Tác dụng của men vi sinh Streptomyces đối với hệ vi sinh vật đường ruột của tôm thẻ

Kết quả khẳng định tiềm năng lớn của các chủng Streptomyces là tác nhân sinh học trong nuôi trồng thủy sản

Kết quả của nghiên cứu này đánh giá hệ vi sinh vật đường ruột của tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương mới lớn được cho ăn ba công thức giàu men vi sinh cung cấp sự hiểu biết tốt hơn về thành phần và cơ năng của hệ vi sinh đường ruột của tôm và đóng góp vào sự phát triển của men vi sinh mới đối với số lượng vi khuẩn cấy trong nó. Ảnh của Darryl Jory.

Trong một hệ thống nuôi trồng thủy sản, tôm và hệ vi sinh vật có chung môi trường thủy sản; do đó, hệ vi sinh vật đường ruột tương tác trực tiếp với vi sinh vật phù du. Do đó, đặc tính của hệ vi sinh vật đường ruột (IM) của các sinh vật dưới nước là sự ưu tiên để hiểu được những tương tác giữa vi sinh vật chủ và mối quan hệ tương ứng với hệ vi sinh vật xung quanh.

Nhiều chiến lược đã được phát triển để cải thiện sự xâm chiếm đường tiêu hóa của những động vật thủy sinh có vi khuẩn có lợi và tránh sự tăng sinh của vi khuẩn gây bệnh. Một trong những phương pháp này là chế độ ăn bổ sung prebiotic (chất kích thích sự tăng trưởng của lợi khuẩn), probiotic (men vi sinh, lợi khuẩn) và vi khuẩn cộng sinh, cái mà cũng có thể cải thiện sự tăng trưởng của động vật và hiệu quả thức ăn. Men vi sinh đã được chứng minh là một chất thay thế đầy hứa hẹn và thân thiện với môi trường để phòng bệnh, đặc biệt là trong chăn nuôi các loài giáp xác có giá trị cao như tôm.

Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng men vi sinh có thể góp phần tiêu hóa enzyme, ức chế vi sinh vật gây bệnh, thúc đẩy các yếu tố tăng trưởng và tăng phản ứng miễn dịch của các sinh vật sống dưới nước. Vậy thì chỉ có các vi sinh vật có lợi mới có thể được sử dụng làm men vi sinh trong nuôi trồng thủy sản liên tục được khám phá. Actinomycetes biển là một trong những ứng cử viên đầy triển vọng nhờ khả năng sản xuất nhiều loại kháng sinh và enzyme ngoại bào.

Bài viết này được điều chỉnh và tóm tắt lại từ bản gốc (JM Mazón-Suástegui và cộng sự 2019. Tác dụng của men vi sinh Streptomyces đối với men vi sinh đường ruột của tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương đã thử thách với tả biển Vibrio parahaemolyticus Microbiology Open Vol. 9, Issue 2) báo cáo trong bài nghiên cứu để xác định ảnh hưởng của các chủng Streptomyces đối với cộng đồng vi khuẩn đường ruột ở tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương mới lớn, như một phần của nghiên cứu trước đây cho thấy tác dụng sinh học của các chủng Streptomyces đơn hoặc được kết hợp với trực khuẩn Bacillus và vi khuẩn Lactobacillus.

Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ khu vực dành cho Nghiên cứu và Giáo dục của Mêxico: Dự án CONACyT Khoa học cơ bản 258282 và Proinnova CONACyT 241777, dưới sự chịu trách nhiệm mang tính học thuật của JMM‐S. Chúng tôi cảm ơn các nhân viên hỗ trợ của CIBNOR: Patricia Hinojosa, Delfino Barajas và Pablo Ormart và Diana Fischer do các dịch vụ biên tập của họ.

