Phương Pháp Phát Hiện Virus Gây Hội Chứng Đốm Trắng Trên Tôm Bằng Điện Cực Dùng Một Lần

Thành công trong việc tìm ra một phương pháp mới nhận biết virus gây hội chứng đốm trắng trên tôm

Đây là lần đầu tiên nghiên cứu được báo cáo là thành công trong việc phát hiện ra virus gây hội chứng đốm trắng – một trong những mầm bệnh quan trọng nhất đối với tôm nuôi, với tổng thiệt hại lên đến hàng tỷ đô la trên toàn cầu. Phương pháp được đưa ra trong nghiên cứu để giải quyết vấn đề nói trên là sử dụng điện cực dùng một lần. Ảnh của Fernando Huerta.

Virus gây hội chứng đốm trắng (WSSV) lây nhiễm sang tôm và gây ra bệnh đốm trắng (WSD). Chúng được coi là một trong những mầm bệnh virus có thể gây chết tôm và dẫn đến tổn thất nặng nề đối với ngành tôm nuôi trên toàn cầu. Việc tiêm ngừa được xem là một phương pháp hữu ích nhất để có thể giải quyết bất kỳ trường hợp nhiễm virus nào. Do đó, một số nỗ lực đã được thực hiện để tạo ra phản ứng miễn dịch và bảo vệ tôm khỏi nhiễm WSSV, nhưng kết quả của việc tiêm phòng này vẫn còn kém hiệu quả nếu xét trên thực tế. Để tránh những rủi ro do bệnh WSD trong nuôi tôm, điều quan trọng là cần phải có các biện pháp nhanh chóng để xác định bất kỳ trường hợp tôm nhiễm bệnh nào.

Hiện tại, người ta thường sử dụng phản ứng chuỗi polymerase (PCR – một phương pháp được sử dụng rộng rãi để tạo ra hàng triệu đến hàng tỷ bản sao của một mẫu DNA cụ thể một cách nhanh chóng) để phát hiện WSSV, bằng cách lấy các xét nghiệm DNA của virus hoặc protein sử dụng một kháng thể cụ thể, với giới hạn phát hiện – LOD (số lượng thấp nhất của một chất có thể được phân biệt với việc không có chất đó, mức độ tin cậy thường là 99%) là vài trăm bản sao DNA / mL trong vòng 4 – 12 giờ. Các xét nghiệm PCR để chẩn đoán bệnh trong nuôi trồng thủy sản bị hạn chế bởi chi phí và yêu cầu của người nuôi có tay nghề cao. Các phương pháp phát hiện WSSV khác bao gồm các kỹ thuật phức tạp như chấm đốm, xét nghiệm nhanh và xét nghiệm miễn dịch hấp thụ liên kết với enzym (ELISA).

Vật liệu nano là vật liệu có một đơn vị kích thước theo ít nhất một chiều, từ 1 đến 100 nanomet (một đơn vị chiều dài trong hệ mét bằng một phần tỷ mét, hoặc 0,000000001 mét) với các đặc tính vật lý, quang học và điện hóa độc đáo đã được sử dụng thành công để phát hiện các loại virus khác nhau với độ nhạy cao. Quang phổ trở kháng điện hóa (EIS) là một kỹ thuật nhạy để phân tích các đặc tính và nhận biết các phản ứng phân tử khác nhau, và thông qua các cảm biến sinh học có thể phát hiện trực tiếp các phân tử. Ví dụ, nghiên cứu đã chứng minh việc phát hiện virus viêm gan E bằng một điện cực cảm biến sinh học được cấu tạo bởi các kháng thể và vật liệu nano cụ thể dựa trên quy trình đo trở kháng được thiết kế.

Bài báo này – phỏng theo và tóm tắt từ bài báo gốc (theo Takemura, K. và cộng sự, năm 2020. Điện hóa phát hiện virus hội chứng đốm trắng bằng điện cực cao su silicone dùng một lần, bao gồm các chấm lượng tử graphene và dây nano polyaniline nhúng hạt nano vàng. J Nanobiotechnol 18, 152 (2020)) – báo cáo về một điện cực dùng một lần có thể phát hiện chính xác WSSV và có thể có các ứng dụng quan trọng trong ngành nuôi trồng thủy sản.

