Những điều cần biết về các tác nhân kích thích miễn dịch cho tôm

Ngành tôm đang tìm kiếm những cách mới để chống lại các đợt bùng phát bệnh đốm trắng – đặc biệt là vì các chiến lược điều trị trước đây đã dựa vào việc sử dụng kháng sinh và các liệu pháp hóa học phòng ngừa. Khi các nhà sản xuất tôm cố gắng hạn chế việc sử dụng các hợp chất này để ngăn chặn sự gia tăng của vi khuẩn kháng thuốc và các dư lượng có hại, ngành công nghiệp đang quay sang sử dụng các chất kích thích miễn dịch. Những hợp chất thân thiện với môi trường, có khả năng chống vi rút này có thể củng cố hệ thống miễn dịch của tôm nuôi – cho phép chúng chống lại một loạt các tác nhân xâm nhập.

Khi ngành công nghiệp toàn cầu phục hồi sau các trở ngại liên quan đến đại dịch, các nhà nghiên cứu đang tập trung vào các chất kích thích miễn dịch. Nếu các nhà sản xuất tôm triển khai thành công các hợp chất này trong khi duy trì an toàn sinh học tại trang trại, ngành công nghiệp có thể giảm sự phụ thuộc vào kháng sinh và giữ cho bệnh đốm trắng không bùng phát.

Thị trường tôm năm 2022

Mặc dù ngành tôm đã đối mặt với sự chậm lại đáng kể do các biện pháp phong tỏa Covid-19 và những rắc rối trong thương mại vào năm 2020, thị trường 18,3 tỷ USD* dự kiến sẽ phục hồi và phát triển lên 23,4 tỷ USD vào năm 2026. Phân tích gần đây từ Rabobank đã ghi nhận nhu cầu mạnh mẽ và giá thị trường có lợi trong lĩnh vực này. Các nhà phân tích dự đoán nguồn cung tôm ở Ấn Độ và Ecuador sẽ tăng. Nếu chi phí sản xuất giữ ổn định, diễn biến tăng trưởng của ngành sẽ tiếp tục.

Đi xa hơn những xu hướng cung và cầu rộng rãi, nuôi tôm bị ảnh hưởng bởi hai lực lượng cạnh tranh: công nghệ và dịch bệnh. Lịch sử cho thấy, các nhà sản xuất tôm – thường có trụ sở tại các quốc gia đang phát triển – sẽ có được lợi thế cạnh tranh và phát triển bằng cách áp dụng công nghệ mới, chỉ để tiến bộ của họ bị hạn chế – hoặc thậm chí bị xóa bỏ – bởi các bệnh như hội chứng đốm trắng.

Theo các khảo sát gần đây tại trang trại từ Global Outlook for Aquaculture Leadership (GOAL), các nhà sản xuất tôm đã liệt kê các đợt bùng phát bệnh như là thách thức lớn nhất trong sản xuất. Chi phí thức ăn, khả năng tiếp cận nguồn giống không có bệnh và sự dao động của giá thị trường quốc tế là những mối lo ngại hàng đầu khác của ngành. Nếu các nhà sản xuất tôm có thể tìm ra cách hiệu quả và bền vững về môi trường để giữ bệnh tật ở xa, ngành này có thể tập trung vào việc cải thiện sức khỏe tôm và chất lượng hoàn thiện. Những cải tiến này có thể chuyển thành lợi nhuận cao hơn cho các nhà sản xuất.

Bệnh đốm trắng và các lựa chọn điều trị hiện có

Bệnh đốm trắng do virus hội chứng đốm trắng (WSSV) gây ra. Sự bùng phát đốm trắng là rất dễ lây lan và có thể gây tàn phá, với một số nhà sản xuất báo cáo toàn bộ vụ tôm bị tiêu diệt trong vòng ba đến bảy ngày sau khi nhiễm bệnh.

Hiện tại, không có bất kỳ phương pháp điều trị thuốc nào cho bệnh đốm trắng – các nhà nghiên cứu chưa thể xác định được con đường nhiễm virus trong tôm. Việc thiếu dữ liệu về gen virus và thông tin ít ỏi về cách mà mầm bệnh tương tác với mô chủ cũng đã khiến các nhà nghiên cứu gặp khó khăn.

