Bệnh phát sáng gây ra bởi vi khuẩn Vibrio đã gây tổn thất rất lớn cho ngành công nghiệp nuôi tôm trên toàn thế giới trong những năm qua. Việc dùng kháng sinh để khống chế Vibrio không được phép sử dụng ở Mỹ. Do đó rất cần thiết phải có phương pháp kiểm soát mầm bệnh mới thay thế kháng sinh. Chuỗi acid béo mạch ngắn được sử dụng trong các chất bảo quản thực phẩm, acid hữu cơ được thêm vào thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm. Và Derek Adams & Raj Boopathy đã có một nghiên cứu về khả năng ức chế của acid formic trên một số loài Vibrio gồm: Vibrio alginolyticus, Vibrio cholerae, Vibrio harveyi, Vibrio parahaemolyticus và Vibrio vulnificus. Nghiên cứu được tiến hành trên môi trường Muller-Hinton (môi trường rắn) và môi trường kiềm peptone (môi trường lỏng) với các nồng độ acid formic khác nhau. Tốc độ và khả năng sinh trưởng của các loài Vibrio trên các môi trường lỏng được xác định bằng phương pháp mật độ quang (OD). Kết quả nghiên cứu cho thấy, acid formic ở nồng độ thấp có thể ức chế được sự phát triển của Vibrio. Và nồng độ acid formic tối ưu (EC50) để bổ sung vào thức ăn cho tôm là nhỏ hơn 0.039%. Kết quả của nghiên cứu này đang được phê duyệt để đưa acid formic vào thức ăn cho tôm như một chất kiểm soát Vibrio.
Giới thiệu
Ngành chế biến thủy hải sản bắt đầu phát triển từ những năm 1950. Năm 1982, tỷ trọng ngành chế biến tôm thành phẩm chỉ chiếm 5% trong tổng ngành chế biến thủy hải sản và đạt 25% đến năm 1990 (Gillet 2008). Đến nay, con số này đã tăng lên hơn 40%.
Bệnh trên tôm chủ yếu là những bệnh truyền nhiễm gây ra bởi Vibrio (Vibriosis) và bệnh viêm hoại tử gan tụy gây ra bởi Ricketsia (Lightner 2005). Trong số các loài Vibrio, Vibrio harveyi, Vibrio vulnificus, Vibrio parahaemolyticus và Vibrio alginolyticus được phát hiện nhiều nhất trong các trại giống, trại nuôi và ngoài ao (Lightner 1996). Vibriosis thường xảy ra đột ngột và lây nhiễm toàn bộ chỉ trong vòng từ vài ngày tới hai tuần (Brock & LeaMaster 1992). Đôi khi, các biểu hiện như phát sáng trong ao, tôm bị đục cơ, phụ bộ chuyển sang màu đỏ, tôm yếu nổi lên mặt nước hoặc bơi lờ đờ quanh ao cũng là triệu chứng của bệnh truyền nhiễm gây ra bởi Vibrio (Brock & LeaMaster 1992). Thông thường, người ta sẽ tiến hành lấy mẫu mô và máu trên tôm nhiễm bệnh để đem đi chuẩn đoán (Lightner 1996). Vibrio thường có mặt trong những môi trường nước mặn, do đó, con đường nhiễm bệnh chủ yếu qua vết thương trên tôm hoặc qua đường ăn.
Ở một số farm nuôi tôm trên thế giới sử dụng thuốc dành cho người và động vật để bổ sung vào thức ăn cho tôm, tuy nhiên điều này là trái phép ở Mỹ (Graslund & Bengtsson 2001; Le & Munekage 2004; Lyle-Fritch et al. 2006).
Không chỉ kháng kháng sinh, việc dư lượng kháng sinh cũng đang là vấn đề cấp bách cần được giải quyết hiện nay. Để kiểm soát dịch bệnh, cần hạn chế việc sử dụng kháng sinh trong nuôi tôm, cùng với đó phải có những biện pháp hữu hiệu hơn như cải thiện chất lượng môi trường ao nuôi, hoặc cải thiện chất lương con giống,…(Hernandez Serrano 2005).
