2 tháng 8 năm 2021
Leda Restrepo, M.Sc.
Cristóbal Domínguez-Borbor, M.Sc.
Leandro Bajaña
Irma Betancourt
Jenny Rodríguez, Ph.D.
Bonny Bayot, Ph.D.
Alejandro Reyes, Ph.D.
Nghiên cứu cho thấy microbiome đường tiêu hóa của tôm thay đổi giữa các sinh vật khỏe mạnh và nhiễm bệnh
Nghiên cứu này nhằm phân loại cộng đồng vi sinh vật của tôm L. vannamei sống sót sau thử nghiệm thách thức AHPND được điều trị bằng một loại probiotic tôm hiệu quả (Vibrio diabolicus) cung cấp những hiểu biết mới về các động lực phức tạp giữa tôm và những thay đổi trong microbiota và đề cập đến ứng dụng thực tiễn của probiotics để quản lý các tác nhân gây bệnh quan trọng ảnh hưởng đến ngành nuôi tôm. Ảnh của Fernando Huerta.
Một trong những căn bệnh quan trọng nhất ảnh hưởng đến các nước sản xuất tôm là Bệnh Hoại tử Gan tụy Cấp tính (AHPND). Bệnh này được gây ra bởi vi khuẩn thuộc chi Vibrio mang plasmid pV-AHPND [các phân tử DNA nhỏ, ngoại nhiễm sắc thể trong một tế bào, tách biệt về mặt vật lý với DNA nhiễm sắc thể, và có thể tự sao chép độc lập] mã hóa các gen cho độc tố. AHPND gây ra tỷ lệ tử vong cao do một quá trình lột vỏ nghiêm trọng của các tế bào gan tụy, dẫn đến cái chết của tôm. Tỷ lệ tử vong này dẫn đến những tổn thất kinh tế đáng kể trong ngành nuôi tôm.
Có một xu hướng giảm việc sử dụng kháng sinh trong nuôi trồng thủy sản, và việc sử dụng các chế phẩm probiotic – các vi sinh vật cung cấp các tác động có lợi cho vật chủ của chúng, hoặc bằng cách ngăn chặn sự xâm lấn của các vi khuẩn gây bệnh thông qua sự đối kháng hoặc thúc đẩy sức khỏe động vật thông qua việc kích thích hệ thống miễn dịch – là một sự thay thế lớn, đầy hứa hẹn cho kháng sinh và một cách để điều trị và ngăn ngừa các bệnh ở động vật nuôi. Nhưng vẫn cần xác định các nhóm vi sinh vật có lợi trong số microbiota cư trú bình thường và các cơ chế liên quan đến các tương tác với probiotics trong ống tiêu hóa, để sử dụng chúng một cách hiệu quả nhằm cải thiện sức khỏe của tôm nuôi.
Việc lựa chọn probiotics có thể gây tranh cãi trong một số trường hợp, đặc biệt là trong nuôi trồng thủy sản, nơi một số chi probiotic có quan hệ phylogenetically gần với các tác nhân gây bệnh. Ví dụ, trong các trại ươm tôm ở Ecuador, các chủng có lợi thuộc về loài vi khuẩn Vibrio alginolyticus và các chủng gây AHPND thuộc loài Vibrio parahaemolyticus thuộc cùng một nhánh phylogenetical [một nhóm sinh vật có tổ tiên chung và tất cả các hậu duệ trực tiếp của nó], nhánh Harveyi, và đã được phân lập từ cả văn hóa ấu trùng khỏe mạnh và không khỏe mạnh. Cụ thể, một chủng trước đây được biết đến như V. alginolyticus ILI [các công cụ Gen hiện tại và các bộ gen có sẵn cho phép chúng tôi phân loại chúng là Vibrio diabolicus] đã được phân lập từ các văn hóa ấu trùng tôm khỏe mạnh và được chứng minh là một tác nhân probiotic hiệu quả.