Một thách thức bổ sung cho các nhà nghiên cứu xuất phát từ sinh học của tôm. Tôm, giống như các loài giáp xác và động vật không xương sống khác, thiếu một hệ miễn dịch thích nghi. Thay vào đó, chúng dựa vào hệ miễn dịch bẩm sinh của mình – các cơ chế phòng vệ tự nhiên và phản ứng dịch thể – để chống lại nhiễm trùng. Điều này có nghĩa là tôm sẽ phản ứng với bất kỳ mầm bệnh nào như thể đó là lần đầu tiên chúng gặp phải. Chúng sẽ không phát triển kháng thể lâu dài mà có thể nhận biết và ngăn chặn các nhiễm trùng trong tương lai. Vì phản ứng miễn dịch của chúng tồn tại rất ngắn, việc phát triển vắc xin hiệu quả là khó khăn. Những khoảng trống về dữ liệu và thách thức sinh học này phần nào giải thích tại sao ngành công nghiệp tôm chưa thể giữ bệnh đốm trắng ở xa.

Bởi vì các tùy chọn điều trị rất hạn chế, các nhà sản xuất tôm đã chọn các chiến lược phòng ngừa để ngăn chặn WSSV. Mặc dù vắc xin chưa phải là một chiến lược giảm thiểu khả thi cho bệnh đốm trắng (chưa), ngành đã thử nghiệm các loại kháng sinh, hóa trị liệu và chất kích thích miễn dịch khác để chiến đấu với WSSV.

Tại sao các chất kích thích miễn dịch đang nổi bật

Các chất kích thích miễn dịch là các chất tự nhiên giúp tăng cường hệ thống phòng vệ của các tổ chức chủ. Sự tăng cường này giúp chống lại các tác nhân xâm nhập hoặc ký sinh. Chúng có thể được cung cấp cho tôm bằng cả đường uống và tiêm – với việc cung cấp qua thức ăn thủy sản đang được các nhà sản xuất tôm chú trọng hơn. Vào năm 2013, các nhà nghiên cứu Barman và Nen đã phát hiện rằng các chất kích thích miễn dịch là cách sáng tạo nhất để chống lại bệnh tôm. Quan điểm này đang trở nên nổi bật hơn khi nuôi tôm mở rộng.

Các phân tử kích thích miễn dịch khác nhau có thể bù đắp cho những thiếu sót của vắc xin và hóa trị liệu. Chúng cũng cung cấp một sự tăng cường sức đề kháng tương tự cho bệnh tật mà không gây ra sự gia tăng của kháng thuốc kháng sinh. Vì các thử nghiệm đã cho thấy rằng những hợp chất này an toàn hơn so với hóa trị liệu và có phạm vi hiệu quả rộng hơn so với vắc xin, các nhà nghiên cứu đang tìm hiểu cách chúng có thể được sử dụng để chống lại bệnh đốm trắng.

Cách hoạt động của các chất kích thích miễn dịch

Nếu một phân tử kích thích miễn dịch vượt qua lớp vỏ cứng của tôm, nó sẽ vào khoang huyết (haemocoel), hoặc khoang chính của cơ thể. Khi ở đó, các tế bào máu (haemocytes) của hệ thống miễn dịch bẩm sinh của tôm phát hiện nó như một vật liệu ngoại lai. Bởi vì hệ thống miễn dịch bẩm sinh có thể phân biệt giữa “tế bào tự” thuộc về tôm và các tế bào và vật liệu “không tự”, các chất kích thích miễn dịch khởi động một chuỗi sự kiện làm chuẩn bị và củng cố hệ thống miễn dịch. Sự “chuẩn bị” này tạo ra một môi trường khắc nghiệt cho các mầm bệnh tiềm năng.

Sau khi chuẩn bị này, nếu một mầm bệnh được giới thiệu vào khoang huyết, các tế bào máu (haemocytes) của tôm – hoặc tế bào máu – sẽ tấn công mạnh mẽ nó thông qua thực bào, tế bào sắc tố hoặc bao bọc. Khi mầm bệnh bị tiêu diệt, các mảnh vụn của nó tập trung ở các mô mang và xoang trước khi được thải ra ngoài vào nước xung quanh.

