Cải tiến trong dẫn xuất nấm men: Góp phần phát triển thủy sản bền vững

Dẫn xuất nấm men là gì?

Nấm men, đặc biệt là loài Saccharomyces cerevisiae, đã được ứng dụng từ rất lâu trong chế biến và bảo quản thực phẩm và đồ uống. Rất ít các vi sinh vật khác có những đóng góp về lịch sử, kinh tế và khoa học như nấm men. Các ứng dụng ở lĩnh vực sản xuất bánh mì, rượu, đồ uống có cồn hay bia là minh chứng cho thấy những đóng góp của nấm men đến đời sống của chúng ta. Thêm vào đó, nhờ có những hoạt tính sinh học và lý hóa, nấm Saccharomyces cerevisiae được sử dụng ở nhiều dạng khác nhau để hỗ trợ sức khỏe người và vật nuôi cũng như cân bằng hệ tiêu hóa.

Một trong những nổi bật của nấm S. cerevisiae là thành phần và cấu trúc vách tế bào (Hình 1). Các polysaccharide bao gồm:

Hình 1: Mô tả thành phần chủ yếu của vách tế bào nấm men

α- và β-glucan, α-mannan và các mannoprotein, là những thành phần quan trọng của vách tế bào nấm men. Khác biệt về tỷ lệ và cấu trúc trên vách tế bào phụ thuộc vào các chủng nấm men, giai đoạn phát triển và điều kiện môi trường lên men như: ôxy, dinh dưỡng, nhiệt độ và pH. Các polysaccharide có khả năng tác động lên tế bào miễn dịch, tạo ra phản ứng miễn dịch hệ thống và tại chỗ. Các polysaccharide này cũng có thể trực tiếp tác động tới vi khuẩn nhằm ngăn chúng bám dính vào hệ tiêu hóa vật nuôi. Các thành phần trong vách tế bào nấm men cũng có những lợi ích khác như: khả năng bắt dính một số phân tử (ví dụ, các phân tử độc tố), hay chống ôxy hóa và kháng ung thư.

Do đó, vách tế bào nấm men mang lại những hiệu quả cân bằng hệ tiêu hóa và miễn dịch. Khác biệt về hình dáng, thành phần và chủng nấm men tạo ra những cơ chế hoạt động, ứng dụng, hiệu quả khác nhau. Trong khi nấm men sống được sử dụng như men vi sinh, nấm men bất hoạt mang lại những hiệu quả cụ thể, tùy thuộc vào chủng nấm men và quá trình lên men. Dẫn xuất nấm men được chia thành nhiều loại sản phẩm khác nhau: nấm men bất hoạt, vách tế bào nấm men được tách hoàn toàn từ phần hòa tan (chiết xuất nấm men), hay cả hai (Hình 2).

Hình 2: Mô tả các loại dẫn xuất nấm men khác nhau được sử dụng trong thức ăn chăn nuôi

Vách tế bào nấm men đa chủng: Sản phẩm dẫn xuất nấm men của người kiến tạo

Hầu hết các sản phẩm dẫn xuất nấm men trên thị trường là phụ phẩm của ngành công nghiệp lên men như bia, bánh mỳ hay thức uống có cồn; điều này có nghĩa các sản phẩm đó được dùng để sản xuất rượu hay bánh mỳ, không được chọn lọc để mang lại hiệu quả lên hệ miễn dịch vật nuôi và khả năng kiểm soát mầm bệnh. Các sản phẩm này thường dựa vào hàm lượng hóa học mannan-oligosaccharides, β-glucans và đạm. Xác định hàm lượng các chất để đánh giá sự thuần khiết của sản phẩm không phản ánh hết các chức năng sản phẩm, ví dụ khả năng bám dính vi khuẩn có hại hoặc kích thích miễn dịch.

Trong nỗ lực phát triển một sản phẩm dẫn xuất nấm men để tối ưu cân bằng đường ruột và cân bằng hệ miễn dịch vật nuôi, các nhà khoa học vi sinh vật tại Lallemand Animal Nutrition ứng dụng kỹ thuật kính hiển vi hiện đại để chọn lọc các chủng nấm men cho khả năng bám dính tế bào vi khuẩn có hại và điều hòa miễn dịch. Đây là lần đầu tiên kỹ thuật kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) và quang phổ lực phân tử đơn (SMFS) được sử dụng trong nghiên cứu thành phần nấm men. Bằng việc sử dụng các kỹ thuật đã nêu, chúng cho phép quan sát ở mức độ nguyên tử (phân tử đơn), từ đó mô tả chi tiết cấu trúc và thành phần nấm men ở mức độ nano và chọn lọc các chủng nấm men hiệu quả nhất trong ngân hàng nấm men của Lallemand.

Đặc tính sinh học của nấm men không chỉ được quy định bởi gen mà còn quá trình lên men. Sử dụng kỹ thuật AFM cho thấy, mỗi chủng mấn men có đặt tính riêng biệt tùy vào quá trình lên men và sau lên men (bất hoạt) (Schiavone et al., 2015).