Bài viết này – được điều chỉnh và tóm tắt từ bài báo gốc [Restrepo et al. (2021). Phân loại cộng đồng vi sinh vật của tôm sống sót sau thử nghiệm thách thức AHPND được điều trị bằng một loại probiotic tôm hiệu quả (Vibrio diabolicus). Microbiome 9, 88 (2021) – báo cáo một nghiên cứu để đánh giá tác động của chủng ILI và tiềm năng của nó để hạn chế các tác động xấu của AHPND bằng cách sử dụng metabarcoding [quy trình gán mã cho DNA / RNA mà cho phép xác định đồng thời nhiều taxa trong cùng một mẫu] trên microbiota đường tiêu hóa của tôm sau khi bị thách thức với V. parahaemolyticus gây AHPND.
Thiết lập nghiên cứu
Chúng tôi đã sử dụng chủng probiotic ILI do Phòng thí nghiệm Vi sinh vật tại Trung tâm Quốc gia về Nuôi trồng Thủy sản và Nghiên cứu Biển (CENAIM) cung cấp, trước đây được xác định là V. alginolyticus và được xác định là một probiotic hiệu quả. Chủng này được phân lập ban đầu từ nước của một trại ươm ấu trùng tôm khỏe mạnh và đã là một phần của bộ sưu tập văn hóa CENAIM trong hơn 26 năm.
Sau khi cho tôm pacific white (Litopenaeus vannamei) ăn với các điều trị probiotic tương ứng, tỷ lệ sống sót của các động vật khi bị thách thức với chủng V. parahaemolyticus BA94C2 đã được đánh giá.
Một thiết kế hoàn toàn ngẫu nhiên đã được áp dụng, với bốn điều trị và sáu lặp lại cho mỗi điều trị. Các đơn vị thí nghiệm (bể 40 lít) đã được chứa 40 con tôm (2.5 ± 0.3 gram). Trong suốt quá trình thử nghiệm, tôm đã được theo dõi tỷ lệ tử vong cứ sau hai giờ. Những khác biệt về tỷ lệ tử vong tích lũy ở 50 giờ sau nhiễm bệnh giữa các điều trị nhiễm bệnh đã được phân tích, và tỷ lệ sống sót của tôm đã được ghi nhận vào cuối thử nghiệm. Việc trao đổi nước 50% hàng ngày đã được thực hiện trước và sau thách thức, bao gồm trong giai đoạn cho ăn probiotic, nhưng không phải trong giai đoạn thách thức 50 giờ. Tôm đã được tiếp xúc với chu kỳ ánh sáng 12 giờ mỗi ngày.
Để biết thêm thông tin chi tiết về chuẩn bị môi trường vi khuẩn probiotic, thử nghiệm thách thức ngâm của tôm được bổ sung với probiotics, và nhiều thử nghiệm đã được thực hiện, vui lòng tham khảo bài báo gốc.
Kết quả và thảo luận
Chúng tôi đã đánh giá sự thay đổi của cấu trúc cộng đồng vi sinh vật do AHPND gây ra trên dạ dày và gan tụy của tôm, với và không có sự hiện diện của probiotics. Tôm hoặc không bị thách thức (kiểm soát khỏe mạnh; C0) hoặc bị thách thức với chủng V. parahaemolyticus BA94C2 gây AHPND (kiểm soát nhiễm AHPND; C1) và được so sánh với cùng một thiết lập nhưng có bổ sung hàng ngày một probiotic (thông qua cho ăn trong một thức ăn thương mại mà không có thuốc probiotic khác) trong một tháng trước thách thức. Chúng tôi đã sử dụng chủng ILI (C2) và một probiotic khác (chủng Bacillus sp. P64) để so sánh (C3). Kết quả từ thử nghiệm thách thức cho thấy giá trị sống sót cao nhất đối với các điều trị C0 và C2, tiếp theo là C3. Các tôm thí nghiệm có tỷ lệ tử vong cao nhất là những con thuộc điều trị tôm bị nhiễm AHPND (C1).
