Một số chất phụ gia mới giúp giảm thiệt hại trong sản xuất tôm

Ngành nuôi tôm he đang đứng trước nguy cơ thiệt hại nặng nề do vi khuẩn, đặc biệt là bệnh do virus gây ra. Đây là nguyên nhân gây sụt giảm sản lượng nghiêm trọng ở các nước sản xuất tôm trên thế giới. Vấn đề dịch bệnh trong nuôi tôm rất phức tạp và chưa được hiểu thấu đáo. Chính các quy định, yêu cầu của khách hàng và chiến lược quản lý bền vững đang hạn chế việc sử dụng thuốc trong điều trị mầm bệnh. Thực tế, tiêm vắc xin cho các loài giáp xác dường như không đem lại hiệu quả, do chúng thiếu hệ thống miễn dịch tương tự động vật có xương sống. Vì vậy, người nuôi tôm phải ưu tiên chất lượng giống, quy trình nuôi và chế độ dinh dưỡng phù hợp để kiểm soát dịch bệnh. Báo chí, truyền thông hiện nay cũng đề cập các nghiên cứu về việc phát triển chất phụ gia có khả năng làm giảm tác động do bệnh dịch.

Mối đe dọa hàng đầu

Theo FAO - 2010, ngành nuôi giáp xác tăng đều đặn 18%/năm trong những năm 1970 - 2008 và tăng vượt bậc so với các loài thủy sản khác. Sản lượng tôm trên thế giới hiện đạt trên 4 triệu tấn (theo Valderrama, 2011). Sự gia tăng nhanh chóng của ngành nuôi giáp xác phản ánh tốc độ tăng trưởng vượt bậc của ngành nuôi tôm chân trắng tại Trung Quốc, Thái Lan, Việt Nam, Indonesia, kể từ năm 2000.

Virus gây bệnh đốm trắng là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng trì trệ của nghề nuôi tôm những năm 90 và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất tại Mexico, Brazil những năm gần đây. Hội chứng tôm chết sớm (EMS), hoại tử gan tụy cấp tính (AHPNS) đang trở thành vật cản lớn cho ngành sản xuất tôm ở Trung Quốc, Việt Nam, Malaysia, Thái Lan. Nguyên nhân gây bệnh vừa được Dr. Lightner xác định do vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus bị nhiễm bởi một loại virus được biết đến như một thực thể khuẩn.

Phương pháp truyền thống nâng cao sức khỏe tôm

Nhằm giảm thiểu tác động do dịch bệnh gây ra, người nuôi tôm thường áp dụng phương pháp truyền thống, bao gồm việc bổ sung các chất dinh dưỡng quan trọng cho sức khỏe và hệ miễn dịch ở tôm, như Vitamin C và E, phospholipid, các acid béo cần thiết, khoáng chất và Carotenoid. Những "thức ăn tăng trưởng" này bổ sung chất kích thích miễn dịch (immunostimulants) chủ yếu có nguồn gốc vỏ tế bào vi sinh vật, như polysaccharide, lipoprotein, lipopolysaccharide. Tuy nhiên, việc sử dụng trực tiếp liên tục chất kích thích miễn dịch không được khuyến khích, do lo ngại trạng thái kích thích quá mức của hệ thống miễn dịch. Bên cạnh đó, các trại nuôi tôm khó kiểm soát được việc sử dụng chất kích thích miễn dịch ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của vật nuôi, nếu sử dụng quá liều. Các nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng liên tục thức ăn tăng trưởng bổ sung chất kích thích miễn dịch đặc hiệu và các chất dinh dưỡng thiết yếu giúp tăng cường khả năng phòng chống dịch bệnh (Bảng 1).

Tuy nhiên, hiệu quả chất kích thích miễn dịch lên khả năng chống chịu stress và bệnh của tôm, cá ảnh hưởng nhiều bởi loại sản phẩm và hàm lượng chất dinh dưỡng cần cung cấp.

Phương pháp mới (1): Tăng cường dinh dưỡng và dự trữ lipid trong gan tụy

Tôm không có khả năng thích ứng tốt với khẩu phần có hàm lượng chất béo cao; nhiều nghiên cứu cho thấy tốc độ tăng trưởng ở tôm giảm khi thức ăn có hàm lượng lipid trên 10%. Tuy nhiên, chất lượng và số lượng lipid lại đóng vai trò căn bản trong tăng trưởng và sức khỏe của tôm. Đây là loài động vật có ít hoặc không có khả năng sinh tổng hợp các phân tử lipid thiết yếu cho tăng trưởng như cholesterol, acid béo không bão hòa và phospholipid.