Một trong những giải pháp hiệu quả đó là sử dụng probiotic. Probiotic được hiểu là vi sinh vật sống được bổ sung vào thức ăn và môi trường ao nuôi, giúp tôm tăng sức đề kháng (Verschuere et al. 2000). Các acid béo mạch ngắn gồm: acid formic, acid acetic, acid propionic và acid butyric. Cơ chế kháng khuẩn chung của các acid này là acid hóa trong tế bào chất (Doyle et al.2001). Một số acid hữu cơ là sản phẩm tổng hợp tự nhiên của vi sinh vật được sử dụng trong chất bảo quản thực phẩm từ nhiều thế kỷ nay. Chúng cũng được thêm vào như một chất phụ gia trong thức ăn chăn nuôi nhằm kiểm soát các tác nhân gây bệnh (Iba & Berchieri 1995; Franco et al. 2004). Một vài nghiên cứu cũng đã chứng minh acid hữu cơ có khả năng lấn áp vi khuẩn gây hại trong đường ruột gia súc, gia cầm (Iba & Berchieri 1995; Franco et al. 2004). Một số nghiên cứu khác cho thấy cả chuỗi acid béo mạch ngắn và mạch trung bình đều có khả năng tiêu diệt vi khuẩn Salmonella và Campylobacter (Khan & Katamay 1968; Chaveerach et al. 2002). Tuy nhiên, acid hữu cơ vẫn chưa được sử dụng rộng rải trong ngành công nghiệp nuôi tôm và khả năng của chúng vẫn chưa được nghiên cứu nhiều (Saori & Boopathy 2011). Từ những hiệu quả thấy rõ đối với con người và động vật nuôi, acid hữu cơ được cho là rất tiềm năng trong việc thay thế kháng sinh. Trong nghiên cứu trước đó, Derek Adams & Raj Boopathy đã nghiên cứu khả năng gây ức chế V. harveyi của một số acid hữu cơ và kết quả cho thấy acid formic có tiềm năng nhất (Mine & Boopathy 2011). Và trong nghiên cứu này, Derek Adams & Raj Boopathy đã thử nghiệm hiệu quả của acid formic gây ức chế một số loài Vibrio gồm V. harveyi, V. parahaemolyticus, V. vulnificus, V. alginolyticus, and V. cholera.
Thủy hải sản là một ngành công nghiệp phát triển mạnh tương đương với ngành chăn nuôi (O’Bryen & Lee 2003). Trong đó, tôm là một nguồn cung thủy sản rộng khắp thế giới và rất được chú trọng đầu tư. Tuy nhiên, một trong những nguyên nhân làm mất nguồn đầu tư cho ngành tôm công nghiệp đó là vibriosis. Việc phòng ngừa vibriosis bằng cách sang lọc vi khuẩn gây bệnh là không thực tế đối với các loài động vật biển. Ngoài bản chất độc lực của V. harveyi, sức khỏe của vật chủ cũng như các yếu tố môi trường ao nuôi và các giai đoạn nuôi cũng ảnh hưởng đến sự cảm nhiễm của Vibrio. Ở những nước phát triển, vùng nuôi gần sát biển có nguy cơ nhiễm bệnh cao hơn những vùng nuôi khác sử dụng hệ thống Raceway. Do đó, việc khống chế hoàn toàn vibriosis là một điều hết sức khó khăn. Có biện pháp nhanh chóng và bền vững là một nhiệm vụ rất quan trọng hiện nay. Nghiên cứu này tập trung nghiên cứu khả năng khống chế tác nhân gây bệnh V. harveyi của acid formic – một biện pháp hữu hiệu thay thế kháng sinh.