Đến nay, có rất ít thông tin về tác động của AHPND trong microbiome của tôm [cộng đồng vi sinh vật đặc trưng chiếm giữ một môi trường khá xác định có các tính chất vật lý- hóa học khác nhau], và các nghiên cứu hiện có đã tập trung vào microbiota đường ruột. Mặc dù sự đóng góp của microbiota đường ruột về tác động của bệnh AHPND chưa rõ ràng, chúng tôi nhấn mạnh thực tế rằng sự đa dạng trong ruột cao hơn trong gan tụy nhưng tương tự như trong môi trường trầm tích.
Người ta đã biết rằng các cơ quan liên quan đến miễn dịch – chẳng hạn như huyết cầu, gan tụy và mang – rất quan trọng trong phản ứng đối với bệnh AHPND. Ngoài ra, sự xâm lấn dạ dày dường như là bước đầu tiên của sự nhiễm trùng đối với các vi khuẩn gây AHPND. Hơn nữa, AHPND chủ yếu ảnh hưởng đến gan tụy và dạ dày của tôm bị nhiễm; tuy nhiên, việc phân loại microbiota từ dạ dày của tôm chưa phải là trọng tâm chính để hiểu rõ những thay đổi trong phản ứng microbiota. Do đó, chúng tôi đã xem xét sự biến đổi microbiome trong phản ứng với các vi khuẩn gây bệnh sản xuất AHPND, trong dạ dày và gan tụy của tôm.
Chúng tôi đã xác định được sự mất mát đa dạng đáng kể trong microbiota của gan tụy và dạ dày liên quan đến AHPND. Kết quả của chúng tôi trái ngược với một số tác động tối thiểu được quan sát thấy trong microbiota đường ruột của tôm sau khi nhiễm Virus Hội chứng Đốm Trắng (WSSV) và AHPND. Do đó, chúng tôi cho rằng sự phong phú và thành phần của microbiota bị ảnh hưởng tùy theo cơ quan mà nó hiện diện.
Hình 1: Độ đa dạng alpha vi sinh vật [được sử dụng để xác định sự phong phú và đồng đều của các taxa riêng lẻ] bị giảm bởi AHPND. Biểu đồ hộp của hai chỉ số đa dạng alpha khác nhau được hiển thị cho tất cả các mẫu được nhóm theo tình trạng sức khỏe. Đã có sự biến đổi lớn hơn trong thành phần microbiota đường tiêu hóa cho các mẫu tôm khỏe mạnh. Một sự gia tăng đã được xác định trong các chỉ số cho tôm được điều trị bằng probiotic ILI. Ảnh hưởng mạnh mẽ hơn đến độ đa dạng hơn là vào sự phong phú của các loài do các điều trị.