Bột cá và dầu cá là nguồn cung cấp cholesterol và HUFA quan trọng trong khẩu phần của tôm. Việc tăng giá của các nguyên liệu này buộc các nhà lập công thức phải tìm cách giảm hàm lượng của chúng trong sản phẩm. Liều lượng các dưỡng chất này không thể hiện sự khác biệt rõ rệt trong tốc độ tăng trưởng ở điều kiện cho ăn thử nghiệm, nhưng chúng có thể rất cần cho việc duy trì sức khỏe và hệ thống miễn dịch khi dịch bệnh xảy ra và biến động môi trường nuôi. Hơn nữa, trạng thái năng lượng của tôm thường được xác định dựa vào nguồn lipid dự trữ trong gan tụy; đây là thành phần vừa có chức năng tuyến tiêu hóa vừa là kho dự trữ năng lượng. Vì vậy, người nuôi tôm cần phải theo dõi hằng ngày để đánh giá tình trạng gan tụy; trong đó nguồn dự trữ lipid dồi dào sẽ thể hiện khả năng đề kháng tốt đối với stress và dịch bệnh.

Quá trình tiêu hóa ở tôm diễn ra phần lớn trong nội bào biểu mô gan tụy. Đây là nơi lipid được vận chuyển đến các cơ quan đích trong cơ thể thông qua haemolymphe dưới dạng lipoprotein (Hình 2). 

Hình 2: Gan tụy là cơ quan chính trong hệ tiêu hóa của tôm chịu trách nhiệm tiêu hóa, hấp thu và dự trữ chất dinh dưỡng. Thực quản (E), dạ dày (GM), gan tụy (HP), ruột giữa (MG), ruột sau (HG) và hậu môn (A).

Tôm không thể tiêu hóa chất béo hiệu quả; do đó quá trình hình thành, dự trữ và hấp thu micelle béo từ lumen gan tụy rất hạn chế. Để hoàn thiện hấp thụ của chất béo trong gan tụy, chất hỗ trợ quá trình tiêu hóa đã được nghiên cứu có thành phần nhũ hóa tự nhiên và tương thích hệ thống tiêu hóa ở tôm, giúp cho quá trình nhũ hóa các hạt dầu thành các thành phần nhỏ hơn, góp phần cải thiện hiệu quả hấp thụ chất béo thành các thành phần cần thiết và nguồn năng lượng cho tăng trưởng, tăng cường tỉ lệ sống và bảo vệ cơ thể trong điều kiện stress và áp lực dịch bệnh (Coutteau và cộng sự, 2012). Van De Braak và cộng sự (2012) cũng đã chứng minh sự tăng cường nguồn dự trữ lipid trong gan tụy tôm Penaeus indicus có được là nhờ bổ sung chất phụ gia hỗ trợ tiêu hóa cho tôm. Qua phân tích mô, có thể thấy tỉ lệ không bào hóa của tôm trong gan tụy tăng ba lần sau khi bổ sung thức ăn trong vòng một tháng (Xem hình 3; 4).

Hình 3: Hiệu quả việc bổ sung chất hỗ trợ tiêu hóa (Aquagest®S, Nutriad) lên mức độ không bào hóa lipid trong gan tụy tôm với chế độ ăn khác nhau trong 30 ngày (Van De Braak và cộng sự, 2012)

Hình 4: Xác định mô học mức độ không bào hóa lipid trong gan tụy tôm Penaeus indicus cho thấy mức độ không bào hóa lipid cao (hình trên) và thấp (hình dưới) (Độ phóng đại 100x - Van De Braak và cộng sự 2012)

Nghiên cứu một ao tương tự, kết quả cho thấy ở ao thí nghiệm, cân nặng trung bình của tôm cao hơn 2%, tỉ lệ sống cao hơn 4%, lượng sinh khối cao hơn 6%. Tuy nhiên, khi loại bỏ các yếu tố khác đối với tỉ lệ sống từ nhóm đối chứng và thí nghiệm đã cho thấy trọng lượng trung bình cao hơn 8%, tỉ lệ sống cao hơn 12%, lượng sinh khối cao hơn 23%.

Phương pháp mới (2): Dò tìm mật độ giới hạn Quorum Sensing (QS)

QS là một dạng thông tin liên lạc của vi khuẩn. Trong thập kỷ vừa qua, nhiều nghiên cứu đã chứng minh, nhiều loài vi khuẩn có khả năng sản sinh và tiết ra các phân tử tín hiệu, ví dụ như phân tử phát ra tín hiệu acyl homoserine lactones AHL hoặc một số oligopeptide, có thể được nhận biết bởi vi khuẩn cùng hoặc khác loài xung quanh. Khi mật độ vi khuẩn tăng cao, những phân tử này sẽ tích lũy trong môi trường ngoại bào và trở thành phương tiện cho vi khuẩn kiểm soát sự hiện diện vi khuẩn khác. Khi đạt ngưỡng nào đó, những phân tử phát tín hiệu này sẽ bắt đầu phát tín hiệu nội bộ mà khi đạt mức cao nhất sẽ hoạt hóa những gen chuyên biệt. Vì vậy, vi khuẩn sử dụng phương pháp liên lạc QS để đồng bộ hóa những biến đổi biểu hiện gen và phối hợp các phản ứng sinh hóa trong toàn bộ quần thể.

