Hạt nano – Giải pháp thay thế tiềm năng để quản lý và giảm thiểu vibriosis

Vibriosis là một trong những bệnh thủy sản phổ biến nhất, do vi khuẩn Vibrio gây ra, ảnh hưởng nghiêm trọng đến vật nuôi và vật hoang dã. Sự phát triển bùng nổ của ngành NTTS đã khiến Vibriosis lây lan nhanh chóng, gây thiệt hại đáng kể về kinh tế. Thuốc kháng sinh là một trong những phương pháp điều trị vibrio được sử dụng rộng rãi nhất trong NTTS hiện nay. Tuy nhiên, việc dùng kháng sinh không kiểm soát đã làm gia tăng vi khuẩn kháng thuốc. 

Các phương pháp thay thế kháng sinh như vaccine có tác động tích cực rõ rệt nhưng không hiệu quả về chi phí. Probiotics cũng là một giải pháp thay thế kháng sinh; tuy nhiên vẫn còn trở ngại do chưa xác định được nồng độ chính xác. Sử dụng probiotic kéo theo rủi ro bổ sung vi khuẩn không cần thiết vào nhóm vi khuẩn đã tồn tại từ trước ở vật nuôi, từ đó gây nhiễm độc, làm trầm trọng thêm tình trạng suy nội tạng và tử vong. Do đó, công nghệ nano ra đời và trở thành lựa chọn thay thế mới và tiềm năng hơn để chống lại Vibriosis. 

Hạt nano

Công nghệ nano là một trong những đột phá mạnh mẽ nhất về khoa học và công nghệ nhiều năm gần đây. Những hạt nano có kích thước siêu nhỏ 1 – 100 nm với tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích lớn. Nhờ đó, hạt nano phù hợp trong nhiều ứng dụng sinh học, quang học và điện tử; dễ dàng liên kết, hấp thụ và vận chuyển các phân tử khác như thuốc, chất thăm dò và protein. 

Các hạt nano cũng có nhiều ứng dụng và tiềm năng trong NTTS. Mới đây, hạt nano được phát hiện công dụng ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật. Điều trị bằng hạt nano đã được chứng minh là có hiệu quả giảm thiểu hầu hết các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn với nguy cơ kháng thuốc tối thiểu. Đặc tính kháng khuẩn là một trong những ứng dụng phổ biến nhất của hạt nano. Mặc dù các hạt nano có khả năng ức chế Vibrio spp. hiệu quả, độc tính của chúng đối với vật nuôi thủy sản cần được đánh giá kỹ hơn. Hiện các nghiên cứu về nano đối với sinh vật dưới nước vẫn còn khá hạn chế.

Hạt nano bạc

Hạt nano bạc (AgNPs) được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực, nổi bật nhất là kháng khuẩn. Trong nghiên cứu mới đây, các chuyên gia đã đánh giá hiệu lực ức chế của AgNPs tổng hợp từ chiết xuất lá cây bàng biển Calotropis gigantea  đối với V. alginolyticus gây bệnh. Kết quả cho thấy số lượng khuẩn lạc V. alginolyticus đã giảm rõ rệt khi tăng nồng độ AgNPs. 

Ở nồng độ 5 micrograms/mL of AgNPs, số lượng khuẩn V. alginolyticus giảm hẳn; ở nồng độ 20 micrograms/mL of AgNPs, khuẩn lạc bị ức chế hoàn toàn. Ngoài ra, điều trị bằng AgNP đã kiểm soát hiệu quả V. alginolyticus ở Artemia. Nhiều báo cáo ghi nhận Artemia bị nhiễm bệnh được điều trị bằng AgNPs (10 micrograms/mL) có tỷ lệ sống cao hơn so với những không sử dụng AgNPs. 

Trong một nghiên cứu khác, đặc tính kháng khuẩn của AgNPs ở hai kích cỡ khác nhau 16,62 và 22,22 nm đã được thử nghiệm với V. harveyi. Kết quả cho thấy các AgNP nhỏ hơn có hoạt tính kháng khuẩn cao hơn các hạt nano lớn hơn. Những phát hiện này chứng minh rằng AgNPs có tiềm năng làm chất kháng khuẩn để giảm thiểu sự phát triển của vi khuẩn ở vật nuôi thủy sản. 