Hình 2: Phân tích beta diversity của microbiota từ các mẫu gan tụy và dạ dày. A) Một Phân tích Thành phần Chính, PCoA [phương pháp được sử dụng để nghiên cứu sự tương đồng hoặc khác biệt của thành phần cộng đồng mẫu] đồ thị dựa trên sự tương đồng Bray-Curtis không cho thấy một mẫu hình nhóm rõ ràng giữa các điều trị khác nhau cho các mẫu gan tụy trong hai trục chính giải thích hơn 50% sự biến đổi. B) Biểu đồ PCoA cho thấy một mẫu hình nhóm rõ ràng tách biệt dạ dày của nhiễm khỏi các mẫu khỏe mạnh. Những biến đổi giữa các nhóm làm nổi bật sự tập trung của probiotic ILI với tôm khỏe mạnh, trong khi probiotic Bacillus dường như gần với các cá thể bị nhiễm. Lưu ý rằng tất cả các mẫu đều được chạy trong cùng một phân tích PCoA nhưng được tách biệt theo cơ quan nhằm mục đích trực quan. Mỗi vòng tròn màu tương ứng với một loại mẫu; cá thể khỏe mạnh (màu xanh), cá thể bị nhiễm (màu đỏ), probiotic ILI (màu xanh lá) và probiotic Bacillus (màu cam). Các điều trị probiotic trong bảng B đại diện cho một nhóm năm dạ dày được xử lý cùng nhau. Khi xem xét tác động của probiotics đối với cấu trúc cộng đồng, chúng tôi đã quan sát thấy rằng microbiota gần hơn với trạng thái khỏe mạnh hơn là cấu hình nhiễm của microbiome, với ILI là tương tự nhất với microbiota của các động vật khỏe mạnh, duy trì một sự đa dạng ở cấp độ phylum bao gồm Proteobacteria, Firmicutes và Tenericutes, cũng là các thành phần chính của microbiome đường ruột ở các loài khác như cua và tôm hùm đen. Trong nghiên cứu của chúng tôi, chúng tôi đã chỉ ra rằng trong tôm bị nhiễm AHPND, Proteobacteria (chủ yếu là bộ Gammaproteobacteria) là phylum chiếm ưu thế nhất và tăng lên về sự phong phú so với tôm khỏe mạnh và điều trị probiotic ILI.
Thú vị là, chúng tôi đã xác định các thành viên thuộc phylum Tenericutes, đặc biệt là những thành viên được phân bổ cho chi Mycoplasmatales, như là thành viên của microbiome khỏe mạnh. Bốn biến thể trình tự amplicon, ASVs [chỉ đến các trình tự DNA đơn được phục hồi từ phân tích gen marker có năng suất cao] từ Mycoplasmatales thuộc về chi Mycoplasma, trở thành nhóm phân loại phong phú nhất của microbiome dạ dày khỏe mạnh.
Nhiều nghiên cứu về vai trò của Mycoplasma spp. trong các sinh vật khác đã gợi ý rằng chúng sẽ là những sinh vật đồng sinh vô hại [các vi sinh vật sống liên tục trên hoặc trong một số bộ phận của cơ thể, mà không gây bệnh] hoặc endosymbionts [bất kỳ sinh vật nào sống bên trong cơ thể hoặc tế bào của một sinh vật khác, thường không phải lúc nào cũng trong mối quan hệ cùng có lợi] với vật chủ; tuy nhiên, vai trò cụ thể của nó trong microbiome của tôm vẫn chưa được biết đến. Các chủng cụ thể của Mycoplasma đã được liên kết với tôm khỏe mạnh, có thể gợi ý rằng nó có một chức năng trong sức khỏe của vật chủ và phục hồi từ các trạng thái bệnh.
Chúng tôi đã có thể quan sát rằng việc sử dụng probiotics vi khuẩn như ILI có thể điều chỉnh microbiota của vật chủ và có thể đóng góp như một tác nhân kích thích cho nhiều loài có tiềm năng probiotic bằng cách ức chế sự xâm lấn tiêu hóa của các tác nhân gây bệnh, như chúng tôi đã tìm thấy trong nghiên cứu này.
Thực tế rằng ILI có thể tiếp nhận plasmid gây ra AHPND cho thấy khả năng cao của các loài Vibrio để truyền gen theo phương thức ngang, HGT [sự di chuyển của vật liệu di truyền giữa các sinh vật đơn bào và/hoặc đa bào khác ngoài việc truyền dẫn (“dọc”) DNA từ cha mẹ sang con (sinh sản)], mà có thể được sử dụng để chiếm lĩnh các ngách khác nhau. Việc tiếp nhận có thể thay đổi trong môi trường thủy sản và có thể bị ảnh hưởng bởi nền tảng di truyền. Việc duy trì những đặc điểm này ở các vi khuẩn không gây bệnh có thể là bằng chứng cho thấy các độc tố được tiết ra là những đặc điểm cổ xưa về tiến hóa có thể đóng vai trò lớn hơn trong khả năng tồn tại môi trường.
