ỨNG DỤNG ENZYM NGOẠI BÀO TỪ VI SINH VẬT HỮU ÍCH ĐỂ ỨC CHẾ TÍN HIỆU QUORUM SENSING CỦA VI KHUẨN GÂY BỆNH

»  PGS. TS. Phạm Thị Tuyết Ngân – Khoa Thủy sản, Trường Đại học Cần Thơ

1. GIỚI THIỆU

– Dịch bệnh do vi khuẩn gây ra đã ảnh hưởng lớn đến ngành nuôi trồng thủy sản. Cho đến nay, liệu pháp sử dụng thuốc kháng sinh và hóa chất để hạn chế dịch bệnh dẫn đến sự kháng thuốc ở vi khuẩn và gây ảnh hưởng không tốt tới môi trường sống. Để đạt hiệu quả cao hơn trong phòng trị bệnh, một số biện pháp sinh học đã được ứng dụng nhằm kiểm soát bệnh do vi khuẩn gây ra mà vẫn đảm bảo an toàn về mặt sinh học. Một trong số đó là sử dụng phương pháp làm phân hủy phân tử tín hiệu tiết ra bởi vi khuẩn gây bệnh gọi là Quorum censing. Quorum censing là quá trình giao tiếp ở thế giới vi khuẩn, trong đó việc tổng hợp và dò tìm một loại phân tử tín hiệu thực hiện điều hòa việc biểu hiện gen đã được nghiên cứu thành công. Quá trình này đã được chứng minh có liên quan trực tiếp đến sự biểu hiện gen mã hóa các yếu tố độc lực ở nhiều các loài vi khuẩn gây bệnh như Vibrio harveyi, Vibrio parahaemolyticus, Aeromonas hydrophila, Edwardsiella ictaluri… Trong bài viết này sẽ tổng hợp một số báo cáo trong và ngoài nước đã nghiên cứu ứng dụng một số chiết xuất trong đó có enzyme ngoại bào ly trích từ vi khuẩn hữu ích nhằm ức chế tín hiệu Quorum sensing của vi khuẩn gây bệnh nhằm kiểm soát dịch bệnh trong NTTS nhất là trên tôm nuôi. Các tư liệu làm nên bài viết này được liệt kê trong tài liệu tham khảo ở cuối bài.

2. QUORUM SENSING VÀ CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG

– Quorum sensing là một dạng “ngôn ngữ giao tiếp của vi khuẩn”, chúng có thể liên lạc và trao đổi thông tin để cộng tác lần đầu tiên được phát hiện ở vi khuẩn Vibrio fischeri bởi Nealson và ctv. (1970). Quorum sensing (QS) là lan truyền phân tử tín hiệu/gen mã hóa độc lực cho vi khuẩn liền kề, từ đó gia tăng mật độ vi khuẩn có chứa gen độc lực đủ lớn để gây hại cho vật chủ, đồng thời các chủng vi khuẩn sau khi tiếp nhận được tín hiệu gen mã hóa độc lực sẽ trải qua quá trình sinh sản để gia tăng về số lượng. Nghiên cứu giải pháp làm rối loạn cơ chế QS của vi khuẩn gây bệnh, khiến cho phân tử tín hiệu mã hóa gen độc lực không được lan truyền cho vi khuẩn liền kề là hướng nghiên cứu hiện nay đang được quan tâm, giúp kiểm soát mật độ vi khuẩn mang gen độc lực gây bệnh cũng như việc hạn chế vật nuôi nhiễm bệnh. Hệ thống QS đã được chứng minh là có liên quan đến các yếu tố độc lực ở một số loài vi khuẩn gây bệnh trong NTTS, trong đó có Vibrio harveyi và Edwardsiella ictaluri là hai loài vi khuẩn gây bệnh trên tôm nước lợ và trên cá da trơn. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng khả năng bất hoạt phân tử AHL (N-acyl homoserine lactone), một loại phân tử tín hiệu QS ở nhóm vi khuẩn Gram âm, có thể hữu ích trong việc kiểm soát các yếu tố độc lực được điều khiển bởi QS ở các loài vi khuẩn gây bệnh Gram âm. Các nhà khoa học đã chứng minh trong quần thể vi khuẩn, sự tương tác, cộng sinh, hỗ sinh, cạnh tranh đối kháng thường xuyên xảy ra, trong đó quan hệ cạnh tranh diễn ra mạnh nhất do vòng đời của vi khuẩn ngắn.

