Sản xuất giống thủy sản vô sinh: Hướng đi bền vững cho ngành nuôi trồng thủy sản?

Trung tâm Công nghệ Nuôi trồng Thủy sản (CAT) tại Mỹ – một trong những tổ chức hàng đầu về công nghệ chỉnh sửa gen trong ngành NTTS, đã thử nghiệm công nghệ này thành công trên nhiều loài thủy sản, giúp cải tiến đáng kể các tính trạng quan trọng như tốc độ tăng trưởng và hiệu quả chuyển hóa thức ăn (FRC).

Vô sinh – tính trạng nền tảng 

Quá trình thành thục sinh dục kéo theo một loạt các thay đổi hành vi của vật nuôi, trong đó có nhiều hành vi “bất lợi” như làm giảm hiệu suất và sản lượng,” Tiến sĩ Debbie Plouffe, Phó chủ tịch phát triển kinh doanh của CAT, chia sẻ. Những thay đổi do thành thục sinh dục gây ra ở một số loài đã được thuần hóa gần đây bao gồm mức độ hung hăng tăng lên, dẫn đến các vấn đề về phúc lợi và có thể làm tăng tỷ lệ chết.

“Tiết kiệm năng lượng dành cho quá trình thành thục sinh dục giúp tăng tỷ lệ tăng trưởng, cải thiện hiệu suất nuôi và tỷ lệ biến đổi thức ăn FCR. Nếu có thể giảm lượng thức ăn mà vẫn sản xuất được cùng một lượng cá, thì ngành NTTS đạt tiêu chí bền vững và lợi nhuận,” Plouffe nhận xét. Tuy nhiên, vẫn còn ý kiến trái chiều cho rằng, năng lượng dành cho quá trình thành thục sinh dục bị “cắt bỏ” đồng nghĩa hệ miễn dịch cũng mất một nguồn năng lượng, khiến cá trưởng thành dễ nhiễm bệnh hơn. 

Nhưng để ngành NTTS thực hiện sứ mệnh đảm bảo an ninh lương thực toàn cầu, nhiều nhà khoa học vẫn ủng hộ công nghệ sản xuất con giống vô sinh để nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu tác động lên môi trường, tiến sĩ Xavier Lauth, Giám đốc đổi mới sáng tạo của CAT nhận định. 

Vô sinh sẽ được coi là một tính trạng nền tảng để loại bỏ các mối lo ngại về môi trường và đơn giản hóa quy trình quản lý ngành NTTS. Ngoài ra, công nghệ chỉnh sửa gen sẽ thành công khi hài hòa được nhu cầu của nhà sản xuất và người tiêu dùng theo hướng bền vững và cải thiện phúc lợi động vật. Vì vậy, nên bắt đầu tạo ra tính trạng vô sinh trước, sau đó mới bổ sung thêm các tính trạng khác thông qua công cụ chỉnh sửa gen, ví dụ tính trạng kháng bệnh, sản lượng thịt, hay giá trị dinh dưỡng,” Plouffe nói thêm.

Rủi ro từ kỹ thuật đa bội 

Có nhiều giải pháp để tạo ra tính trạng vô sinh ở các loài thủy sản, nhưng phổ biến nhất hiện nay là tam bội (triploidisation) – một kỹ thuật được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hàu Thái Bình Dương. Kỹ thuật này cũng được áp dụng với cá hồi Đại Tây Dương ở quy mô nhỏ hơn. 

Cá hồi tam bội được tạo ra bằng cách áp dụng áp suất thủy tĩnh lên trứng mới thụ tinh để cá hồi con có ba bộ nhiễm sắc thể thay vì hai bộ. Tuy nhiên, những con cá này sẽ kém phát triển (tỷ lệ sống thấp, hoặc dị tật xương) trong điều kiện nuôi trồng không lý tưởng. 

Một hạn chế khác là hầu hết các trại nuôi cá phụ thuộc vào sinh sản tự nhiên, khiến kỹ thuật tam bội rất khó thực hiện. Lauth cho rằng kỹ thuật đa bội không đạt hiệu quả 100% trong việc tạo ra tính trạng vô sinh và kết luận đây là công nghệ rủi ro, đặc biệt đối với động vật đã được chỉnh sửa gen. “Một khi sử dụng vật nuôi chỉnh sửa gen, cần phải đạt hiệu quả vô sinh 100% để đảm bảo an toàn đối với nguồn gen hoang dã,” Lauth nhấn mạnh.

