Dự đoán sự bùng phát ký sinh trùng ở các trang trại nuôi cá thông qua DNA môi trường (18-09-2018)

Dịch bệnh là một tác động lớn và là một trong những trở ngại lớn cho sự tăng trưởng trong tương lai của ngành nuôi trồng thủy sản. Đã có những báo cáo cho thấy dịch bệnh gây ra khoảng 40% thiệt hại sản xuất trong nuôi trồng thủy sản (102 tỷ USD).
Dự đoán sự bùng phát ký sinh trùng ở các trang trại nuôi cá thông qua DNA môi trường
Ảnh minh họa

Do đó, cần có các phương pháp cải tiến để phát hiện sớm và quản lý dịch bệnh trong các trang trại nuôi trồng thuỷ sản. DNA môi trường (eDNA) là một phương pháp lấy mẫu liên kết với các kỹ thuật phân tử cho phép phát hiện vật liệu di truyền của bất kỳ vi sinh vật hoặc sinh vật nào có mặt trong môi trường. Kỹ thuật này có khả năng cách mạng hóa cách thức tác nhân gây bệnh được phát hiện và theo dõi trong nuôi trồng thủy sản.

DNA môi trường là một phương pháp thay thế cho việc lấy mẫu xâm lấn và định lượng các mầm bệnh bằng cách thu thập mẫu nước hoặc đất từ ​​các hệ thống nuôi trồng thủy sản. Trong khi các chẩn đoán truyền thống (ví dụ như mô bệnh học, vi sinh vật học, PCR) tiếp tục là các phương pháp chuẩn để xác nhận tác nhân gây bệnh lây nhiễm ở động vật, những kỹ thuật này tốn nhiều thời gian. Cách tiếp cận DNA môi trường cung cấp cơ hội để cải thiện giám sát sức khỏe thủy sản nuôi bằng cách phát hiện mầm bệnh trong hệ thống nuôi trồng thủy sản trước khi thủy sản bị nhiễm bệnh.

Trong số các tác nhân gây bệnh khác nhau ảnh hưởng đến ngành nuôi trồng thủy sản, các động vật nguyên sinh ciliate được coi là một số ký sinh trùng quan trọng nhất về mặt kinh tế của cá có vảy. Nói chung, sự bùng phát ký sinh trùng ciliate tiến triển nhanh chóng, không có bất kỳ cảnh báo nào, gây chết rất nhanh. Chilodonella hexasticha là một loại ký sinh trùng ciliate phổ biến được tìm thấy trong các hệ thống nuôi cá có vảy nước ngọt, có thể xuất hiện xen kẽ giữa các giai đoạn ký sinh và tự do, giết cá trong vòng 2-3 ngày. Sử dụng C. hexasticha làm mô hình sinh vật, phương pháp eDNA đã được thử nghiệm để sớm phát hiện và định lượng mầm bệnh trong một trang trại nuôi cá chẽm hoặc họ cá mú châu Á (Lates calcarifer).

Nghiên cứu về cá chẽm: lấy mẫu và xử lý phòng thí nghiệm

Các mẫu nước từ 8 ao đất (~ 1,4 ha) của một trang trại nuôi cá chẽm thương mại nước ngọt từ Úc được thu thập hàng tháng trong vòng một năm. Các mẫu nước ao được thu thập ba lần với lượng 15 mL bằng cách sử dụng các cốc nhựa riêng lẻ và đổ vào 50 ống ly tâm chứa 1,5 mL natri axetat (3 M) và 33,5 mL ethanol nguyên chất để bảo quản DNA. Các mẫu được lưu trữ trên băng cho đến khi được xử lý trong phòng thí nghiệm.

Các mẫu được xử lý bằng phương pháp kết tủa và chiết xuất eDNA trực tiếp, nơi vật liệu di truyền được chiết xuất bằng cách sử dụng phương thức chiết xuất CTAB (cetyl trimethylammonium bromide), một chất tẩy rửa ca-ti-ông. Các tế bào ký sinh trùng ciliate từ cá chẽm bị nhiễm bệnh được thu thập trong cùng thời gian để xác định loài và xác nhận xét nghiệm PCR định lượng (qPCR). Xét nghiệm qPCR được phát triển để xác định sự đa dạng của C. hexasticha (tế bào bản sao/ µl) trong các mẫu nước dựa trên vùng gien SSU-rDNA.

Ngoài ra, dữ liệu về môi trường và sinh học được giám sát ở trang trại (oxy hòa tan, nhiệt độ, lượng mưa, trọng lượng cá và tỷ lệ chết) có liên quan đến sự phong phú của các bản sao tế bào C. hexasticha/µl (eDNA) trong nước. Mối quan hệ giữa các thông số chất lượng nước và sự phong phú của ký sinh trùng được kiểm tra bằng nhiệt độ nước tối đa trung bình, mức oxy hòa tan tối thiểu và lượng mưa trong thời gian 5 ngày liên tiếp trước khi lấy mẫu nước cho mỗi ao. Tương tự như vậy, mối quan hệ giữa sự phong phú của ký sinh trùng trong nước và cá chết được kiểm tra bằng cách sử dụng số lượng cá chết trung bình được ghi lại trong khoảng thời gian 5 ngày sau khi lấy mẫu nước trong mỗi ao.

