoài các giai đoạn phát triển, một số nghiên cứu trước đây đã nhấn mạnh rằng nền tảng di truyền của tôm cũng có thể ảnh hưởng đến các thành phần loài trong quần thể của vi khuẩn. Trong nghiên cứu hiện tại, các nhà nghiên cứu đã quan sát một cách nhất quán rằng các cấu hình vi khuẩn trong cùng một họ được tập hợp lại với nhau trong mỗi giai đoạn sống, cho thấy rằng sự biến đổi di truyền từ nhiều họ tôm khác nhau có thể làm cơ sở cho sự đa dạng vi khuẩn trong quần thể tôm, nhưng tác động này không ảnh hưởng đáng kể bằng các giai đoạn phát triển của vật chủ. Những phát hiện của nghiên cứu này phù hợp với kết luận của các nghiên cứu trước, đều làm sáng tỏ mối quan hệ trực tiếp giữa các giai đoạn phát triển của tôm và hệ vi sinh vật.

Ngoài các yếu tố ở vật chủ, điều kiện môi trường về cơ bản cũng có thể tác động đến thành phần loài của quần thể vi sinh vật, và đã được chứng minh là có ảnh hưởng mạnh đến quần thể vi sinh vật hơn so với di truyền ở vật chủ. Ngày càng có nhiều bằng chứng làm nổi bật lên mối liên hệ chặt chẽ giữa môi trường nuôi tôm (ví dụ như môi trường tự nhiên, ở trang trại hoặc trong phòng thí nghiệm) và sự đa dạng của vi sinh vật. Nghiên cứu cũng chứng minh rằng môi trường nuôi có thể ảnh hưởng đáng kể đến thành phần loài của vi khuẩn đối với tôm P. monodon, cũng như các giai đoạn phát triển của chúng. Do đó, có thể làm giàu thành phần vi sinh vật cụ thể bằng cách thay đổi hệ vi sinh thông qua việc quản lý canh tác, chẳng hạn như sử dụng chế phẩm sinh học và xử lí nguồn nước. Điều này có thể được xem là một biện pháp khả thi trong việc nâng cao hiệu suất tăng trưởng và khả năng kháng bệnh.

Vi khuẩn là hệ vi sinh tự nhiên cư trú bên trong vật chủ, cho phép việc quản lý và xâm chiếm thành công ở tôm, do đó, chúng có thể được coi là yếu tố tiềm năng cho sự phát triển của probiotic. Ví dụ, vi khuẩn Vibrio và Pseudoalteromonas được hình thành từ giai đoạn Nauplius thường được quan sát thấy trong môi trường nước.  Ngoài ra, một số chủng cũng đã được báo cáo là mang lại giá trị probiotic trong việc chống lại các vi khuẩn gây bệnh.

Tuy nhiên, thông qua phân tích của nghiên cứu, vi khuẩn V. alginolyticus đã được xác định là thành phần trong hệ vi sinh vật, và điều này cũng phù hợp với kết quả của các nghiên cứu trước. Do đó, một số vi khuẩn Vibrio sp. nên được sử dụng như một chế phẩm sinh học tiềm năng trong nuôi tôm một cách cẩn thận, vì một số loài liên quan như (V. harveyi và V. parahaemolyticus) có thể gây bệnh cho tôm trong các điều kiện bất lợi như hàm lượng chất hữu cơ cao, quản lý môi trường nuôi kém hoặc sự suy giảm miễn dịch ở vật chủ. Tương tự, một số loài Pseudoalteromonas được đánh giá là vi khuẩn gây bệnh trong khi những loài khác được sử dụng làm chế phẩm sinh học cho các sinh vật biển khác nhau bao gồm cả tôm xanh (L. stylirostris).

Do đó, cần phải có sự so sánh về hệ vi sinh vật có liên quan đến giai đoạn đầu của P. monodon từ nhiều trang trại nuôi tôm khác nhau để xác định đặc điểm chính của hệ vi sinh vật ở loài tôm này.

Quan điểm

Kết quả của nghiên cứu đã chứng minh rằng quần thể vi khuẩn liên quan đến P. monodon trong giai đoạn đầu có thể được điều chỉnh theo các giai đoạn sống thông qua sự khác biệt về chức năng sinh lý vật chủ và chế độ ăn. Phát hiện của nghiên cứu cung cấp những hiểu biết đầu tiên về sự hình thành và tập hợp vi khuẩn trong giai đoạn đầu của P. monodon, nơi mà môi trường nuôi đóng vai trò tối thiểu đối với việc ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật trên tôm. Kiến thức cơ bản này sẽ hỗ trợ sự phát triển bền vững của chế phẩm sinh học hoặc chất phụ gia trong thức ăn trong nuôi trồng thủy sản, góp phần cải thiện tỷ lệ sống và khả năng hấp thụ dinh dưỡng trong việc nuôi tôm sú P. monodon.

Do đó, cần có thêm những nghiên cứu bổ sung trong tương lai về sự tương tác giữa vật chủ và hệ vi sinh vật để có thể hiểu hoàn toàn chức năng của các quần thể vi khuẩn ở các giai đoạn sống khác nhau cũng như vai trò của chúng đối với sức khỏe của loài tôm này.

Theo Tiến sĩ Pacharaporn Angthong, Tiến sĩ Tanaporn Uengwetwanit, Thạc sĩ Khoa học tự nhiên Sopacha Arayamethakorn, Tiến sĩ Panomkorn Chaitongsakul Nitsara Karoonuthaisiri, và Tiến sĩ Wanilada Rungrassamee.

Nguồn: https://www.globalseafood.org/advocate/microbial-colonization-in-the-early-developmental-stages-of-the-black-tiger-shrimp/

Biên dịch: Huyền Thoại – Bình Minh Capital

Xem thêm:

• Đánh Giá Ảnh Hưởng Của Huyết Tương Sấy Khô Trong Chế Độ Ăn Của Tôm Thẻ Chân Trắng Thái Bình Dương
• Sức Khỏe Của Hệ Vi Sinh Vật Đường Ruột Ở Tôm Post L. Vannamei Bị Ảnh Hưởng Sau Khi Giảm Độ Mặn
• Các Loại Thức Ăn Cho Tôm Trong Tương Lai