Khi điều kiện môi trường nước đảm bảo, sức khỏe vật nuôi và vi sinh vật được ổn định, những mầm bệnh cơ hội ít có khả năng gây bệnh.Tuy nhiên, khi những điều kiện thay đổi, chất lượng nước bị suy giảm, và sức khỏe vật nuôi bị tổn thương. Những mầm bệnh cơ hội sẽ chớp thời cơ, sinh sôi nảy nở nhanh chóng và gây ra các bệnh truyền nhiễm. Do đó, để kiểm soát mức độ của những mầm bệnh cơ hội, phải duy trì một môi trường ổn định, và chất lượng nước lả rất quan trọng.
Kỹ thuật quản lý thích hợp là điều kiện tiên quyết. Ngoài ra, các biện pháp như tiêm chủng và thuốc kháng sinh được áp dụng, nhưng chúng cũng có những nhược điểm. Không phải chủng bệnh nào và loài thủy sản nào cũng có vắc-xin. Chỉ có những vắc-xin đặc chủng cho các loại bệnh khác nhau, chủ yếu là những vi-rút trong tự nhiên, và không có hiệu quả với tôm. Hiệu quả của văc-xin phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chẳng hạn như tình trạng miễn dịch và kích thước của vật nuôi, sự chuẩn bị, tiến trình và chế độ dùng thuốc. Ngoài ra, vắc-xin rất đắt tiền, tốn nhiều công sức và gây căng thẳng cho vật nuôi.
Trước đây, kháng sinh thường được sử dụng để thúc đẩy sự tăng trưởng cũng như phòng chống dịch bệnh. Tuy nhiên, việc sử dụng bừa bãi thuốc kháng sinh dẫn đến sự gia tăng các kiểu hình kháng thuốc giữa các vi khuẩn gây bệnh. Áp lực chọn lọc liên tục không chỉ kích hoạt sự kháng thuốc, mà còn truyền những thể kháng thuốc này vào môi trường. Do đó, việc áp dụng các kháng sinh như là biện pháp phòng ngừa vẫn còn gây tranh cãi.
Hiện nay, có một loạt các sản phẩm thay thế để cải thiện sức khỏe của vật nuôi, chất lượng nước và kiểm soát mầm bệnh. Việc sử dụng các lợi khuẩn, hay chế phẩm sinh học, là một cách để duy trì điều kiện ổn định và ngăn chặn các mầm bệnh cơ hội.
Quản lý chất lượng nước
Thủy sản nuôi trồng thải phân, nước tiểu và thức ăn thừa vào môi trường nước xung quanh chúng. Khi các chất hữu cơ này tích lũy, mức độ hợp chất độc hại gia tăng, và chất lượng nước suy giảm. Do đó, lượng chất hữu cơ và các hợp chất độc hại cần phải được loại bỏ. Vi khuẩn có thể hỗ trợ quá trình này. Việc sử dụng thực vật hoặc vi sinh vật như vi khuẩn để loại bỏ các chất thải được gọi là xử lý sinh học.
Một lượng chất hữu cơ dư thừa cung cấp các điều kiện tăng trưởng tuyệt vời cho các mầm bệnh cơ hội và đặt ra giai đoạn truyền nhiễm bệnh. Lợi khuẩn, như các chủng Bacillus có thể khoáng hóa chất hữu cơ và nhờ đó giúp giảm bớt gánh nặng.
Các hợp chất ni-tơ như các ion nitrit, nitrat và amoni có nguồn gốc từ sự phân hủy chất thải động vật và chất bài tiết. Khi nồng độ các hợp chất này vượt quá một ngưỡng nhất định, chúng trở thành độc hại. Ion amoni can thiệp vào các quá trình thần kinh, và tiếp xúc liên tục với nồng độ nitrit cao gây ngạt thở, đặc biệt là khi thiếu oxy. Mặc dù vô hại khi ở nồng độ thấp, nhưng tiếp xúc kéo dài với nitrat có thể gây ra giảm cân và làm cho vật nuôi dễ bị bệnh truyền nhiễm.