Plasmid ILI chưa được miêu tả trong bất kỳ báo cáo nào trước đây, nhưng có thể cung cấp các chức năng quan trọng trong khả năng probiotic mà chủng này thể hiện. Thú vị là không có chủng Vibrio gây bệnh nào được báo cáo khác chứa một plasmid với nội dung gen tương tự. Phần lớn các plasmid lớn liên quan đến các loài Vibrio đã được phân loại là có virulency cao đối với các vật chủ khác nhau. Thú vị là, chúng tôi không tìm thấy bất kỳ yếu tố virulency tiềm năng nào được mã hóa trong plasmid ILI; do đó, vai trò của plasmid trong vi khuẩn vẫn chưa rõ ràng. Các nghiên cứu tiếp theo về vai trò của plasmid trong chủng ILI có thể làm sáng tỏ chức năng của nó và có thể giúp hiểu liệu nó có đóng góp vào khả năng probiotic của ILI hay không.
Tất cả dữ liệu của chúng tôi chỉ ra rằng virulency là đa yếu tố trong nhánh Harveyi, và rằng các nguồn virulency có thể liên quan đến các vật chủ cụ thể vì nhiều gen liên quan có thể tham gia vào sự sống còn của vi khuẩn trong các môi trường khác nhau.
Triển vọng
Việc sử dụng probiotics trong nuôi trồng thủy sản là một sự thay thế thực tiễn để thúc đẩy sức khỏe động vật và ngăn ngừa bệnh tật. Chúng tôi đã phân loại các thay đổi trong microbiome được tạo ra bởi một probiotic thành công có thể kiểm soát các quần thể gây bệnh trong ống tiêu hóa của tôm và kích thích sự sống sót trong nuôi trồng thủy sản.
Chủng V. diabolicus ILI là một chủng vi khuẩn được phân lập từ môi trường trong một văn hóa ấu trùng tôm đã cho thấy hoạt tính kháng khuẩn chống lại nhiều chủng gây bệnh khác nhau của các loài Vibrio. Việc bổ sung ILI cho L. vannamei không chỉ giảm sự phong phú của các biến thể trình tự amplicon (ASVs) của Proteobacteria mà còn duy trì một cộng đồng vi sinh vật như khỏe mạnh trong ống tiêu hóa của tôm sau khi bị thách thức với các vi khuẩn gây AHPND.
Các phát hiện của chúng tôi gợi ý rằng chủng ILI có thể được sử dụng như một probiotic để giảm số lượng tác nhân gây bệnh AHPND ở tôm và để tăng cường sự sống sót và khả năng miễn dịch chống lại căn bệnh quan trọng này trong nuôi trồng tôm, mà không có nguy cơ trở thành một sinh vật gây bệnh.
Giờ đây bạn đã đến cuối bài viết…
… xin hãy xem xét việc hỗ trợ sứ mệnh của GSA nhằm thúc đẩy các thực hành thủy sản có trách nhiệm thông qua giáo dục, vận động và đảm bảo từ bên thứ ba. Advocate nhằm tài liệu hóa sự phát triển của các thực hành thủy sản có trách nhiệm và chia sẻ kiến thức rộng lớn của mạng lưới đóng góp của chúng tôi.
Bằng cách trở thành thành viên của Global Seafood Alliance, bạn đang đảm bảo rằng tất cả công việc trước cạnh tranh mà chúng tôi thực hiện thông qua các lợi ích, tài nguyên và sự kiện của thành viên có thể tiếp tục. Chi phí thành viên cá nhân chỉ $50 mỗi năm.
Bạn không phải là thành viên GSA? Hãy tham gia cùng chúng tôi.
Hỗ trợ GSA và Trở thành Thành viên
Nguồn : https://www.globalseafood.org/advocate/microbial-community-of-probiotic-treated-shrimp-survivors-to-ahpnd-challenge-test/