 Defoirdt và cộng sự (2011) nhận thấy hệ thống QS liên quan việc gây bệnh của vi khuẩn. Chúng ảnh hưởng đến quá trình vi khuẩn hình thành màng sinh học và sản sinh enzyme protease phân hủy protein của tế bào vật chủ, phát triển và xâm nhập tế bào. Những năm gần đây, nghiên cứu tập trung tìm hiểu các biện pháp can thiệp hệ thống QS (còn gọi là quorum quenching) cũng thu được một số kết quả (Hình 5). 

Hình. 5: Quorum Sensing: cơ chế sáng tạo

Đặc biệt, nghiên cứu này đã được áp dụng thành công trong y học con người, các chất ức chế QS như là chất thay thế tiềm năng cho kháng sinh trong việc chống lại sự lây nhiễm của vi khuẩn gây bệnh (Sintim và cộng sự, 2010). Một điều thú vị là khả năng kháng lại các chất phá vỡ hệ thống QS của vi khuẩn khá thấp; điều này trái ngược việc kháng thuốc của vi khuẩn khi dùng kháng sinh (Defoirdt và ctv, 2010).

Những nghiên cứu ban đầu về QS trong thủy sản dù còn nhiều hạn chế nhưng thu được một số kết quả đáng kể. Ví dụ như việc tách các dẫn xuất halogen của furanone ra khỏi tảo đỏ đã được chứng minh là làm giảm biểu hiện của gen quy định QS ở vi khuẩn Vibrio và bảo vệ cá, tôm khỏi bệnh do Vibrio gây ra (Rasch và ctv, 2004 ; Defoirdt và ctv, 2006). Tại Trung tâm công nghệ Nutriad, công nghệ QS đã được áp dụng trong thế hệ chất phụ gia tự nhiên mới, có khả năng điều chỉnh hệ vi sinh đường ruột. Các hợp chất được tiến hành kiểm tra khả năng ức chế QS bằng việc sử dụng một loạt cảm biến sinh học vi khuẩn biến đổi gen để xác định cường độ tín hiệu. Qua những xét nghiệm đó, các nhà khoa học xác định các bộ điều biến QS mạnh có khả năng khiến QS ngừng hoạt động ở mức dưới nồng độ ức chế tối thiểu. Các hoạt động Quorum quenching khác nhau được lựa chọn cho các đối tượng nuôi khác nhau, nhà khoa học lựa chọn phương pháp ức chế hoạt động của QS khác nhau, thông qua sàng lọc, sử dụng thiết bị cảm biến sinh học vi khuẩn chuyên biệt và hệ vi sinh. Hỗn hợp các hợp chất tự nhiên khác nhau được chứng minh là đặc biệt hiệu quả đối với hoạt động can thiệp vào QS nhằm đối phó việc phát tín hiệu của vi khuẩn Vibrio harveyi, một tác nhân gây bệnh Vibrio trên tôm he. (Hình 6).

Hình 6: Liều lượng - phản ứng của hợp chất chiết xuất từ thực vật (SANACORE GM, Nutriad) trong hoạt động truyền phát tín hiệu QS của Vibrio harveyi. Biểu đồ cho thấy hoạt động phát tín hiệu của hệ thống cảm biến sinh học QS Vibrio harveyi BB170, liên quan đến kiểm soát, tiếp xúc sự pha loãng khác nhau của sản phẩm chiết xuất (theo kết quả nghiên cứu của phòng thí nghiệm NutriadTechnology Center).

Đưa cơ chế ức chế QS vào thực tiễn: Tối ưu hóa sức khỏe đường ruột trong nuôi tôm bán thâm canh

Môi trường sống của tôm là nước và đáy ao, nên quá trình trao đổi hệ vi sinh giữa môi trường với hệ thống tiêu hóa rất dễ xảy ra. Điều này có thể làm tăng nguy cơ phát triển các vi sinh đường ruột không có lợi hoặc làm biến đổi hệ vi sinh có thể ảnh hưởng đến hoạt động tối ưu của hệ thống tiêu hóa. Hệ thống tiêu hóa của tôm còn là con đường chính cho sự cảm nhiễm của virus cũng như vi khuẩn, vốn là mối đe dọa lớn nhất đối với lợi nhuận của nghề nuôi tôm.