Các nhà nghiên cứu tin rằng các chất kích thích miễn dịch có hiệu quả vì chúng khởi động các phản ứng miễn dịch của tôm khi chúng ở giai đoạn ấu trùng – giống như khi miễn dịch bẩm sinh phát triển. Các hợp chất này cũng hữu ích bởi vì không giống như các kháng thể miễn dịch thích nghi hoặc miễn dịch do vắc xin tạo ra, các chất kích thích miễn dịch kích hoạt một phản ứng tổng thể, hoặc chung để phát hiện và loại bỏ một loạt các mầm bệnh.

Đánh giá dữ liệu thử nghiệm

Các chất kích thích miễn dịch có thể được chia thành nhiều nhóm tùy thuộc vào nguồn gốc và nguồn cung cấp của chúng. Một đánh giá gần đây của Kumar, Verma, Singh và Awasthi đã phác thảo bảy loại chất kích thích miễn dịch lớn có thể được sử dụng để ngăn ngừa nhiễm bệnh đốm trắng ở tôm nuôi.

Các chất kích thích miễn dịch từ thực vật và tảo

Các loại thực vật – cả trên cạn và dưới nước – có nhiều phẩm chất dược phẩm, kháng khuẩn và kích thích miễn dịch. Các hợp chất chiết xuất từ thực vật thường không độc hại, có thể phân hủy sinh học và tương thích sinh học với tôm, đưa chúng lên hàng đầu trong danh sách khi các ứng viên kích thích miễn dịch mới cần được xác định. Các loài tảo cũng cho thấy tiềm năng như là các chất kích thích miễn dịch vì chúng chứa nồng độ cao các hợp chất sinh học hoạt tính.

• Gần đây, các polisaccharid từ ulvans, một loại tảo xanh, đã thể hiện các thuộc tính kích thích miễn dịch khi được cho ăn cho tôm.
• Fucodin – một hợp chất sinh học có hoạt tính tìm thấy trong các loài tảo Sargassum spp và Cladosiphon okamuranus có thể kích thích phản ứng miễn dịch bảo vệ ở tôm và đã giúp chúng có một số khả năng kháng bệnh đốm trắng.

• Alginate được thu được từ tảo nâu (U. pinnatifda và Lessonia nigricans) đã tăng cường khả năng kháng bệnh ở tôm chân trắng.
• Genipin – một hợp chất sinh học có hoạt tính chiết xuất từ trái cape jasmine (Gardenia jasminiodes), đã làm chậm sự sao chép của WSSV trong môi trường nuôi trồng và giảm khả năng lây nhiễm của virus.
• Chiết xuất từ cây ngập mặn (Cereops tagal) và bột cỏ biển (Sargassum hemiphyllum var. chinensis) đã kích thích hoạt động miễn dịch ở tôm chân trắng và tôm tiger, giúp chúng tăng cường khả năng phòng vệ chống bệnh đốm trắng.
• Các nguồn thảo dược của lipopolysaccharid có thể tăng cường khả năng miễn dịch ở tôm và làm giảm đáng kể tải lượng virus của bệnh đốm trắng. Những nguồn này có thể được lấy từ một loạt các loại thảo mộc và bao gồm các loại cây:
  • Hồ tiêu giả (Eclipta alba)
  • Quả bống Ấn Độ (Aegle marmelos)
  • Mỏ nhọn lá tim (Tinospora cordifolia)
  • Picrorhiza kurroa
  • Cỏ scutch (Cynodon dactylon)
• Chiết xuất từ Argemone mexicana, một loài cây thuốc phiện có nguồn gốc từ Mexico, miền Tây Hoa Kỳ và Ấn Độ có tính kháng khuẩn và chống oxy hóa đã giúp tăng tỷ lệ sống sót của tôm trong thử nghiệm thách thức WSSV.
• Các hợp chất từ lá của cây oiltree Pongame (Pongamia pinnata) có thể giúp tăng khả năng sống sót của tôm bị nhiễm WSSV và có các khả năng kháng vi rút khác.
• Các polysaccharid chiết xuất từ sầu riêng (Durio zibethinus), một loại cây ăn trái phổ biến ở Đông Nam Á và Thái Lan, có tác động điều hòa miễn dịch mạnh mẽ khi được sử dụng như một phụ gia thức ăn cho tôm.
• Các hợp chất phytochemical chứa coumarin và các polyphenol khác đã cho thấy kết quả kháng vi rút hứa hẹn trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.

