Phát hiện bệnh đốm trắng do virus ở tôm bằng điện cực dùng một lần (10-11-2020)

Virus gây hội chứng đốm trắng (WSSV) lây nhiễm sang tôm và gây ra bệnh đốm trắng (WSD), được coi là một trong những mầm bệnh virus gây chết tôm và gây thiệt hại lớn nhất trong ngành tôm nuôi trên toàn cầu. Tiêm phòng luôn là phương pháp hữu ích nhất để giải quyết bất kỳ trường hợp nhiễm virus nào, và một vài nỗ lực để tạo ra phản ứng miễn dịch và bảo vệ tôm khỏi nhiễm WSSV đã được báo cáo, nhưng kết quả của những nỗ lực tiêm phòng này vẫn còn kém nếu xét trên thực tế sử dụng. Để tránh rủi ro WSD trong nuôi tôm, điều quan trọng là phải có các phương tiện để nhanh chóng xác định bất kỳ con tôm nào bị nhiễm bệnh.
Phát hiện bệnh đốm trắng do virus ở tôm bằng điện cực dùng một lần
Ảnh minh họa

Các phương pháp hiện tại để phát hiện WSSV dựa vào phản ứng chuỗi polymerase (PCR, một phương pháp được sử dụng rộng rãi để tạo nhanh hàng triệu đến hàng tỷ bản sao của một mẫu ADN cụ thể) bằng cách sử dụng các xét nghiệm ADN của virus hoặc protein bằng cách sử dụng một kháng thể cụ thể, với giới hạn phát hiện, LOD (số lượng thấp nhất của một chất có thể được phân biệt với sự vắng mặt của chất đó với mức tin cậy thường là 99%) là vài trăm bản sao ADN trên mỗi mL trong vòng 4 đến 12 giờ. Các xét nghiệm PCR chẩn đoán để sử dụng trong nuôi trồng thủy sản bị hạn chế bởi chi phí và yêu cầu người vận hành có tay nghề cao. Các phương pháp phát hiện WSSV khác bao gồm các kỹ thuật phức tạp khác như chấm đốm, kỹ thuật sắc ký miễn dịch và xét nghiệm hấp thụ miễn dịch liên kết với enzym (ELISA).

Vật liệu nano [vật liệu có một đơn vị kích thước - theo ít nhất một chiều - từ 1 đến 100 nanomet (một đơn vị chiều dài trong hệ mét bằng một phần tỷ mét, hoặc 0,000000001 mét)] với các đặc tính vật lý, quang học và điện hóa độc đáo đã được sử dụng thành công để phát hiện các loại virus khác nhau với độ nhạy cao. Quang phổ trở kháng điện hóa (EIS) là một kỹ thuật nhạy để phân tích các đặc tính và nhận biết các phản ứng phân tử khác nhau, và thông qua các cảm biến sinh học có thể phát hiện trực tiếp các phân tử khác nhau. Ví dụ, chúng tôi đã chứng minh việc phát hiện virus viêm gan E bằng một điện cực cảm biến sinh học được cấu tạo bởi các kháng thể và vật liệu nano cụ thể dựa trên quy trình đo trở kháng được thiết kế.

Bài báo này - phỏng theo và tóm tắt từ bản gốc [Takemura, K. et al. 2020. Điện hóa phát hiện virus gây hội chứng đốm trắng bằng điện cực cao su silicone dùng một lần bao gồm các chấm lượng tử graphene và dây nano polyaniline nhúng hạt nano vàng. J Nanobiotechnol 18, 152 (2020)] - báo cáo về điện cực dùng một lần có thể phát hiện chính xác WSSV và có thể có các ứng dụng quan trọng trong ngành nuôi trồng thủy sản.

Kết quả và thảo luận

Điện cực dùng một lần mà chúng tôi phát triển đã chứng minh trong quá trình thử nghiệm khả năng phát hiện WSSV với độ đặc hiệu và độ nhạy cao. Độ ổn định của cảm biến cũng đã được thử nghiệm trong hơn một tháng để xác nhận khả năng ứng dụng của nó để phát hiện virus tại chỗ.

Đáp ứng của các điện cực cảm biến tăng theo nồng độ của WSSV do sự tích tụ điện trở cao tại điện cực được nạp virus. Khi WSSV liên kết với điện cực cảm biến, một số lượng lớn các hạt virus không dẫn điện bao phủ bề mặt dẫn điện, làm tăng điện trở.

Giới hạn phát hiện, LOD, được xác định là thấp tới 48,4 bản sao mỗi mL - một giá trị cực kỳ thấp và nhạy khi sử dụng thực tế. Sau khi phát hiện WSSV, bề mặt của điện cực được nạp virus có độ nhám tăng lên đáng kể, cho thấy sự hiện diện của WSSV trên điện cực.

