Phòng bệnh thủy sản bằng vaccine vi tảo

Ứng dụng trên cá, tôm

Kwon et al. (2019) cho cá ngựa vằn (Danio rerio) ăn chế độ ăn có C. reinhardtii được biểu hiện bằng protein huỳnh quang xanh (GFP), tín hiệu huỳnh quang rõ ràng trong đường ruột có thể được phát hiện bằng hình ảnh đồng tiêu laser và thuốc nhuộm miễn dịch và GPF cũng có thể được phát hiện ở cá ngựa vằn huyết thanh. Điều này chỉ ra rằng, các protein được cung cấp qua đường miệng được bảo vệ cho đến khi chúng được giải phóng vào ruột. Nghiên cứu chứng minh khả năng của C. reinhardtii như một nền tảng phân phối bằng miệng cho các protein hoạt tính sinh học tái tổ hợp.

Sản xuất vi tảo. Ảnh: Istock

Siripornadulsil và cộng sự (2007) đã biểu thị protein kháng nguyên p57 của Renibacterium salmoninarum ở C. reinhardtii và nghiên cứu tác động của việc ngâm tế bào tảo in vivo và bổ sung bột tảo đối với phản ứng miễn dịch do ấu trùng cá diên vĩ gây ra. Kết quả của họ cho thấy, việc sản xuất kháng thể có thể được phát hiện bằng cách ngâm trong 2 giờ hoặc bằng cách thêm 4% thức ăn vi tảo. Hơn nữa, người ta đã xác nhận rằng việc sử dụng vi tảo biến đổi gen bằng phương pháp trình diện kháng nguyên này hoàn toàn có thể tạo ra sự sản xuất kháng thể trong máu, da, mô biểu mô và niêm mạc.

Michele và cộng sự (2011) biến đổi gen thành công C. reinhardtii và biểu hiện hiệu quả hai protein kháng nguyên AcrV và VapA của Aeromonas salmonicida trong lục lạp với các promoter khác nhau và các phương pháp biểu hiện khác nhau. Nghiên cứu đã đạt được thành công trong việc biểu hiện dị loại protein VP28 với tảo lục D. salina và vi khuẩn lam Anabaena sp., đồng thời khám phá khả năng của vaccine vi tảo biến đổi gen chống lại virus gây hội chứng đốm trắng (WSSV). Kết quả cho thấy, vi tảo biến đổi gen có thể cải thiện hiệu quả khả năng kháng bệnh và làm chậm quá trình chết của tôm (Feng và cộng sự 2014; Jia và cộng sự 2016).

Sau đó, Zhai và cộng sự (2019) thể hiện cao protein VP28 trong Synechococcus sp., và hiệu quả biểu hiện cao gấp ba lần so với Anabaena. Trong nghiên cứu gần đây của họ, Synechocystis PCC6803 đã thực hiện thành công biểu hiện dị hợp của protein VP28. Synechocystis PCC6803 chuyển gen qua đường miệng có thể làm tăng hoạt động của enzyme trong hệ thống miễn dịch và tăng cường khả năng phòng chống nhiễm WSSV ở tôm giống. Và các tế bào tảo biến đổi gen VP28 này có thể được dùng trực tiếp làm mồi cho tôm con mà không cần chiết xuất và tinh chế, dự kiến sẽ được áp dụng cho ngành nuôi trồng thủy sản trên quy mô lớn.

Somchai và cộng sự (2016) xây dựng vectơ RNAi của virus đầu vàng (YHV) trên tôm. Kết quả cho thấy, C. reinhardtii cải thiện tỷ lệ sống thêm 22% sau khi cho ấu trùng tôm sú uống. Theo cách tương tự, Charoonnart và cộng sự (2019) đã thiết kế bộ gen lục lạp của C. reinhardtii để biểu hiện RNA sợi đôi (dsRNA) được thiết kế để loại bỏ các gen virus quan trọng, tôm được nuôi bằng tế bào tảo biểu hiện DSRNA trước khi nhiễm YHV có tỷ lệ sống sót 50% sau 8 ngày nhiễm bệnh, trong khi tỷ lệ sống sót chỉ là 15,9% được quan sát thấy ở nhóm đối chứng nhóm. Kết quả RT-PCR cho thấy, tỷ lệ lây nhiễm ở tôm được xử lý bằng tảo biểu hiện DSRNA thấp hơn so với nhóm đối chứng. Trong mọi trường hợp, động vật thủy sản được bảo vệ trực tiếp bằng cách cho ăn vi tảo biến đổi gen. Các nghiên cứu và khám phá trên đưa ra hướng phát triển và ứng dụng quy mô lớn vaccine tái tổ hợp vi tảo biến đổi gen trong lĩnh vực NTTS.

Mở rộng ứng dụng về thương mại

Ngoài ra, nhiều bằng sáng chế quốc tế về vaccine vi tảo tái tổ hợp phòng và kiểm soát dịch bệnh thủy sản đã được công bố hoặc cấp phép. Điều này chỉ ra rằng nghiên cứu lý thuyết về vaccine vi tảo cũng đang được mở rộng sang các ứng dụng thương mại thực tế. Beta-nodavirus gây ra các bệnh nghiêm trọng như hoại tử thần kinh do virus (VNN) hoặc bệnh não và bệnh võng mạc do virus (VER), gây bất lợi cho sự tăng trưởng và sinh sản của cá biển, đặc biệt là ấu trùng của chúng. Trong một bằng sáng chế của TransAlgae lnc.

Ở Israel (Chen, 2016), các nhà nghiên cứu đã chọn protein hoặc đoạn capsid của virus hoại tử thần kinh (NNV) làm kháng nguyên để biểu hiện trong khoang dưới tế bào của vi tảo. Protein tái tổ hợp được đưa vào hệ thống miễn dịch niêm mạc của cá mú trắng Eyineyhelus aeneus hoặc cá vược châu Âu Dicentrarchus labrax. Kết quả thí nghiệm cho thấy, có thể trình diện thành công các kháng nguyên ngoại sinh và kích thích đáp ứng miễn dịch đặc hiệu trong cơ thể cá, từ đó vi tảo chuyển gen có thể nâng cao tỷ lệ sống của cá con. Hiện tại công ty đang phát triển các sản phẩm đường ống trị bệnh cho cá và 2 bệnh chính trên tôm trong ngành nuôi trồng thủy sản.

Gần đây, một số nghiên cứu về ứng dụng vi tảo biến đổi gen trong NTTS và bảo hộ quyền sở hữu trí tuệ đã được chú trọng. Điều đáng chú ý là nhiều công ty tảo mới nổi (TransAlgae, Microsynbiotix và Triton Algae) đã bắt tay vào xu hướng này và phát triển các phương pháp sinh vật biến đổi gen (GMO). Trong các trường hợp hiện tại, dùng đường uống dẫn đến khả năng miễn dịch bảo vệ đáng kể và tỷ lệ sống sót của động vật được tiêm vaccine đường uống.

Nghiên cứu về việc cho ăn trực tiếp hoặc gián tiếp vi tảo tái tổ hợp bằng đường ăn đối với các sinh vật thủy sinh được kỳ vọng sẽ ngăn ngừa, cải thiện hoặc điều trị tốt hơn các bệnh hoặc rối loạn của động vật thủy sinh trong ngành NTTS.

Bích Hòa