Thiết lập nghiên cứu

Bốn nhóm tôm thí nghiệm có ba lần lặp lại từng được sử dụng trong thí nghiệm, được xử lý bằng các tác nhân sinh học như sau: (a) RL8 (Streptomyces sp. RL8); (b) Lac‐Strep (Lactobacillus graminis + Streptomyces sp. RL8 và Streptomyces sp. N7; tỷ lệ 1:1:1); (c) Bac‐Strep (B. tequilensis YC5‐2, B. endophyticus C2‐2, B. endophyticus YC3‐B, Streptomyces sp. RL8 và Streptomyces sp. N7; 1:1:1:1:1; và (d) nhóm đối chứng (không bổ sung men vi sinh).

Tôm thí nghiệm được nuôi bằng thức ăn thương mại, 35% đạm, thức ăn viên (Purina®, Ciudad Obregón, Sonora, Mexico), trong đó các huyền phù sinh học được kết hợp bằng cách phun. Các chủng Lactobacillus và Bacillus được kết hợp ở nồng độ cuối cùng là 1×106 CFU (đơn vị hình thành lạc khuẩn) trên mỗi gram thức ăn, trong khi các chủng Streptomyces được thêm vào với tỷ lệ 1×108 CFU trên mỗi gram thức ăn là giá trị trung bình của mức liều lượng sử dụng cho hầu hết các men vi sinh.

Tôm đã được xử lý được cho ăn tự động ba lần một ngày trong suốt 30 ngày với chế độ ăn thương mại được phun kết hợp với men vi sinh và nhóm đối chứng được cho ăn chế độ ăn thương mại được phun kết hợp với nước biển vô trùng. Tải lượng vi khuẩn trong thức ăn được xác nhận bằng số lượng mảng mỏng; vật chất phân tử đã được loại bỏ hàng ngày bằng cách hút nước trong giai đoạn cho ăn bằng men vi sinh, sau đó bổ sung nước thải (25 phần trăm). Thực hiện không trao đổi nước trong thử thách và những động vật chết thường xuyên được loại bỏ khỏi bể trong suốt các giờ ban ngày.

Để biết thông tin chi tiết về thiết kế thí nghiệm; sinh vật thử nghiệm; Trích xuất và hệ giải trình tự DNA; và phân tích thống kê hãy tham khảo các ấn phẩm gốc.

Các kết quả

Nhìn chung, sự đa dạng quần xã vi sinh vật trong hầu hết các nhóm thử nghiệm cao hơn trước khi thử thách với tả biển V. parahaemolyticus. Hình 1 cho thấy sơ đồ phân tích thành phần chính (PCA là một công cụ để tạo ra các mô hình dự đoán và thường được sử dụng để hình dung khoảng cách di truyền và mối liên quan giữa các quần thể) của đa dạng beta (thuật ngữ sinh thái dùng cho tỷ lệ giữa đa dạng loài của khu vực và địa phương) liên quan đến quần xã vi sinh vật mâu thuẫn với các nhóm được xử lý bằng men vi sinh và nhóm đối chứng trước và sau thử thách với tả biển V. parahaemolyticus.

Hình 1: Sơ đồ phân tích thành phần chính (PCA) về tính đa dạng của beta liên quan đến hệ vi sinh vật đường ruột của tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương được xử lý trong 30 ngày bằng Streptomyces [RL8] và kết hợp với Bacillus [Bac ‐ Strep] và Lactobacillus [Lac‐Strep]; trước [ˍBCH] và sau thử thách [ˍACH] với Vibrio parahaemolyticus. Chuyển thể từ bản gốc.

Kết quả nghiên cứu của chúng tôi cho thấy sau thử thách thì thành phần hệ vi sinh vật của tôm được xử lý bằng RL8 và Bac-Strep khác với các nhóm thử nghiệm còn lại dựa trên PCA. Các phương pháp điều trị này được nhóm ở phía bên trái của biểu đồ dọc theo trục thành phần chính đầu tiên (PC1). Ngược lại, hệ vi sinh vật đường ruột (IM) của tôm từ các nhóm còn lại cho thấy sự phân tán rộng hơn, chỉ ra sự khác biệt về đa dạng beta.