Nhiều nghiên cứu cũng báo cáo AgNPs ức chế V. parahaemolyticus và Salmonella typhimurium ở nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) lần lượt 3,12 và 12,5 micrograms/mL. Kiểm tra bằng kính hiển vi điện tử quét cho thấy AgNPs tạo ra những thay đổi về cấu trúc và hình thái, cũng như phá vỡ tính toàn vẹn của màng tế bào vi khuẩn. 

Hạt nano vàng 

Hạt nano vàng (AuNPs) là hạt kim loại bền vững và tiềm năng nhất với khả năng tương thích sinh học và lành tính. Các hạt AuNPs đường uống có khả năng bảo vệ tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương chống lại V. parahaemolyticus. Cụ thể, ở liều 0,2; 2, và 20 microgram/gram thức ăn, AuNP giảm thiểu rõ rệt các tổn thương mô và tăng tỷ lệ sống (80%) ở tôm bị nhiễm V. parahaemolyticus. Sử dụng AuNPs không gây ra bất kỳ trường hợp chết hoặc triệu chứng nhiễm độc nào trên tôm. Nhiều nghiên cứu khác báo cáo AuNPs tổng hợp từ rong gai biển Acanthophora spicifera có hoạt tính kháng khuẩn cực mạnh trước vi khuẩn như V. harveyi và Staphylococcus aureus. 

Trong nghiên cứu khác, hợp chất fucoidan chứa phân tử polysaccharide từ rong biển nâu Fucus vesiculosus được sử dụng để tổng hợp nano vàng (Fu-AuNPs) và đánh giá hiệu quả kháng khuẩn đối với Aeromonas hydrophila trên cá rô phi. Ở nồng độ 100 microgram/mL, hạt nano vàng Fu-AuNPs phát huy tác dụng kháng khuẩn A. hydrophila mạnh mẽ hơn kháng sinh chloramphenicol và làm giảm đáng kể tỷ lệ chết so với nhóm cá đối chứng. 

AuNP có thể tăng cường tác dụng kháng khuẩn khi kết hợp với kháng sinh. Có báo cáo cho thấy hạt nano vàng chứa cefotaxim (C-AuNPs) mang đặc tính kháng khuẩn mạnh hơn cefotaxime và AuNPs khi hoạt động riêng lẻ. Nguyên nhân, AuNPs chứa lượng đáng kể cefotaxime dễ dàng được vi khuẩn hấp thụ và không bị phân hủy nhiều bởi các enzyme của vi khuẩn. 

Các hạt nano khác

Nano đồng ít tốn kém nhất so với nano vàng, bạc, palladium, vonfram…Các nghiên cứu báo cáo rằng các hạt nano đồng (CuNPs) có tác dụng kháng khuẩn mạnh mẽ đối với V. harveyi, V. parahaemolyticus và V. vulnificus. Do đó, nano đồng là nhân tố thích hợp để sử dụng trong điều trị các bệnh Vibriosis trong NTTS. Ngoài ra, CuNPs có khả năng chống lại vi khuẩn E.coli. 

Kẽm oxit (ZnO) là chất bán dẫn có đặc tính kháng khuẩn độc đáo; đồng thời cũng là vật liệu nano được Cơ quan quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (FDA) phê duyệt an toàn, hiệu quả và không độc hại ở nồng độ thấp. Các nghiên cứu trước đây cho thấy hoạt động kháng khuẩn hiệu quả của ZnO đối với V. harveyi, V. parahaemolyticus và nhiều vi khuẩn khác. 

Mặc dù hạt nano có nhiều ứng dụng nhưng vẫn có một số hạn chế phát sinh trong quá trình sử dụng do độc tính, tính ổn định và an toàn của chúng cũng như lo ngại về tác động đối với sức khỏe con người và môi trường nên các nghiên cứu thêm là cần thiết. 

Vũ Đức

Theo GlobalSeafood