Các chất kích thích miễn dịch từ vi khuẩn

Các chất kích thích miễn dịch chiết xuất từ vi khuẩn có sự chồng chéo đáng kể với probiotics. Chúng thường đến từ nhóm bacillus và cung cấp một loạt các lợi ích trong sản xuất – và cải thiện khả năng miễn dịch của tôm là một trong số đó. Các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy hiệu ứng kích thích miễn dịch chống lại hội chứng đốm trắng từ những vi khuẩn và thành phần vi khuẩn này:

• Tiêm cho tôm bằng bướm và bào tử Bacillus subtilis đã giúp tăng cường miễn dịch chống lại bệnh đốm trắng.
• Cho ăn các loài tôm khác nhau một chế độ ăn giàu peptidoglycan – một thành phần chính trong màng tế bào của một số vi khuẩn – đã giúp cải thiện các phản ứng miễn dịch như thực bào.
• Cho ăn tôm nuôi một chế độ ăn chứa lipopolysaccharid – một thành phần của màng tế bào của vi khuẩn gram âm – dẫn đến tỷ lệ sống sót cao hơn trong các thử thách bệnh so với nhóm đối chứng.
• Có nhiều bằng chứng cho rằng vi khuẩn probiotics sống có thể kích thích hệ thống miễn dịch của các loài tôm nuôi.

Các chất kích thích miễn dịch từ nấm

Các loại nấm biển và trên cạn khác nhau hoạt động như cả chất kích thích miễn dịch và probiotics. Các hợp chất này thường đến từ nhóm candida và saccharomyces và đã chứng tỏ một loạt các lợi ích dinh dưỡng và sức khỏe cho giáp xác và các động vật khác.

• Candida aquaetextoris S527, một loại men biển có thể được đưa vào chế độ ăn nuôi thủy sản, đã được đưa vào chế độ ăn cho tôm sau khi tiếp xúc với WSSV. Kết quả từ thử nghiệm cho thấy nó hoạt động như một chất kích thích miễn dịch và cải thiện khả năng sống sót của tôm trong trận dịch.
• Chiết xuất từ men, thường chiết xuất từ Saccharomyces cerevisiae (men làm bánh), chứa một loạt các hợp chất cải thiện phản ứng miễn dịch ở tôm và các loài cá khác.

Các chất kích thích miễn dịch tổng hợp

Các nhà nghiên cứu đang bắt đầu khám phá ứng dụng của công nghệ nano trong các hệ thống sinh học. Vì công nghệ nano có thể cung cấp chi tiết ở cấp độ nguyên tử của môi trường của chúng, các hạt nano có thể lý thuyết được sử dụng để chống lại virus và theo dõi các hợp chất sinh học khác trong hệ miễn dịch. Các hạt nano bạc (AgNPs) hiện đang thu hút sự chú ý từ các nhà nghiên cứu nhờ vào đặc tính kháng vi-rút và khả năng kích thích phản ứng miễn dịch.

Ngành công nghiệp nuôi trồng thủy sản đang bắt đầu áp dụng công nghệ nano bằng cách tạo ra các công thức dựa trên AgNP có thể được tiêm vào tôm chân trắng. Một nghiên cứu từ năm 2020 phát hiện rằng các liều đơn của các hạt nano bạc có thể cải thiện khả năng sống sót của tôm chống lại một loạt mầm bệnh (bao gồm cả WSSV) mà không gây ra hiệu ứng độc hại. Mặc dù phát hiện này đầy hứa hẹn, nhưng việc tiêm từng con tôm bằng các hạt nano là không khả thi. Các nhà nghiên cứu hy vọng phát triển một loại thức ăn chứa AgNP có thể cung cấp hiệu ứng kích thích miễn dịch tương tự.