Các phân tích được thực hiện thông qua hồi quy tuyến tính và tương quan để dự đoán tỷ lệ cá chết được quan sát trong 5 ngày sau khi lấy mẫu bằng cách sử dụng các biến đo được (ví dụ: C. hexasticha (eDNA), lượng mưa, oxy hòa tan và nhiệt độ nước và trọng lượng cá) của các biến môi trường quan sát có thể dự đoán sự phong phú của C. hexasticha trong các mẫu nước. Ngoài ra, một phân tích thành phần chính (PCA) được sử dụng để xác định mối liên hệ giữa các biến quan sát được và sự phong phú của các tế bào ký sinh trùng trong nước ao.

Kết quả và thảo luận

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp tiếp cận eDNA để định lượng sự phong phú của ký sinh trùng ciliate C. hexasticha (eDNA) trong nước từ một trang trại thương mại và điều tra mối quan hệ của nó với chất lượng nước và dữ liệu sản xuất. Một mối liên quan tỷ lệ thuận đã được quan sát thấy giữa sự phong phú của C. hexasticha trong nước ao (eDNA) và tỷ lệ chết của cá, có liên quan nghịch với trọng lượng cá và các mức oxy hòa tan. Điều này được khẳng định thêm bởi một mối tương quan tỷ lệ thuận giữa sự phong phú của ký sinh trùng trong nước ao nuôi (eDNA) và tỷ lệ chết của cá nhưng tương quan nghịch với kích thước cá. Tỷ lệ chết của cá cũng tương quan chặt chẽ và tỷ lệ thuận với nước ấm hơn. Nói cách khác, trong trang trại nghiên cứu, cá chẽm nhỏ có xu hướng bị ảnh hưởng đặc biệt bởi mức độ cao của ký sinh trùng ciliate trong nước và tình trạng cá chết xảy ra trong mùa mưa và mùa khí hậu ấm.

Thật thú vị, một sự đồng bộ giữa sự phong phú của các tế bào C. hexasticha trong nước (eDNA) và tỷ lệ cá chết quan sát được 5 ngày sau khi lấy mẫu. Các mẫu được lấy từ nhiều tháng với sự phong phú của ký sinh trùng trong nước (eDNA) cũng là những tháng có tỷ lệ cá chết cao hơn. Sự phong phú của các tế bào C. hexasticha trong nước và trọng lượng cá là những yếu tố dự báo quan trọng về tỷ lệ chết của cá, trong khi lượng mưa và trọng lượng cá thấp hơn liên quan nhiều đến sự phong phú của các tế bào C. hexasticha trong nước.

DNA môi trường cho thấy là một cách tiếp cận mạnh mẽ có thể được sử dụng để dự đoán tỷ lệ cá chết, đặc biệt là khi kết hợp với các thông số môi trường được ghi lại ở trang trại. Do thực tế là tình trạng cá chết thường xảy ra ở các trang trại cá mà không cảnh báo, việc định lượng ký sinh trùng từ các mẫu nước cung cấp cho người quản lý sản xuất và chuyên gia y tế một công cụ mới hiệu quả để đánh giá nguy cơ bùng phát dịch bệnh trong tương lai.

Trong khi phương pháp tiếp cận eDNA để theo dõi mầm bệnh trong nuôi trồng thủy sản là một lĩnh vực nghiên cứu mới, tiềm năng của nó vẫn chưa được khám phá trong điều kiện thương mại. Các phương pháp tiếp cận DNA môi trường có thể được sử dụng như một kỹ thuật không xâm lấn để lấy mẫu mầm bệnh nhằm giảm thiểu stress và cải thiện sức khỏe động vật ở các doanh nghiệp nuôi trồng thủy sản.

Trong bối cảnh kiến ​​thức hạn chế đối với sự đa dạng của các cộng đồng vi sinh trong hệ thống nuôi trồng thủy sản, eDNA đại diện cho một nền tảng mới cho ngành để mở ra những bí mật dưới nước. Cụ thể hơn trong lĩnh vực thú y nuôi trồng thủy sản, eDNA cung cấp khả năng hiểu được sự phong phú và đồng nhiễm của các tác nhân gây bệnh trong các hệ thống nuôi. Sử dụng các kỹ thuật sắp xếp chuỗi số lượng nhiều và cho thế hệ tiếp theo, một thử nghiệm đơn lẻ có thể được phát triển để xác định sự hiện diện và phong phú của nhiều cộng đồng thủy sinh trong các trang trại và trại sản xuất giống.

Cuối cùng, eDNA có thể dễ dàng thực hiện ở các trang trại với việc sử dụng các thiết bị di động và được tích hợp vào các chương trình giám sát thường xuyên như một công cụ hiệu quả để đánh giá nguy cơ bùng phát dịch bệnh trong tương lai, cho phép nông dân nuôi cá kịp thời áp dụng các chiến lược can thiệp sớm.

HNN (Theo GAA)

Ý kiến bạn đọc

Tin khác