Để tránh các biến chứng như vậy, lợi khuẩn được giới thiệu đến các hệ thống nuôi trồng. Những loài này thực hiện quá trình nitrat hóa và/hoặc khử ni-tơ (Hình 1 và 2) và do đó làm giảm mức độ amoni, nitrat và nitrit trong nước. Nitrat hóa của vi khuẩn là quá trình oxy hóa amoni thành nitrat qua hydroxyl amin và nitrit. Khử ni-tơ là khử nitrat thành những oxit ni-tơ và cuối cùng thành khí ni-tơ, trở về với không khí. Nitrit là chất trung gian trong cả hai quá trình. Để loại bỏ ảnh hưởng của cả 3 hợp nhất, một sự pha trộn của các vi khuẩn có khả năng nitrat hóa và/hoặc khử ni-tơ là có lợi.
Các hợp chất lưu huỳnh như hydro sunfit là một vấn đề khác. Hydro sunfit được tạo ra trong quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ ở đáy ao. Hydro sunfit cản trở hô hấp hiếu khí và do đó dẫn đến nghẹt thở ở vật nuôi. Bùn đen, xảy ra khi hydro sunfit và sắt phản ứng để tạo thành sunfua sắt, cho thấy sự hiện diện của hydro sunfit.
Hydro sunfit được một số loại vi khuẩn tận dụng, đặc biệt là các loại trong chi Thiobacillus và Paracoccus. Chẳng hạn loài Thiobacillus đồng thời loại bỏ nitrat và hydro sunfit trong một quá trình gọi là khử sulfoxidizing và chuyển đổi các hợp chất thành sulfate (không độc hại) và khí ni-tơ.
Lợi khuẩn chống lại mầm bệnh
Kháng mầm bệnh là một tính năng thiết yếu của chế phẩm sinh học. Nói chung, việc kháng bệnh đạt được thông qua loại trừ tính cạnh tranh, trong đó bao gồm một số cơ chế: sản xuất các chất kháng khuẩn gây bệnh như bacteriocin, sản xuất các axit hữu cơ làm giảm độ pH trong dạ dày động vật và do đó ngăn chặn sự gia tăng của các mầm bệnh, cạnh tranh để có vị trí bám dính và để có chất dinh dưỡng.
Gần đây, một phương pháp tiếp cận mới đã xuất hiện trong các điều kiện kháng bệnh: Sự gián đoạn của các định số cảm biến tối thiểu, một cơ chế thông tin liên lạc di động của các tế bào vi khuẩn.
Vi khuẩn truyền tin
Định số cảm biến tối thiểu (Quorum sensing-Q.S.) mô tả các quy định về biểu hiện gen theo mật độ cá thể. Q.S. qua trung gian bởi các phân tử tín hiệu nhỏ được sản xuất liên tục. Khi quần thể vi khuẩn phát triển, các phân tử tín hiệu tích lũy và khi đạt đến một ngưỡng, một thay đổi trong biểu hiện gen được tạo ra.
Cơ chế này cho phép quần thể vi khuẩn phối hợp hoạt động nhóm, chẳng hạn như hình thành màng sinh học, độc tính và sự sản xuất kháng sinh và các exoenzyme. Các quá trình này đặt một gánh nặng chuyển hóa lên các tế bào và chỉ bắt đầu có giá trị khi tỷ lệ thành công là đủ cao. Về giới hạn độc lực, hiệu quả và biểu hiện kịp thời của các yếu tố độc lực đảm bảo rằng sự nhiễm trùng là thành công.
Các nhà nghiên cứu đã xác định và cô lập các loại virut khác nhau của các phân tử tín hiệu. Các phân tử tín hiệu phổ biến nhất là acylated homoserine lactones (AHL) cho vi khuẩn gram âm và peptide nhỏ cho vi khuẩn gram dương. Những sự suy giảm như sự thay đổi trong chiều dài của chuỗi phía cacbon của AHLs tạo ra đặc hiệu của loài. Sự không phụ thuộc của việc phân loại gram, được nhiều loài đáp ứng, phát hiện hoặc sản xuất các phân tử tín hiệu phổ Al-2.