Các yếu tố dinh dưỡng tăng cường miễn dịch

Các yếu tố dinh dưỡng như vitamin, carotenoid dinh dưỡng và các yếu tố vi lượng như đồng và kẽm đã được liên kết với việc cải thiện chức năng miễn dịch, kháng căng thẳng cao hơn và cải thiện các phản ứng chống oxy hóa ở tôm. Mặc dù những cải thiện về miễn dịch với vitamin A, C và E đã được quan sát khi tôm được tiêm bổ sung (khiến cho việc áp dụng của chúng ở cấp độ trang trại kém khả thi), các bổ sung kẽm đường uống đã có hiệu quả trong các thử nghiệm khác.

Các chất kích thích miễn dịch từ hormone

Hormone tăng trưởng, còn được gọi là somatotropin hoặc somatropin, đã thể hiện nhiều lợi ích sản xuất trong nuôi trồng thủy sản – bao gồm tăng cường tổng hợp protein và phản ứng miễn dịch. Một thử nghiệm sử dụng hormone tăng trưởng tái tổ hợp từ bò trên ấu trùng tôm phát hiện rằng các hormone này đã tăng cường hệ miễn dịch bẩm sinh và cải thiện sự phát triển. Một thử nghiệm khác ở tôm khổng lồ cho thấy việc bổ sung chế độ ăn với lactoferrin bò (LF) đã cải thiện các chỉ tiêu miễn dịch và tăng cường khả năng kháng một số nhiễm trùng vi khuẩn.

Các chất kích thích miễn dịch từ động vật

Các nhà nghiên cứu đã có thể chiết xuất các hợp chất kháng vi-rút từ nhiều loài động vật – từ bò sát đến côn trùng – để chống lại các nhiễm trùng do bệnh đốm trắng ở tôm. Các hợp chất kích thích miễn dịch có nguồn gốc động vật đầy hứa hẹn bao gồm:

• Cathelicidin 5, một peptide thu được từ cá sấu Trung Quốc (Alligator sinensis), đã chứng minh các thuộc tính kháng khuẩn hiệu quả và cung cấp một số bảo vệ chống lại WSSV ở tôm caridean (Exopalaemon modestus).
• Chitosans – được chiết xuất từ polysaccharide chitin – là một thành phần chính trong màng tế bào nấm và vỏ giáp xác. Cả chitin và chitosan đều có thể bảo vệ cá và tôm khỏi nhiễm trùng vi khuẩn khi được sử dụng như một bổ sung dinh dưỡng, thông qua biết phủ hoặc tiêm.

Tầm quan trọng của an toàn sinh học

Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng chỉ dựa vào các chất kích thích miễn dịch sẽ không dẫn đến thành công. Mặc dù dữ liệu thử nghiệm cho thấy chúng làm cho vụ mùa tôm kháng WSSV hơn, việc sử dụng các chất kích thích miễn dịch sẽ không bù đắp cho những thiếu sót trong chăn nuôi và vệ sinh. Các nhà sản xuất tôm cần duy trì các quy trình và quy định an toàn sinh học trong khi sử dụng các chất kích thích miễn dịch để có kết quả tốt nhất.

Các tác giả khuyên nên hoàn toàn làm sạch và phơi khô ao tôm, sử dụng hóa chất oxy hóa và khử trùng đáy ao sau mỗi chu kỳ nuôi. Điều này sẽ loại bỏ các mầm bệnh và các sinh vật có thể truyền nhiễm từ môi trường trang trại. Duy trì những quy trình này trong khi bổ sung chế độ ăn của tôm với các chất kích thích miễn dịch cung cấp một giải pháp “win-win” cho các nhà sản xuất và người tiêu dùng tôm. Nông dân có thể ngăn ngừa bệnh tật và người mua có thể thưởng thức tôm chất lượng và không có kháng sinh.

Đọc toàn bộ đánh giá và tài liệu tham khảo trong Environmental Science and Pollution Research.

*Ước tính thị trường dựa trên dữ liệu từ năm 2020