– Từ hơn 3 thập niên qua các nhà khoa học đã chứng minh hiệu quả của phương pháp làm gián đoạn QS tín hiệu; vì vậy phương pháp kiểm soát được dịch bệnh thông qua việc phân hủy hay làm mất tính hiệu phân tử truyền tín hiệu này là rất khả thi. Trong những năm gần đây, các nghiên cứu tập trung chủ yếu vào làm rối loạn hệ thống QS bằng các enzyme có nguồn gốc từ các loài vi khuẩn hữu ích trên cơ sở nghiên cứu ban đầu đạt hiệu quả là halogen furanons được chiết xuất từ tảo đỏ.

3. ỨNG DỤNG ENZYM NGOẠI BÀO TỪ ĐỂ ỨC CHẾ TÍN HIỆU QS CỦA VI KHUẨN GÂY BỆNH

– Enzyme AHL-lactonase (N-acyl homoserine Lactone) là một trong hai loại enzyme có khả năng phân hủy phân tử tín hiệu ở vi khuẩn Gram âm. Enzyne này được mã hóa bởi gen aiiA hiện diện ở các loài vi khuẩn Bacillus sp. Có khá nhiều nghiên cứu trên thế giới về việc ứng dụng gen aiiA tái tổ hợp như là một biện pháp kiểm soát sinh học đối với các loại cây trồng có liên quan đến việc tiết ra phân tử tín hiệu AHL. Pan và ctv. (2008) đã phân lập gen aiiA từ vi khuẩn Bacillus subtilis BS-1 và ứng dụng làm giảm hội chứng thối rể thành công trên cây trồng. Một số nghiên cứu khác thành công trên cây bắp cải và cây xương rồng ở Trung Quốc. Trong y học thay vì dùng thuốc kháng sinh có thể ứng dụng QS để phá hủy những dấu hiệu liên lạc của vi khuẩn hoặc khóa cơ quan thụ cảm của chúng làm cho vi khuẩn không đủ số lượng cần thiết để gây bệnh. Trong thủy sản đã có những nghiên cứu về sự phá hủy hệ thống QS để ngăn ngừa và phòng trị dịch bệnh như nghiên cứu của Defoirdt cho thấy ấu trùng Artemia có thể sống sót sau khi cảm nhiễm vi khuẩn Aeromonas hydrophyla, Vibrio anguillarum và Vibrio harveyi gây bệnh phát sáng bằng cách phá hủy hệ thống QS của các loài vi khuẩn này.

– Ngoài ra Defoirdt và ctv. (2015) đã nghiên cứu làm gián đoạn độc lực của Vibrio harveyi và Vibrio campbellii bằng halogen furanons được chiết xuất từ tảo đỏ. Kết quả thí nghiệm in vivo trên Artemia cho thấy furanone, ở liều 20 mg/l, bảo vệ được ấu trùng Artemia khỏi tác nhân gây chết Vibrio harveyi và Vibrio campbellii. Nhưng nếu xử lý liều cao tới 50 mg/l furanone, thì tỉ lệ chết lại cao. Điều này chứng tỏ hợp chất này gây độc cho Artemia ở nồng độ nguyên chất. Nghiên cứu này cho thấy hợp chất này có thể làm mất tin hiệu QS gây ra bởi vi khuẩn Vibrio harveyi và Vibrio campbellii ở nồng độ phù hợp hơn là thành phần furanone tự nhiên.

