Phát triển văcxin vi khuẩn sống bằng cách chọn lọc đề kháng với các chất kháng khuẩn

Tóm tắt: Do việc sử dụng rộng rãi các loại kháng sinh đã và đang dẫn đến đề kháng kháng sinh ở các loài vi khuẩn gây bệnh trên cá, văcxin đưa ra một phương pháp kiểm soát thay thế để ngăn ngừa các bệnh do vi khuẩn. Các tác giả đã tiến hành một nghiên cứu để xác định xem hợp chất tự nhiên gossypol, chất khử trùng kháng khuẩn proflavine hemisulfate, hoặc thuốc kháng sinh ciprofloxacin hoặc novobiocin có hiệu quả làm giảm độc lực vi khuẩn cho mục đích phát triển văcxin hay không. Mặc dù các phương pháp điều trị hóa chất đã sinh ra các phân lập giảm độc lực tới các mức độ khác nhau, chỉ có một vài phân lập tạo được phòng vệ an toàn, hiệu quả ở cá rô phi và cá da trơn.

Các loại bệnh chủ yếu do vi khuẩn tác động đến nuôi trồng thủy sản bao gồm Streptoccosis do vi khuẩn hình cầu Gram dương (trái) như là Streptococcus agalactiae và S. iniae, nhiễm trùng huyết đường ruột do vi khuẩn hình que Gram âm (phải).

Tiến sĩ Julia W. Pridgeon

Nhà Nghiên cứu Sinh vật học Phân tử

Khoa Nghiên cứu Sức khỏe Động vật Thủy sản, Bộ Nông nghiệp Mỹ

Vụ Nghiên cứu Nông nghiệp, 990 Wire Road, Auburn, Alabama 36832, Mỹ

Tiến sĩ Phillip Klesius

Nhà Nghiên cứu Vi sinh vật học (đã nghỉ hưu)

Khoa Nghiên cứu Sức khỏe Động vật Thủy sản, Bộ Nông nghiệp Mỹ

Vụ Nghiên cứu Nông nghiệp

Nuôi trồng thủy sản là ngành sản xuất thực phẩm phát triển nhanh nhất trên thế giới. Tuy nhiên, các loại bệnh lây lan thành dịch ở ngành này gây thiệt hại kinh tế ước tính hàng tỷ đô la trên toàn thế giới. Các loại bệnh chủ yếu do vi khuẩn ảnh hưởng đến nuôi trồng thủy sản bao gồm streptoccosis do vi khuẩn hình cầu Gram dương như Streptococcus agalactiae và S. iniae, nhiễm trùng huyết đường ruột do vi khuẩn hình que Gram âm như Edwardsiella tarda và bệnh nhiễm trùng huyết do vi khuẩn Gram âm như Aeromonas hydrophila (aeromonad di động) gây ra.

Để kiểm soát các bệnh do vi khuẩn trên cá, cách thực hành chung là cho cá nhiễm bệnh ăn thức ăn có trộn thuốc kháng sinh đã được phê chuẩn. Tuy nhiên, cách thực hành như thế tốn kém và thường không hiệu quả, vì khi cá bị bệnh thì không muốn ăn. Ngoài ra, chỉ có ba loại thuốc kháng sinh hiện được phê chuẩn sử dụng trong nuôi trồng thủy sản ở Mỹ là oxytetracycline, sulfadimethoxine và florfenicol.

Việc sử dụng phổ biến số lượng kháng sinh hạn chế để điều trị các bệnh do vi khuẩn trong nuôi trồng thủy sản đã và đang dẫn đến sự phát triển đề kháng kháng sinh ở nhiều tác nhân gây bệnh cho cá trên toàn thế giới. Vì vậy, cần khẩn trương có các phương pháp kiểm soát thay thế cho ngành nuôi trồng thủy sản.

