Nghiên cứu sản xuất và ứng dụng chất diệt khuẩn sinh học pyocyanin thay thế kháng sinh trong nuôi tôm nước lợ

Pyocyanin là một hợp chất trung gian thứ cấp, sản sinh bởi vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa, sắc tố do vi khuẩn sản sinh đã được xác định là kháng sinh phổ rộng, chống lại có hiệu quả nấm bệnh và các chủng Vibrio spp. gây bệnh trong nuôi trồng thủy sản. Sản xuất PYO từ các chủng hoang dại cho năng suất thấp, hàm lượng từ 23,32 μg/ml đến 26,12 μg/ml. Nghiên cứu độc tính của pyocyanin trên các hệ thống sinh học khác nhau cho thấy khả năng gây độc của pyocyanin từ các chủng phân lập ở môi trường có giá trị LC50 cao hơn rất nhiều so với nồng độ pyocyanin cần thiết để điều trị bệnh do vi khuẩn Vibrio gây ra, và hoàn toàn có thể sử dụng pyocyanin để loại trừ Vibrio trong các hệ thống nuôi thủy sản. Khảo nghiệm tính an toàn trên tôm nuôi đã xác định giá trị LC50 của pyocyanin trên ấu trùng tôm biển tiếp xúc sau 12 giờ là 321,45 mg/l và 24 giờ là 217 mg/l. Đây là nồng độ cao hơn gấp hàng trăm lần so với nồng độ cần thiết để sử dụng trong điều trị bệnh.

Pyocyanin dễ bị phân hủy trong tự nhiên, khả năng suy thoái của Phenazin và tiền chất của nó đã được chứng minh qua một số nghiên cứu. Hoạt chất pyocyanin dễ dàng bị phân hủy bởi vi khuẩn Sphingomonas sp. DP58 trong đất trong vòng 40 giờ. Thực tế trên thị trường vi khuẩn Pseudomonas spp. và các hợp chất sản xuất bởi Pseudomonas spp. đã được chấp nhận như là chế phẩm sinh học, được dùng làm chất đối kháng chống lại vi khuẩn gây bệnh trong các hệ thống tuần hoàn nuôi thủy sản.

Pyocyanin được khảo sát để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: Y tế (ức chế tế bào ung thư), nông nghiệp (kháng nấm cây trồng, ức chế chủng kháng kháng sinh và ứng dụng trong thủy sản (ức chế vi khẩn gây bệnh trên tôm, cá..). Nhưng việc triển khai nghiên cứu thử nghiêm pyocyanin thay thế kháng sinh phòng trị bệnh trong nuôi tôm nước lợ ở quy mô nuôi thương phẩm cần phải có một số lượng sản phẩm pyocyanin dùng cho các thử nghiệm. Tuy nhiên hiện nay pyocyanin là hợp chất rất đắt đỏ trên thị trường ở dạng tinh khiết 98% có giá khoảng 40 USD/mg (Sigma); và quan trọng nhất phải xem xét khả năng sản xuất pyocyanin để có thể triển khai áp dụng đại trà trong sản xuất do đó vấn đề cần thiết đặt ra là phải tiến hành nghiên cứu sản xuất được pyocyanin với số lượng lớn và chứng minh hiệu quả của pyocyanin dùng làm chất kháng khuẩn để thay thế kháng sinh trong nuôi tôm nước lợ.

Nhằm sản xuất được chất diệt khuẩn sinh học pyocyanin thay thế kháng sinh sử dụng trong nuôi tôm quy mô hàng hóa, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, TS. Nguyễn Thị Thanh Lợi cùng các cộng sự tại Viện Công nghệ Sinh học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sản xuất và ứng dụng chất diệt khuẩn sinh học pyocyanin thay thế kháng sinh trong nuôi tôm nước lợ”.

Sau một thời gian thực hiện, Đề tài đã thực hiện đầy đủ các nội dung nghiên cứu đặt ra, đáp ứng các sản phẩm theo đặt hàng:

- 01 chủng vi khuẩn Pseudomonas Ps39 có đặc điểm di truyền ổn định, có khả năng sinh tổng hợp pyocyanin;

- 01 chủng tái tổ hợp Pseudomonas Ps39-phzMS mang plasmid tái tổ hợp năng suất đạt 200 - 400 mg/L, ổn định trên 17 đời cấy chuyển;

- 01 quy trình sản xuất pyocyanin quy mô (4 x 20 lít) và hệ thống lên men bán tự động 100 lít; năng suất 4000 mg/mẻ; tạo 41g chế phẩm pyocyanin tinh khiết 95,13%; Chế phẩm pyocyanin có khả năng ức chế các chủng VSVKĐ và Vibrio spp. tương ứng 6,25-25 (µg/ml) và 12,5 -17,5 (µg/ml); gây độc 50% tế bào HEK-293A và SK-LU-1 lần lượt là IC50 = 12,76 ± 0.47 (µg/ml), 23,53 ± 1,03 (µg/ml).

- Chế phẩm pyocyanin (Qz10) trộn vào thức ăn liều 20 mg/kg thức ăn cho tôm ăn để phòng bệnh hoại tử gan tụy cấp trên tôm nuôi đạt tỷ lệ bảo hộ 76,47%;

- Mô hình áp dụng chế phẩm pyocyamin phòng trị bệnh hoại tử gan tụy cấp trên tôm thẻ chân trắng, tỷ lệ sống 76,93 - 90,80 (%); năng suất đạt 13,743 - 18,045 (tấn/ha); các chỉ tiêu (DO, pH, độ đục) đều nằm trong giới hạn;

- Triển khai thử nghiệm tại 27 hộ nuôi, 62 ao trên diện tích 8,7 ha cho thấy quy trình áp dụng là phù hợp. Chế phẩm Pyocyanin cho tôm ăn không để lại dư lượng trong sản phẩm, có thể dùng pyocyanin thay thế cho kháng sinh trong nuôi trồng thủy sản;

Mặc dù kết quả nghiên cứu đã tạo ra các tiền đề cơ bản (chủng giống, môi trường nuôi, quy trình nuôi, kỹ thuật tách chiết hoạt chất, các thiết bị cần thiết cho quá trình sản xuất …) chứng minh có thể triển khai sản xuất pyocyanin với số lượng lớn. Tuy nhiên, sản phẩm pyocyanin tạo ra mới chỉ được nghiên cứu sử dụng ở dạng đơn chất chưa có các loại tá dược, chưa có thành phần phối hợp, chưa có bảo quản hạn sử dụng tương đối ngắn, chưa thật sự thuận tiện để thương mại; chưa có các nghiên cứu chi tiết về chuyển hóa và đào thải pyocyanin ở động vật sử dụng.

Nhóm đề tài kiến nghị cần tiếp tục hướng nghiên cứu sản xuất chế phẩm pyocyanin ở quy mô sản xuất, tạo chế phẩm chứa pyocyanin có giá thành rẻ và thời gian bảo quản dài hơn. Triển khai các thử nghiệm, kiểm nghiệm theo quy định để chế phẩm pyocyanin được công nhận sử dụng trong nuôi trồng thủy sản. Nghiên cứu ứng dụng chất kháng khuẩn pyocyanin trên các đối tượng thủy sản nuôi khác.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 20131/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Vista.gov.vn