– Ở Việt nam một số nghiên cứu của Nguyễn Thị Ngọc Tĩnh và ctv, (2012 – 2014) đã đánh giá khả năng phân hủy phân tử N-hexanoyl homoserine lactone bởi 9 chủng Bacillus và 5 chủng vi khuẩn sinh acid lactic phân lập từ hệ tiêu hóa tôm và môi trường ao nuôi tôm ở Cà Mau. Kết quả cho thấy sau thời gian khảo sát 6 giờ, có 4 chủng thể hiện khả năng phân hủy mạnh, trong đó có 3 chủng thuộc nhóm Bacillus và 1 chủng thuộc nhóm vi khuẩn sinh acid lactic (tốc độ phân hủy 0,78 mg/l/giờ). Kết quả đạt được trong nghiên cứu này là những kết quả bước đầu trong việc ứng dụng những chủng vi khuẩn đã phân lập để kiểm soát các tác nhân gây bệnh trong NTTS mà độc lực của chúng được điều khiển bởi hệ thống QS. Tương tự một nghiên cứu gen mã hóa aiiA AHL-lactonase được phân lập từ vi khuẩn Bacillus cereus N26.2, có nguồn gốc từ ao cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) ở Việt Nam đã được thực hiện bởi Nguyễn Thị Ngọc Tĩnh và ctv. Kết quả nghiên cứu cho thấy gen AiiAN26.2, hoạt động tốt ở pH từ 6-8 và 80% hoạt lực tồn tại trong điều kiện trữ 5 ngày ở 4°C hoặc 3 ngày 20°C. Kết quả này có thể ứng dụng vào hình thức bổ sung thức ăn để kiểm soát dịch bên thông qua hệ thống tín hiệu QS. Trong nghiên cứu này, tác giả cũng xác định enzyme AHL-lactonase (protein AiiAN26.2) có khả năng ức chế vi khuẩn phát sáng V. harveyi trong khoảng thời gian 6 giờ. Kết quả của nghiên cứu là quan trọng đối với hướng nghiên cứu trong tương lai vì nó đã được chứng minh rằng AHL-lactonase có thể được sử dụng để kiểm soát các bệnh có liên quan đến hệ thống tín hiệu AHL QS.

3. KẾT LUẬN

– Hiện nay có nhiều nghiên cứu ứng dụng Bacillus sp. để sản xuất enzyme AHL-lactonases thủy phân các vòng lacton của AHL. Ngoài tác dụng phân hủy hữu cơ làm sạch môi trường nước, Bacillus spp. còn tấn công vi khuẩn Gram âm gây bệnh bằng 2 cách: Cách thứ nhất sản xuất các peptide kháng khuẩn để tiêu diệt hoặc làm giảm mầm bệnh; cách thứ hai sản xuất enzyme AHL- Lactonases tác động tới quá trình liên lạc và phối hợp của vi khuẩn và do đó kiểm soát được các tác nhân gây bệnh. Trong tương lai những nghiên cứu tương tự sẽ giúp ngành NTTS giải quyết tình trạng dịch bệnh và đảm bảo chất lượng sản phẩm cho người tiêu dùng.

Bản tin kỹ thuật số 06 Dành cho TÔM – Công ty TNHH VIBO

Mời bà con cùng đọc và chia sẻ bản tin nhé !!!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. 1. http://vinhthinhbiostadt.com/vi/thong-tin-ky-thuat/tim-hieu-them-ve-quorum-sensing-va-ung-dung-cua-no-trong-kiem-soat-vi-khuan-97.html (cập nhậtt ngày 20/3/2021).

2. 2. Nguyễn Thị Kim Thu, 2015. Nghiên cứu khả năng sử dụng vi sinh vật để ức chế quá trình quorum sensing của các vi khuẩn Vibrio gây bệnh trên động vật thủy sản. Luận văn thạc sĩ, Đại học quốc gia Hà Nội, trường Đại học khoa học tự nhiên.

3. 3. Nguyen Thi Ngoc Tinh, Nguyen Viet Dung, Cao Thanh Trung and Van Thi Thuy, 2013.

   In Vitro Characterization of a Recombinant AHL-Lactonase from Bacillus cereus isolated from a Striped Catfish (Pangasianodon hypophthalmus) Pond

   Indian J Microbiol 53(4):485–487 DOI 10.1007/s12088-013-0415-y

   .

4. 4. Nguyen Thi Ngoc Tinh, Nguyen Viet Dung, Van Thi Thuy and Nguyen Thao Suong, 2014. Inhibition of Quorum Sensing-mediated Bioluminescence in Vibrio harveyi by a Recombinant AHL-lactonase from Bacillus cereus. Journal of pure and applied microbiology, Vol. 8.

5. 5. Trần Thị Thúy Hà, Nguyễn Thị Hạnh, Phạm Thế Việt, Phan Thị Vân, Trương Thị Mỹ Hạnh, 2018. Đánh giá khả năng giao tiếp (Quorum sensing) giữa vi khuẩn gây bệnh hoại tử gan tụy cấp với Vibrio alginolyticus. Tạp chí Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, 16(6): 571-577.

Bài viết đã được Công ty TNHH VIBO mua tác quyền từ tác giả. Bất cứ hình thức sao chép nào đều phải có trích dẫn nguồn từ Công ty TNHH VIBO.