Dòng Vibrios sử dụng các phân tử tín hiệu được cụ thể cho một nhóm vi khuẩn có liên quan. Tất cả những phân tử này cung cấp thông tin về môi trường, thành phần, sự hiện diện của đối thủ cạnh tranh chất dinh dưỡng và tình trạng chuyển hóa quần thể.
Các hệ thống cơ bản cho tín hiệu AHL bao gồm một sự tổng hợp AHL và một yếu tố phiên mã cùng nguồn gốc để phát hiện AHL. Khi các AHL liên kết, các bộ dò sẽ kích hoạt hoặc vô hiệu hóa gen mục tiêu. Hệ thống đa tuyến phức tạp hơn đã được phát hiện trong Vibrios. Ở đây, các tín hiệu khác nhau được phát hiện bởi các thụ thể cùng nguồn gốc của chúng ở trong màng, và một tầng điều khiển sẽ kích hoạt hay hủy kích hoạt gen mục tiêu. Mỗi tín hiệu có một kênh riêng, và thông tin từ mỗi kênh được chuyển thành tầng điều khiển tương tự.
Dập tắt định số tối thiểu
Khi sự liên lạc bị phá hủy, hoạt động nhóm không thể được phối hợp, và đặc điểm được quy định bởi QS không hoạt động đúng. Trong trường hợp tốt nhất, sự dập tắt định số tối thiểu làm cho vi khuẩn ít độc lực hơn và dễ bị tổn tương hơn. Một số bước trong hệ thống QS là mục tiêu của sự dập tắt này. Khi sự tổng hợp của các phân tử tín hiệu bị kiềm chế, các tế bào trở thành yên ắng và không thể truyền tin. Nếu mục tiêu là phát hiện tín hiệu, tính ổn định của các thụ thể bị ảnh hưởng, hoặc các phân tử có cấu trúc tương tự sẽ ngăn chặn sự gia tăng của vị trí thụ thể liên kết, mà không kích hoạt các thụ thể. Các phân tử tín hiệu có thể bị phá hủy bởi sự thoái biến enzim, và do đó, thông tin sẽ không bao giờ truyền đến được các tế bào nhận.
Thiên nhiên đã phát triển một loạt các chất ức chế được sản xuất bởi thực vật, vi khuẩn và tảo. Thí dụ, tỏi chứa hợp chất ngăn chặn dòng chảy thông tin, và tảo đỏ (red macroalgae delisea) sản xuất furanones halogen bắt chước các phân tử tín hiệu và ngăn chặn sự gia tăng thụ thể.
Vi khuẩn đã phát triển cơ chế tiêu diệt và làm suy giảm AHLs. Một số loài vi khuẩn Bacillus sản xuất enzimm thủy phân vòng lacton của AHL. Các loài khác, như Ralstonia hoặc Variovorax, sản xuất enzim nhằm vào các amide liên kết của AHLs. Lợi khuẩn không chỉ nhằm vào sự phát triển của mầm bệnh, mà còn chiếm hữu những enzim có khả năng kiểm soát mầm bệnh theo hai cách. Sự phát triển bị trực tiếp ức chế bởi các chất kháng khuẩn. Sự truyền tin cũng bị phá hoại để giữ cho các mầm bệnh trong tầm kiểm soát.
Hệ thống dập tắt
Trong vài thập kỷ qua, các nhà nghiên cứu đã phát triển một loạt các dòng chỉ số thể hiện những đặc điểm như năng suất ánh sáng, năng suất phát quang hoặc sắc tố trong sự hiện diện của phân tử tín hiệu QS. Các chỉ số này không những được sử dụng để phát hiện, mà còn để điều tra dập tắt định số tối thiểu. Bởi vì lợi khuẩn tạo ra các chất kháng sinh, điều quan trọng là phải xác định một cách cẩn thận xem trong thực tế, tác động dập tắt định số tối thiểu có liên quan tới sự thiếu liên lạc hay là do ức chế tăng trưởng.
Thu Hằng (dịch, tổng hợp theo the Global Aquaculture Advocate)