Cách kiểm soát bền vững hệ vi sinh đường ruột bao gồm việc sử dụng các vi khuẩn đã được tuyển chọn để đưa vào ruột (men vi sinh "probiotic"), dùng dưỡng chất đặc biệt thúc đẩy sự phát triển nhóm vi khuẩn đã được chọn (prebiotic) và các hợp chất tự nhiên (chủ yếu có nguồn gốc men và chiết xuất thảo mộc, được gọi là "phytobiotic") tạo thuận lợi cho sự phát triển vi khuẩn có lợi, ngăn ngừa và ức chế vi sinh vật gây bệnh. Những nghiên cứu gần đây có thể dễ dàng ứng dụng cho các cơ sở sản xuất thức ăn, để sản xuất khối lượng lớn sản phẩm.

Hợp chất chiết xuất thực vật Sanacore® GM, Nutriad ban đầu được lựa chọn nhờ đặc tính kháng khuẩn và diệt khuẩn, chống vi khuẩn gây hại trong môi trường thí nghiệm. Hợp chất này cũng được chứng minh có khả năng ức chế vi khuẩn phát tín hiệu QS ở nồng độ thấp hơn nồng độ ức chế, cho phép kiểm soát hiệu quả hệ vi sinh vật đường ruột theo hướng có lợi hơn. Theo kết quả nghiên cứu của Coutteau và cộng sự năm 2010, việc bổ sung Sanacore GM thúc đẩy tôm tăng trưởng ở điều kiện phòng thí nghiệm; tăng 20% tăng trọng hằng tuần và cải thiện 4% tỉ lệ chuyển đổi thức ăn. Tác động của sản phẩm chiết xuất từ thực vật này đã được thử nghiệm ở một trang trại nuôi tôm bán thâm canh tại Panama. Vụ 2 tại Panama thường thả giống vào tháng 8 và 9; thời điểm này điều kiện khí hậu không ổn định, đặc biệt sự dao động lớn về nhiệt độ ảnh hưởng đến sự tăng trưởng và bùng nổ bệnh đốm trắng. Vụ 1, thả giống từ tháng 1 đến tháng 4, điều kiện tự nhiên ổn định hơn, nên tỉ lệ sống và năng suất cao hơn.

Hai nghiệm thức được so sánh với khác biệt duy nhất là có và không bổ sung chất hoạt hóa tăng trưởng phytobiotic (Sanacore® GM) vào thức ăn tại trại nuôi. Theo đó, ở ao tôm có bổ sung phụ gia tỉ lệ sống cao, tăng lần lượt 18% và 24% so nhóm đối chứng ở vụ 1 và 2 (Hình 7).

Hình 7: Tỉ lệ sống của tôm trong các ao đối chứng và thí nghiệm được bổ sung phytobiotic trong hai mùa vụ nuôi tôm thẻ chân trắng L. vannamei bán thâm canh (trung bình và độ lệch chuẩn của 8 và 5 ao lặp lại trên diện tích 3 ha cho mỗi nghiệm thức, số liệu từ Vaca và cộng sự, 2010, 2011)

Dịch bệnh đốm trắng được theo dõi trong suốt thời gian nuôi, ở cả hai nghiệm thức, với cùng tần suất kiểm soát nghiêm ngặt; virus gây bệnh đốm trắng được xác định bằng phương pháp sắc ký miễn dịch (immuno-chromatography) và PCR. Sự xuất hiện hợp chất phytobiotics tạo ra hoạt động kháng khuẩn bao gồm khả năng ức chế QS trong hệ thống tiêu hóa của tôm. Điều này tăng cường khả năng đề kháng với việc bội nhiễm với các vi khuẩn cơ hội như Vibriosis, thường là nguyên nhân chính gây tử vong ở tôm nhiễm đốm trắng (theo Phuoc và cộng sự, 2009).

Ở vụ 2, việc bố trí 8 lần lặp lại trong mỗi nghiệm thức đánh giá chính xác hơn về sự biến đổi thông số giữa các ao. Việc bổ sung phytobiotic làm giảm triệt để sự biến thiên kết quả sản xuất ở các ao sử dụng cùng loại thức ăn (với 6 chỉ tiêu theo dõi khác nhau, hệ số biến thiên trung bình giữa các ao: nhóm đối chứng 18% so với nhóm sử dụng Sanacore 10%; Bảng 2). Kết quả còn cho thấy tầm quan trọng của việc tăng cường kiểm soát vi sinh đường ruột đối với khả năng sản xuất trong môi trường ao bán thâm canh.