Thành phần và sự phong phú của cộng đồng vi sinh vật của các nhóm thí nghiệm khác nhau được thể hiện trong Hình 2. Tổng cộng có 14 hệ vi khuẩn đã được xác định trong ruột của tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương: Proteobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Verrucomicrobia, Firmicutes, Planctom , TM7, Chlamydiae, TM6, Chlorobi, Fusobacteria và GNO2. Ngoại trừ Bac‐Strep_ACH, Proteobacteria là hệ vi khuẩn phổ biến nhất trong tất cả các nhóm thử nghiệm trước và sau thử thách, có độ phong phú tương đối trung bình lần lượt là 45,34 ± 6,0% và 58,62 ± 2,74%. Hệ vi khuẩn này được theo sau bởi Actinobacteria và Bacteroidetes với sự phong phú tương đối lần lượt là 30,40 ± 3,11% và 21,21 ± 3,70% và, 22,15 ± 5,66% và 18,44 ± 0,73% trước và sau thử thách.

 

Hình 2: Sự phong phú tương đối (tỷ lệ phần trăm của mỗi hệ vi khuẩn liên quan đến tất cả các chuỗi giá trị đối với mỗi lần xử lý) của hệ vi khuẩn khác nhau liên quan đến hệ vi sinh vật đường ruột của tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương được xử lý trong 30 ngày bằng Streptomyces [RL8] và được kết hợp với Bacillus [Bac-Strep] và Lactobacillus [Lac Strep]; (a) trước [BCH] và (b) sau thử thách [ˍACH] với V. parahaemolyticus.

Ba nhóm vi khuẩn có độ phong phú tương đối cao nhất là Alphaproteobacteria với 42,5 ± 5,82%; Actinobacteria với 29,16 ± 3,30%; và Flavobacteriia với 21,45 ± 5,65% trước thử thách (BCH) và 35,23 ± 3,74%, 25,81 ± 6,35% và 18,37 ± 0,92% sau thử thách (ACH), tương ứng (Hình 3).

 

Hình 3: Sự phong phú tương đối (tỷ lệ phần trăm của mỗi nhóm so với tổng số) ở cấp độ liên quan đến hệ vi sinh vật đường ruột của tôm thẻ chân trắng được xử lý trong 30 ngày bằng Streptomyces [RL8] và được kết hợp với Bacillus [Bac‐Strep] và Lactobacillus [Lac-Strep]; (a) trước [ˍBCH] và (b) sau thử thách [ˍACH] với V. parahaemolyticus. Đường ruột của động vật là một cơ quan quan trọng để chứa thức ăn, tiêu hóa và hấp thu chất dinh dưỡng ngoài vai trò quan trọng trong khả năng miễn dịch. Một số chức năng đường ruột đạt được thông qua chuyển hóa vi khuẩn, cái mà cũng có thể có lợi cho vật chủ bằng việc cải thiện phản ứng miễn dịch, hấp thụ chất dinh dưỡng và duy trì cân bằng nội môi. Do đó, điều chế hệ vi khuẩn đường ruột thông qua việc tối ưu hóa chế độ ăn bằng cách hình thành công thức hoặc bổ sung prebiotic (vi sinh vật sống hữu ích trong đường ruột của vật chủ) và men vi sinh là rất quan trọng trong việc cải thiện sự phát triển sinh lý chung và tăng năng suất và tăng doanh thu kinh tế trong suốt quá trình chăn nuôi tôm.

Kết quả của nghiên cứu này cho thấy các nhóm RL8_ACH và Bac-Strep_ACH có mức độ đa dạng vi khuẩn cao hơn, có liên quan đến sự kháng thuốc của vật chủ lớn hơn đối với sự xâm nhập của mầm bệnh so với các nhóm thử nghiệm khác. Mặc dù sự thay đổi đáng kể trong thành phần hệ vi sinh vật của tôm thẻ chân trắng cũng đã đạt được với các men vi sinh khác. Đây là nghiên cứu đầu tiên cho thấy hiệu quả như vậy với các chủng Streptomyces đơn hoặc được kết hợp. Kết quả cho nhóm Control_ACH được thử thách với V. parahaemolyticus cho thấy sự đa dạng vi khuẩn và sự phong phú loài ít hơn do sự hiện diện của mầm bệnh và do đó tôm dễ bị xâm nhập bởi tác nhân này.