Thiết lập nghiên cứu

Để biết thông tin chi tiết về quy trình kỹ thuật cao, thiết bị và vật liệu được sử dụng để sản xuất điện cực thử nghiệm – bao gồm sự lắng đọng nanocompozit trên điện cực cảm biến, thu thập và xử lý trước WSSV, cũng như việc phát hiện WSSV bằng điện cực dùng một lần – vui lòng tham khảo bài báo gốc.

Kết quả và thảo luận

Kết quả của nghiên cứu cho thấy điện cực dùng một lần có khả năng phát hiện WSSV trên một phạm vi lớn, với độ đặc hiệu và độ nhạy cao. Độ ổn định của cảm biến cũng được thử nghiệm trong hơn một tháng để xác nhận khả năng của nó trong việc phát hiện virus tại chỗ.

Trở kháng – thước đo sự cản trở dòng điện của một mạch điện khi có hiệu điện thế đặt vào. Biểu đồ trở kháng của điện cực dùng một lần sau khi ủ virus với các nồng độ khác nhau từ 10² – 10⁹ bản sao trên mỗi mL được thể hiện trong Hình 1a. Sự tích tụ điện trở cao ở điện cực được nạp virus đã làm cho phản ứng của các điện cực cảm biến tăng theo nồng độ của WSSV. Khi WSSV liên kết với điện cực cảm biến, một số lượng lớn các hạt virus không dẫn điện sẽ bao phủ bề mặt dẫn điện, làm tăng điện trở.

Biểu đồ hiệu chuẩn hiển thị mối quan hệ tuyến tính giữa điện trở và nồng độ WSSV (Hình 1b). Giới hạn phát hiện – LOD được xác định là thấp đến 48,4 bản sao trên mỗi mL – một giá trị cực kỳ thấp và nhạy đối với việc sử dụng thực tế. Bề mặt của điện cực được nạp virus có độ nhám tăng lên đáng kể sau khi phát hiện WSSV,  điều này cho thấy có sự hiện diện của WSSV trên điện cực.

Hình 1: Phát hiện WSSV bằng điện cực dùng một lần. (a) Biểu đồ thể hiện khả năng đối kháng với các nồng độ khác nhau của WSSV. Giá trị trục tính bằng Ôm (Ohm) – đơn vị dùng để đo điện trở. (b) Đường cong hiệu chuẩn của trở kháng tương ứng. Giá trị điện trở điện tích (Rct) là một phép đo liên quan đến phản ứng điện hóa và điện hóa ăn mòn. Mỗi phát hiện được thực hiện ba lần và dữ liệu được đưa ra là trung bình ± SD (n = 3).

Nghiên cứu hiện tại đã so sánh hiệu suất cảm biến với nhiều phương pháp phát hiện WSSV khác nhau. Nhiều nghiên cứu đã phát hiện thành công DNA, nhưng không dễ để thực hiện việc phát hiện tại chỗ và nhanh chóng vì cần phải tách DNA từ WSSV. Hệ thống phát hiện của nghiên cứu được cho là thiết thực vì nó cho thấy độ nhạy cao, đơn giản và khả năng thích ứng đối với việc phát hiện tại chỗ.

Nhiều loài virus và một số vật liệu khác đã được thử nghiệm trong quá trình nghiên cứu với điện cực cảm biến, để xác định tính đặc hiệu đối với WSSV, cũng như tính chọn lọc và độ ổn định của điện cực dùng một lần. Các phản hồi của cảm biến, ngoại trừ WSSV (Hình 2a), tương tự như phản ứng của điện cực trần, cho biết độ đặc hiệu của cảm biến đối với virus mục tiêu. Cảm biến có được tính chọn lọc cao là nhờ lớp phủ đặc biệt với các vật liệu khác nhau và khả năng làm sạch hiệu quả. Khi có sự xuất hiện của nhiều chất lạ và sự hấp phụ không đặc hiệu xảy ra trên bề mặt cảm biến, các chất không phải là WSSV được loại bỏ bằng dung dịch rửa hiệu quả cao, dẫn đến tính chọn lọc cao của phương pháp.

Để quan sát khả năng ứng dụng của điện cực dùng một lần khi sử dụng lâu dài, nghiên cứu đã thử nghiệm độ ổn định của chúng trong 8 tuần. Như được mô tả trong Hình 2b, cường độ tín hiệu sau khi nạp 10⁴ bản sao trên mỗi mL virus vẫn ở mức 86% cho đến ngày thứ 35. Tuy nhiên, nó giảm xuống 73,4% sau 56 ngày lưu trữ do sự suy giảm của kháng thể.