Văcxin

Việc sử dụng văcxin là một phương pháp kiểm soát thay thế để phòng ngừa bệnh do vi khuẩn trong nuôi trồng thủy sản. Loại văcxin cho cá được nghiên cứu rộng rãi nhất là bacterin gồm có formalin hoặc vi khuẩn thuộc chủng gây bệnh bị giết chết do nhiệt. Ngoài ra, văcxin protein tái tổ hợp và lysate vi khuẩn (mảnh vụn hoặc dịch tế bào do dung giải) đã từng được chứng minh để tìm ra cách phòng vệ chống lại cảm nhiễm với các chủng vi khuẩn độc hại. Hơn nữa, loại văcxin sống giảm độc lực đã từng được báo cáo để tạo được phòng vệ đáng kể chống lại cảm nhiễm với các chủng vi khuẩn độc. Để phát triển văcxin vi khuẩn sống có hiệu quả, một chiến lược kháng rifampicin đã được sử dụng thành công để làm giảm độc lực của E. ictaluri và Flavobacterium columnare. Tuy nhiên, không rõ liệu các loại hóa chất khác cũng có thể được sử dụng để làm giảm độc lực vi khuẩn nhằm mục đích phát triển văcxin mới.

Gossypol, một hợp chất tự nhiên lấy từ ​​cây bông được biết có tác động gây đột biến trên DNA. Novobiocin và ciprofloxacin là các loại thuốc kháng sinh. Vì vậy, mục tiêu của nghiên cứu này là để xác định xem gossypol, proflavine hemisulfate, novobiocin hoặc ciprofloxacin có hiệu quả làm giảm độc lực vi khuẩn cho mục đích phát triển văcxin hay không.

Kích kháng ở vi khuẩn

Tất cả phân lập vi khuẩn sử dụng trong nghiên cứu đã nhanh chóng phát triển đề kháng cao gấp 250 – 800 lần với gossypol có hàm lượng chọn lọc ban đầu là 2µg/ml. Tuy nhiên, chỉ có 33% (6 trong số 18) và 50% (10 trong số 20) phân lập vi khuẩn Gram âm và Gram dương đã phát triển đề kháng tương ứng với proflavine hemisulfate.

Sáu phân lập vi khuẩn Gram âm đã phát triển đề kháng cao gấp 16 – 1.000 lần với proflavine hemisulfate, trong khi 10 phân lập vi khuẩn Gram dương đã phát triển đề kháng cao gấp 20.000 – 80.000 lần với proflavine hemisulfate. Khi novobiocin được sử dụng để chọn lọc đề kháng, các phân lập vi khuẩn Gram âm cũng như Gram dương S. agalactiae đã có thể phát triển đề kháng.

Vi khuẩn Gram âm đã phát triển đề kháng cao gấp 64 – 2.000 lần với novobiocin. Các phân lập S. agalactiae Gram dương đã phát triển đề kháng cao gấp 256 – 16.000.000 lần với novobiocin. Tuy nhiên, S. iniae rất nhạy cảm với novobiocin. Chỉ có hai phân lập S. iniae đã phát triển đề kháng tương ứng cao gấp 256.000 và 2.000.000 lần với novobiocin. Tương tự khi ciprofloxacin được sử dụng để chọn lọc đề kháng, tất cả phân lập vi khuẩn Gram âm cũng như đa số các phân lập S. agalactiae đã phát triển đề kháng, trong khi chỉ một phân lập S. iniae có thể phát triển đề kháng cao gấp 128 lần với ciprofloxacin.

Độc lực vi khuẩn với cá rô phi, cá da trơn

Tất cả phân lập vi khuẩn kháng gossypol hoặc là độc hơn với cá rô phi hoặc ít độc hơn với tế bào mẹ của phân lập vi khuẩn đó. Trong số 20 phân lập vi khuẩn kháng proflavine hemisulfate nhận thấy có 18 phân lập không độc với cá rô phi qua tiêm phúc mô. Trong số 18 phân lập vi khuẩn kháng novobiocin có 4 phân lập không độc với cá da trơn.

Trong số 13 phân lập vi khuẩn Gram dương kháng novobiocin có 3 không độc với cá rô phi. Trong số 12 phân lập vi khuẩn S. iniae hoặc S. agalactiae kháng ciprofloxacin nhận thấy có 5 không độc. Trong số 11 phân lập vi khuẩn kháng ciprofloxacin có 3 không độc với cá da trơn.