Proteobacteria là hệ vi khuẩn chiếm ưu thế trong đường ruột của tôm thẻ chân trắng được xử lý bằng men vi sinh trước và sau thử thách V. parahaemolyticus, tiếp theo là Actinobacteria và Bacteroidetes. Hệ vi khuẩn này đã được coi là phong phú nhất ở tôm thẻ chân trắng trong nhiều nghiên cứu với sự phong phú tương đối từ 68% đến 97%. Kết quả tương tự cũng được báo cáo ở các độ mặn và các loại thức ăn khác nhau. Các nghiên cứu khác đã phát hiện hệ vi khuẩn Firmicutes, Bacteroidetes và Actinobacteria là hệ chiếm ưu thế nhất sau Proteobacteria. Tuy nhiên, sự phong phú tương đối của các vi khuẩn này trong đường ruột của tôm thẻ chân trắng thay đổi theo điều kiện môi trường và thành phần của chế độ ăn.

Actinobacteria là hệ vi khuẩn chiếm ưu thế đứng thứ hai trong đường ruột của tôm. Một số chi của hệ vi khuẩn này được biết đến là nhà sản xuất chất chuyển hóa thứ cấp tuyệt vời có thể bảo vệ vật chủ khỏi sự nhiễm trùng. Việc thêm các chủng Streptomyces vào thức ăn dẫn đến khả năng sống sót của tôm thẻ chân trắng cao hơn sau thử thách với V. parahaemolyticus. Kết quả của chúng tôi xác nhận tiềm năng to lớn của các chủng Streptomyces là tác nhân sinh học trong nuôi trồng thủy sản.

Sự xâm nhập của vi sinh vật và khả năng sống sót trong đường ruột của các sinh vật được nhắm mục tiêu thường được tuyên bố như là điều kiện tiên quyết quan trọng đối với các men vi sinh có tiềm năng. Tuy nhiên, những điều kiện này dường như không được yêu cầu nghiêm ngặt đối với các sinh vật có vỏ, những loài mà có thể hưởng lợi từ sự tương tác liên tục của chúng với các vi sinh vật có lợi phát triển mạnh trong nước và trong trầm tích. Điều này dường như là trường hợp của Streptomyces sp. RL8 - hệ vi khuẩn bản địa của trầm tích biển, phát triển ở một phạm vi rộng có chứa nồng độ pH và muối và tạo ra các bào tử kháng thuốc cùng với một số enzyme ngoại bào và các chất chuyển hóa kháng khuẩn. Do đó, tác dụng điều chỉnh đối với hệ vi sinh vật ở tôm được tìm thấy ở đây không có gì đáng ngạc nhiên cả, nó cũng giống như một số tác dụng sinh học khác đã được mô tả dành cho chủng này.

Quan điểm

Kết quả nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng Proteobacteria, Actinobacteria và Bacteroidetes là hệ vi khuẩn chiếm ưu thế trong đường ruột của tôm thẻ chân trắng. Nghiên cứu cũng cho thấy tác dụng điều biến của Streptomyces sp. RL8 trên vi khuẩn ở tôm thẻ chân trắng, cũng như tác dụng kích thích của chúng đối với một số nhà sản xuất thuốc chống vi trùng bảo vệ tôm khỏi nhiễm trùng V. parahaemolyticus. Những kết quả này góp phần hiểu rõ hơn về thành phần và động lực học của hệ vi sinh vật đường ruột của tôm thẻ chân trắng và sự phát triển của các men vi sinh mới dành cho việc chăn nuôi loài tôm này.