Hình 2: (a) Kiểm tra tính chọn lọc của lớp phủ điện cực được sử dụng để phát hiện WSSV so với các virus không mục tiêu, các ion khác nhau và các chất khác. (b) Kiểm tra độ ổn định của điện cực dùng một lần. Điện cực được bảo quản trong tủ lạnh trong 56 ngày và hiệu suất phát hiện được kiểm tra hàng tuần kể từ tuần thứ hai. Phỏng theo bản gốc.

Sau khi phát hiện thành công WSSV trong môi trường đệm, các mẫu virus được thu thập từ 10 con tôm nhiễm WSSV và đưa đi xét nghiệm. Số bản sao DNA được so sánh với kết quả thu được từ kỹ thuật phát hiện điện hóa này. Xu hướng tổng thể của kết quả PCR đối với các mẫu cho thấy sự tương đồng nổi bật với xu hướng của kết quả cảm biến điện hóa, xác nhận khả năng tái lập kết quả của cảm biến. Nhìn chung, dữ liệu của nghiên cứu cho thấy rằng hệ thống cảm biến có độ nhạy cao hơn khoảng 6 – 7 lần so với các kỹ thuật kiểm tra WSSV hiện đang được sử dụng khác như Western blot. Hơn nữa, hệ thống cảm biến này có thể phát hiện WSSV từ động vật bị nhiễm bệnh trong vòng chưa đầy 20 phút.

Quan điểm

Các nhà nghiên cứu đã phát triển và xác nhận phương pháp điện cực dùng một lần để phát hiện nhanh chóng và nhạy với Virus gây hội chứng đốm trắng (WSSV) trong vòng 20 phút. Trong quá trình thử nghiệm, cảm biến đã phát hiện virus trên một phạm vi rộng từ 10² – 10⁹ bản sao DNA trên mỗi mL, với giới hạn phát hiện là 48,4 bản sao trên mỗi mL. Chức năng của điện cực dùng một lần đã được chứng minh là có độ chọn lọc cao và ổn định lâu dài trong khoảng năm tuần.

Khả năng cảm biến cũng rất thành công khi thử nghiệm với các loại virus khác, cho thấy khả năng ứng dụng linh hoạt của nó để sử dụng trong tương lai. Cảm biến đã được ứng dụng để phát hiện virus ở tôm nuôi bị nhiễm WSSV và có thể so sánh với phân tích PCR hiện đang được sử dụng, điều này đã khẳng định khả năng ứng dụng của nó như một hệ thống giám sát tuyệt vời để phát hiện virus theo thời gian thực.

Đây là minh chứng đầu tiên về việc phát hiện ra WSSV bằng điện cực cảm biến chế tạo nano có độ nhạy, độ chọn lọc và độ ổn định cao, cho thấy tiềm năng của nó như một công cụ chẩn đoán để theo dõi WSSV trong ngành nuôi trồng thủy sản. Hệ thống phát hiện này có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc kiểm soát sự bùng nổ của WSSV đối với các hệ thống phát hiện tại chỗ tại các cơ sở sản xuất tôm.

Theo Tiến sĩ Kenshin Takemura, Tiến sĩ Jun Satoh, Tiến sĩ Jirayu Boonyakida, Tiến sĩ Sungjo Park, Tiến sĩ Ankan Dutta Chowdhury, và Tiến sĩ Enoch Y. Park.

Nguồn: https://www.globalseafood.org/advocate/electrochemical-detection-of-wssv-with-disposable-electrode/

Biên dịch: Huyền Thoại – Công ty TNHH PTTS Bình Minh

Xem thêm:

• Cân Nhắc Việc Suy Trì Sự Sinh Sản Đa Dạng Của Họ Tôm He Về Mặt Thương Mại
• Sự Xâm Nhập Của Vi Sinh Vật Ở Giai Đoạn Đầu Trong Quá Trình Phát Triển Của Tôm Sú
• Đánh Giá Khả Năng Tiêu Hóa Và Hiệu Suất Tăng Trưởng Của Bột Côn Trùng Trong Khẩu Phần Ăn Của Thẻ Chân Trắng (Litopenaeus Vannamei)