Ngoài giải pháp tam bội, các chuyên gia cũng đề xuất nhiều hướng đi khác gồm phương pháp không di truyền như điều trị phôi bằng hormone, sốc nhiệt, phân tử nhỏ, hoặc morpholino. Tuy nhiên, các phương pháp này chưa được áp dụng rộng rãi do chi phí cao, khó tích hợp vào các chương trình nhân giống, hoặc tác động tiêu cực đến sức khỏe và hiệu suất của cá. “Quan trọng nhất, việc nuôi cá biến đổi gen đòi hỏi một chiến lược vô sinh không thể thất bại, điều mà các giải pháp không di truyền hiện nay không đáp ứng được,” Lauth giải thích.

Ưu điểm của chỉnh sửa gen

Đội ngũ tại CAT tin rằng chỉnh sửa gen là lựa chọn tốt nhất để tạo ra tính trạng vô sinh. Lauth cho biết, công nghệ chỉnh sửa gen trên cá bố mẹ sẽ tạo ra thế hệ cá con hoàn toàn vô sinh. CAT đã tìm ra hai cách để xây dựng một chương trình nhân giống cho động vật vô sinh. Hiện tại, phương pháp tiên tiến nhất – có sẵn trên thị trường – là sử dụng một cá thể bố mẹ thay thế. Phương pháp thứ hai, vẫn đang ở giai đoạn nghiên cứu, là sử dụng tế bào mầm ở phôi để tạo ra cá cái chỉ sinh ra cá con vô sinh, bất kể chúng giao phối với con đực nào. Đây là hai chiến lược mà CAT đã áp dụng để sản xuất hàng loạt cá vô sinh và đã thành công trong việc nhân giống những dòng cá này ít nhất bốn thế hệ.

Quyết định loại gen nào cần loại bỏ để đạt được hiệu quả vô sinh thay đổi tùy theo loài, nhưng CAT đã dần dần tích lũy được kiến thức, giúp họ dễ dàng nhắm đúng mục tiêu nhanh chóng và thu được kết quả khả quan. “Chúng tôi phát hiện những con cá vô sinh vẫn khỏe mạnh với hành vi giống như cá thông thường nhưng hiệu suất cao và năng suất tốt hơn, chứng tỏ rằng năng lượng không bị phân bổ cho quá trình trưởng thành sinh dục, mà thay vào đó được chuyển sang phát triển thể chất,” Plouffe cho biết, đồng thời thêm rằng chỉnh sửa gen có thể được sử dụng để kết hợp vô sinh với các tính trạng khác.

“CAT đã thương mại hóa công nghệ giống vô sinh với thương hiệu  Sterility+. Chúng tôi đã làm việc trong lĩnh vực này hơn 12 năm và tạo ra giống rô phi vượt trội với tốc độ tăng trưởng cải thiện 30%,  FCR cải thiện 10% chỉ trong hai thế hệ bằng chỉnh sửa gen,” Lauth chia sẻ.

CAT đang nghiên cứu sản xuất giống thủy sản vô sinh và đã thành công 100% trên các loài cá vây. Tuy nhiên, họ vẫn đang tập trung vào ngành cá hồi Đại Tây Dương bởi thành thục sinh dục sớm khiến ngành cá hồi thiệt hại nửa tỷ đô la mỗi năm do cá trưởng thành sớm có giá trị thấp bởi ngoại hình và hương vị kém hấp dẫn hơn. Ngoài ra, CAT cũng đang nghiên cứu giống vô sinh trên tôm và cá rô phi. 

Mặc dù công nghệ chỉnh sửa gen đầy tiềm năng, nhưng còn nhiều trở ngại lớn cần vượt qua trước khi cá vô sinh bằng công nghệ này được thương mại hóa. Một trong những thách thức lớn nhất liên quan đến quy định. Tuy nhiên, cá chẽm đỏ chỉnh sửa gen đã được sản xuất và tiêu thụ thương mại ở Nhật Bản, nên nhiều chuyên gia trong ngành cũng kỳ vọng hệ thống rào cản pháp lý sẽ hài hòa hơn. 

Plouffe dự đoán, trong 5 năm tới, chúng ta sẽ bắt đầu chứng kiến nhiều thay đổi về cách thức quản lý các sản phẩm chỉnh sửa gen. Chi phí là một rào cản quan trọng khác, nhưng CAT tin rằng chỉnh sửa gen mang lại lợi nhuận xứng đáng.

Tuấn Minh

Theo Thefishsite