Nghiên cứu này tìm ra nồng độ tối thiểu và giá trị EC50 của acid formic ức chế năm loài Vibrio. Hoạt tính của acid formic thường đi kèm với hàm lượng chất béo. Giá trị EC50 ở 96h là khoảng 0.023% . Giá trị pH của nghiệm thức đối chứng ở mức kiềm nhẹ. Các các nghiệm thức có khả năng ức chế hoàn toàn Vibrio có giá trị pH 5, các nghiệm thức còn lại có giá trị pH ban đầu trên 5 thì tăng dần đến mức kiềm. Các kết quả quan sát được ở trên cho thấy các loài Vibrio bị ức chế trong môi trường có pH thấp hơn hoặc bằng 5. Với những môi trường có pH lớn hơn 5, V. harveyi có khả năng thích nghi và sống sót. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu vẫn chưa chắc chắn rằng liệu Vibrio có bị ức chế hoàn toàn ở pH môi trường dưới 5 hay không. Nếu thực sự các gốc acid tự do ảnh hưởng tới hiệu suất ức chế Vibrio thì nó cũng ảnh hưởng tới hoạt tính của acid hữu cơ. Hàm lượng acid tự do ở một giá trị pH nhất định được tính bằng công thức Henderson Hasselbalch (Saarikoski & Vilukseta 1981). Tỷ lệ gốc acid tự do có trong các acid hữu cơ ở pH 5 thứ tự như sau: acid formic 5.32%; acid acetic 35.46%; acid propionic 42.57%; acid butyric 39.78%. Có thể thấy gốc acid tự do có trong acid formic là thấp nhất và hàm lượng acid tự do có trong ba acid hữu cơ còn lại gần bằng nhau do giá trị pKa của ba acid này tương đối giống nhau. Điều này chứng tỏ, cơ chế kháng khuẩn của acid fromic khác so với các acid gốc tự do khác. V. parahaemolyticus có khả năng thích nghi với acid có trong đường ruột người (Tanaka et al. 2008) bằng cách tích tụ lysine thông qua quá trình Carbon hóa (decarboxylation). Carbon hóa tạo ra lysine là một quá trình gồm hai phản ứng: giảm hàm lượng các phân tử proton nội bào và tạo ra phân tử amine đơn giản có vai trò hòa tan acid. Đây chính là lời giải thích cho hiện tượng pH chuyển từ acid sang kiềm trong các nghiệm thức trên và vì sao acid formic có khả năng ức chế mạnh Vibrio. Formic acid có khả năng ức chế enzyme decarboxylase ở bất kỳ giá trị pH nào, với bất kỳ lượng acid formic tự do là bao nhiêu (Lueck 1980). Theo nghiên cứu của Krieg et al (1984), Vibrio có thể sử dụng acid béo đơn phân tử carbonic có mạch carbon từ C2 đến C10 làm nguồn carbon. Điều này chứng tỏ, formic acid hay còn gọi acid béo mạch C1 ít được Vibrio sử dụng. Ngoài vai trò như một chất khử trùng và thuốc bổ sung vào thức ăn cho tôm, acid formic nên được nghiên cứu nhiều hơn nữa để có thể ứng dụng rộng rãi trong ngành thủy sản. Vai trò của acid hữu cơ đã được thử nghiệm trên V. harveyi trong nghiên cứu trước đó của Mine & Boopathy (2011) và nghiên cứu lần này được mở rộng thêm: thử nghiệm khả năng ức chế các loài Vibrio của acid formic.
Kết luận
Acid hữu cơ là một sản phẩm tổng hợp tự nhiên của vi sinh vật. Chúng được sử dụng làm chất bảo quản thực phẩm cho con người, được thêm vào thức ăn chăn nuôi nhằm kiểm soát mầm bệnh,… Tuy nhiên, vai trò của acid hữu cơ, đặc biệt là acid formic vẫn chưa được công bố rộng rãi trong ngành công nghiệp nuôi tôm. Và nghiên cứu này đã góp phần chứng minh vai trò của acid formic trong việc ức chế Vibrio – sát thủ của ngành nuôi tôm. Acid formic có khả năng ức chế V. harveyi và các loài Vibrio khác ngay ở nồng độ thấp. Nồng độ acid formic thấp nhất là 0.035% và EC50 – nồng độ tối ưu ở 96h là 0.023% có khả năng ức chế hoàn toàn Vibrio.
Nguồn: Derek Adams & Raj Boopathy, Use of formic acid to control vibriosis in shrimp aquaculture, Department of Biological Sciences, Nicholls State University, Thibodaux, LA 70310 USA.
Lược dịch: KS LƯU THỊ HẠNH – Công ty Vinhthinhbiostadt