Một chương trình nghiên cứu nhiều năm của Lallemand đã chọn lọc các chủng nấm men cho những hiệu quả toàn diện. Mỗi chủng thông qua quá trình sản xuất và bất hoạt chuyên biệt để mang lại hiệu quả tối ưu và duy trì (Schiavone et al., 2014).

Cơ chế hoạt động rõ ràng

Từ khi phát triển sản phẩm vách tế bào nấm men đa chủng, thành phần của LALPACK® IMMUNE, nhiều thí nghiệm chứng minh hiệu quả trên nhiều loài khác nhau được thực hiện. Các thành phần nấm men và cơ chế hoạt động đã được chứng minh trong điều kiện phòng thí nghiệm in vitro và thực tế in vivo.

Duy trì tốt hệ vi sinh đường ruột

Hình 3: Khả năng bám dính vi khuẩn có hại của các thành phần vách tế nấm men trong sản phẩm LALPACK^® IMMUNE so sánh với sản phẩm nấm men khác trên thị trường. Tỷ lệ bám dính được xác định 1 giờ sau khi ủ với tế bào vi khuẩn

Các thành phần vách tế bào nấm men có trong LALPACK^® IMMUNE được chọn lọc cho khả năng bám dính vào vi khuẩn có hại (Hình 3). Cụ thể, với các chủng Vibrio, kết quả được chứng minh in vitro khi ủ mầm bệnh Vibrio với các liều khác nhau của các thành phần nấm men có trong LALPACK^® IMMUNE. Các thành phần vách tế bào nấm men giúp khống chế sự lây nhiễm của Vibrio nhờ vào khả năng bám dính nhanh vào tế bào vi khuẩn.

Cân bằng phản ứng miễn dịch không gây kích thích quá mức hệ miễn dịch

Nấm men được các thụ thể miễn dịch phát hiện tại bề mặt tế bào miễn dịch. Ví dụ, thụ thể Dectin-1 có thể phát hiện β-glucans. Tùy thuộc vào bản chất và cấu trúc polysaccharide nấm men mà sẽ được phát hiện bởi các loại thụ thể khác nhau.

Khi vách nấm men bám dính vào một thụ thể miễn dịch, nó sẽ sinh ra các kháng nguyên như immunoglobulin, cytokine (TNF-α), interleukin (IL-10, IL-1β). Các kháng nguyên này sẽ kích thích các tế bào miễn dịch. Các nghiên cứu trước đó cho thấy, kích thích miễn dịch chỉ thông qua thụ thể Dectin-1 có thể gây kích thích quá mức và hiện tượng viêm, từ đó gây ra những tác động xấu lên vật nuôi (Hình 4) (Baert et al., 2015; Ali et al., 2015).

Hình 4: Biểu đồ mô tả các dẫn xuất nấm men liên kết với các thụ thể miễn dịch: cơ chế kích hoạt 1 thụ thể so sánh với kích hoạt nhiều thụ thể cùng lúc như trình bày với LALPACK^® IMMUNE

Các thí nghiệm In vitro cho thấy, việc kết hợp nhiều thành phần nấm men có trong LALPACK^® IMMUNE không chỉ kích hoạt Dectin-1 mà còn các thụ thể khác: MBR và Toll-like receptors2 (TLR2). Kích hoạt nhiều thụ thể khác nhau sẽ tạo cân bằng phản ứng miễn dịch, giảm rủi ro kích thích quá mức và gây viêm.

Thử nghiệm in vivo cũng chứng minh, các thành phần nấm men trong sản phẩm LALPACK^® IMMUNE giúp giảm hiện tượng viêm trong ruột cá, giảm việc sản sinh các chỉ dấu sinh học (biomarker) viêm ruột và tổn thương tế bào hấp thụ (enterocyte): HSP 70 và PCNA (Hình 5).

Hình 5: Ảnh hưởng của vách tế bào nấm men đa chủng của LALPACK® IMMUNE lên chỉ dấu sinh học viêm ruột cá (Rawling et al., 2019)

Kết luận

Nấm men S. cerevisiae đã được dùng hàng nghìn năm qua nhờ vào khả năng lên men và giá trị dinh dưỡng. Tuy nhiên, chúng ta vẫn còn đang tìm hiểu những lợi ích của chúng đối với sức khỏe. Ứng dụng các kỹ thuật hiển vi hiện đại đã giúp chúng ta hiểu rõ mối liên hệ giữa cấu trúc và chức năng của các thành phần nấm men. Bằng việc sử dụng các kỹ thuật trên trong việc sàng và chọn lọc các chủng nấm men phù hợp, một thế hệ dẫn xuất nấm men mới được ra đời: vách tế bào nấm men đa chủng được tích hợp trong gói sản phẩm LALPACK^® IMMUNE.

Ngày nay, các nghiên cứu tập trung vào cơ chế hoạt động của sản phẩm, các thử nghiệm trên nhiều loài vật nuôi, nhằm khẳng định hiệu quả của sản phẩm lên sức khỏe và tăng trưởng vật nuôi – đặt biệt ở điều kiện bất lợi. Những lợi ích đó điều liên quan đến khả năng bám dính vi khuẩn có hại và điều hoà phản ứng miễn dịch của sản phẩm LALPACK^® IMMUNE.

Lallemand Animal Nutrition