Chúng tôi đã so sánh hiệu suất cảm biến của thiết bị này với nhiều phương pháp phát hiện WSSV khác. Nhiều nghiên cứu đã phát hiện thành công ADN, nhưng không dễ thực hiện việc phát hiện tại chỗ và nhanh chóng vì cần phải tách ADN từ WSSV. Hệ thống phát hiện của chúng tôi là thực tế vì nó cho thấy độ nhạy cao, đơn giản và khả năng thích ứng để phát hiện tại chỗ.

Về tính chọn lọc và độ ổn định của điện cực dùng một lần, và để xác nhận tính đặc hiệu đối với WSSV, nhiều loại virus khác và một số vật liệu cũng đã được thử nghiệm trong quá trình nghiên cứu của chúng tôi với điện cực cảm biến. Các phản hồi của cảm biến, ngoại trừ WSSV, tương tự như phản ứng của điện cực trần, cho biết tính đặc hiệu của cảm biến đối với virus mục tiêu. Tính chọn lọc cao của các cảm biến đạt được nhờ lớp phủ đặc biệt với các vật liệu khác nhau và khả năng làm sạch hiệu quả. Khi nhiều chất lạ có mặt và sự hấp phụ không đặc hiệu xảy ra trên bề mặt cảm biến, các chất không phải là WSSV được loại bỏ bằng dung dịch rửa hiệu quả cao, dẫn đến tính chọn lọc cao của phương pháp.

Độ ổn định của điện cực dùng một lần đã được kiểm tra trong tám tuần để quan sát khả năng ứng dụng của nó khi sử dụng lâu dài. Cường độ tín hiệu sau khi tải 104 bản sao trên mỗi mL virus vẫn ở mức 86% cho đến ngày 35. Tuy nhiên, nó giảm xuống 73,4% sau 56 ngày lưu trữ do sự suy thoái của kháng thể được sử dụng.

Sau khi phát hiện thành công WSSV trong môi trường đệm, các mẫu virus được thu thập từ 10 con tôm nhiễm WSSV và xét nghiệm. Số bản sao ADN của tôm được so sánh với kết quả thu được từ kỹ thuật phát hiện điện hóa này. Xu hướng tổng thể của kết quả PCR đối với các mẫu cho thấy sự tương đồng nổi bật với xu hướng của kết quả cảm biến điện hóa, xác nhận khả năng tái lập kết quả của cảm biến. Nhìn chung, dữ liệu của chúng tôi cho thấy hệ thống cảm biến của chúng tôi có độ nhạy cao hơn, từ sáu đến bảy bậc, so với các kỹ thuật kiểm tra WSSV hiện đang được sử dụng khác như kỹ thuật Western blot và có thể phát hiện WSSV từ sinh vật bị nhiễm bệnh trong vòng chưa đầy 20 phút.

Triển vọng

Chúng tôi đã phát triển và xác nhận một điện cực dùng một lần để phát hiện nhanh chóng và nhạy cảm với virus gây hội chứng đốm trắng (WSSV) trong vòng 20 phút. Trong quá trình thử nghiệm, cảm biến của chúng tôi đã phát hiện ra virus trên một phạm vi tuyến tính rộng từ 102 đến 109 bản sao DNA trên mỗi mL, với giới hạn phát hiện là 48,4 bản sao trên mL. Và chức năng của điện cực dùng một lần đã được chứng minh thành công là có độ chọn lọc cao và ổn định lâu dài trong khoảng năm tuần.

Khả năng cảm biến cũng đã được thử nghiệm thành công đối với các loại virus khác, cho thấy khả năng ứng dụng linh hoạt của nó để sử dụng trong tương lai. Cảm biến đã được ứng dụng để phát hiện virus từ tôm nuôi bị nhiễm WSSV và có thể so sánh với phân tích PCR đang được sử dụng hiện nay, điều này đã khẳng định khả năng ứng dụng của nó như một hệ thống giám sát tuyệt vời để phát hiện virus trong thời gian thực.

Đây là minh chứng đầu tiên về việc phát hiện WSSV bằng một điện cực cảm biến được chế tạo nano với độ nhạy, độ chọn lọc và độ ổn định cao, cho thấy tiềm năng của nó như một công cụ chẩn đoán để theo dõi WSSV trong ngành nuôi trồng thủy sản. Hệ thống phát hiện này có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc kiểm soát sự lây lan của WSSV đối với các hệ thống phát hiện tại chỗ tại các cơ sở sản xuất tôm.

HNN (Theo GAA)

Ý kiến bạn đọc

Tin khác