Cá rô phi, cá da trơn đã tiêm văcxin bị cảm nhiễm với các phân lập

Tất cả các phân lập kháng proflavine hemisulfate đã không tạo được phòng vệ đáng kể cho cá rô phi chống lại cảm nhiễm với các phân lập vi khuẩn độc hại và có tỷ lệ sống tương đối thấp hơn 33%. Trong số 9 phân lập S. iniae hoặc S. agalactiae kháng novobiocin đã thử nghiệm nhận thấy có 2 tạo được phòng vệ 100%. Trong số 7 phân lập S. iniae hoặc S. agalactiae kháng ciprofloxacin đã thử nghiệm thì chỉ có 2 tạo được phòng vệ 88% và 63%.

Hai phân lập kháng novobiocin có thể tạo được phòng vệ 100% cho cá da trơn chống lại các cảm nhiễm với phân lập vi khuẩn độc hại. Trong số 5 phân lập A. hydrophila hoặc E. tarda kháng ciprofloxacin được thử nghiệm nhận thấy có 3 phân lập tạo được phòng vệ 100% cho cá da trơn.

Nghiên cứu quy mô lớn hơn

Khi cá da trơn đã tiêm văcxin bị cảm nhiễm bởi vi khuẩn độc E. tarda 30305 thì E. tarda 30305 –novobiocin đã tạo được phòng vệ 100% cho cá da trơn. Tương tự, cá rô phi sông Nile đã tiêm văcxin bị cảm nhiễm bởi vi khuẩn độc E. tarda 30305, tỉ lệ phần trăm sống tương đối của cá ở 14 và 28 ngày sau tiêm văcxin tương ứng là 100% và 92%. Tỉ lệ chết cộng dồn của cá đã tiêm văcxin E. tarda 30305 – novobiocin ở các thời điểm khác nhau thấp hơn đáng kể so với tỉ lệ của cá đã tiêm văcxin trong môi trường canh thang TSB phỏng tạo (tryptic soy broth).

Về an toàn trực tràng, trong số tất cả cá phơi nhiễm với vắc-xin E. tarda 30305 – novo qua tiêm phúc mô, quan sát thấy không có tỉ lệ chết hoặc dấu hiệu của bệnh hoặc biến diễn có hại. Cá không chết trong nghiên cứu an toàn trực tràng sau khi phơi nhiễm với E. tarda 30305 – novo.

Các quan điểm

Bốn hóa chất được sử dụng trong nghiên cứu này để biến đổi 38 phân lập vi khuẩn qua một chiến lược kháng hóa chất. Tất cả phân lập vi khuẩn sử dụng trong nghiên cứu này có thể phát triển đề kháng cao với gossypol. Tuy nhiên, không có phân lập kháng gossypol nào bị giảm độc lực. Dù đa phần các phân lập kháng proflavine hemisulfate bị giảm độc lực, nhưng tất cả đều không tạo được phòng vệ đáng kể cho cá.

Tám phân lập vi khuẩn Gram dương kháng novobiocin hoặc ciprofloxacin đã nhận thấy giảm độc lực. Tuy nhiên, không có phân lập nào tạo được phòng vệ cao hơn 70%. Trong số 7 phân lập Gram âm kháng novobiocin hoặc ciprofloxacin đã giảm độc lực thì nhận thấy chỉ có một (E. tarda 30305 kháng novobiocin) là tương đối an toàn và hiệu quả cao.

Khi cá rô phi sông Nile đã tiêm văcxin E. tarda 30305 – novo bị cảm nhiểm bởi vi khuẩn độc E. tarda 30305, tỉ lệ phần trăm sống tương đối của cá ở 14 và 28 ngày sau tiêm văcxin tương ứng là 100% và 92%. Tương tự, E. tarda 30305 – novo tạo được phòng vệ 100% cho cá da trơn chống lại các cảm nhiễm với phân lập tế bào mẹ của vi khuẩn E. tarda 30305.

Kết quả cho thấy việc phát triển văcxin vi khuẩn sống giảm độc lực có tác dụng an toàn và hiệu quả mang tính khả thi dù đang là thách thức.

BioAqua dịch

Nguồn: Theo Advocate Global Aquaculture – Tháng 5-6/2014