Dự đoán trước bệnh trên các loài thủy sản nuôi bằng cách phân tích mẫu DNA

Để đánh giá sự hiện diện của mầm bệnh lây lan qua môi trường nước ở ngành nuôi cá chẽm Úc, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật di truyền tiên tiến. Thành công của dự án cho thấy tiềm năng to lớn của kỹ thuật này đối với sự phát triển của ngành công nghiệp nuôi trồng thủy sản.

Giana đang xem mẫu bên cạnh một ao nuôi cá chẽm ở Úc.

Giana Bastos Gomes là một nghiên cứu sinh tại Trung tâm Nuôi trồng thủy sản và Nghề cá nhiệt đới bền vững, thuộc Đại học James Cook, Úc. Cô đã thực hiện một dự án nhằm nghiên cứu khả năng sử dụng mẫu eDNA (environmental DNA) để phát hiện sự có mặt của các loài trùng miệng lệch (Chilodonella spp.) ở các trang trại nuôi cá chẽm nước ngọt. Các kết quả eDNA của Giana đã chỉ ra rằng có thể dự đoán được các đợt cá chết khi có nhiều kí sinh trùng lông tơ trong nước.

Các phát hiện vừa được công bố đầy đủ trong tạp chí Aquaculture, và Giana Bastos Gomes đã giải thích ý nghĩa thiết thực của dự án này cho The Fish Site.

Chilodonella nghiêm trọng đến đâu và nó có ảnh hưởng đến các loài cá hay các vùng địa lý khác không?

Chilodonella spp. là những loài ký sinh trùng lông tơ phân bố trên toàn thế giới, lây nhiễm đến hầu hết các loài cá nước ngọt. Những ký sinh trùng này đã nhận được sự quan tâm nghiên cứu đáng kể trong 10 năm qua do sự gia tăng nuôi thủy sản nước ngọt trên toàn thế giới. Việc tăng cường nuôi thâm canh của các hệ thống nuôi trồng thủy sản nước ngọt đã làm tăng nguy cơ mắc các bệnh như chilodonellosis (bệnh nhiễm trùng do Chilodonella spp. gây ra).

Lấy mẫu eDNA khác như thế nào so với các thủ tục lấy mẫu truyền thống, chẳng hạn như mô bệnh học?

Sử dụng eDNA để phát hiện các mầm bệnh - chẳng hạn như vi khuẩn và ký sinh trùng - tập trung vào việc phát hiện và định lượng vật liệu di truyền mục tiêu có trong nước hoặc trầm tích, ví dụ trước khi động vật bị bệnh. Vì vậy, chúng ta có thể gọi nó là một phương pháp tiên đoán, trong khi mô bệnh học truyền thống xác định những mô bị tổn thương do bệnh gây ra khi động vật đã bị nhiễm bệnh và đang có triệu chứng của bệnh.

eDNA có được sử dụng rộng rãi trong nuôi trồng thủy sản hoặc các ngành chăn nuôi khác?

eDNA chủ yếu được sử dụng cho các nghiên cứu về pháp y và bảo tồn. Đây là một cách tiếp cận mới đối với nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là cho mục đích thương mại, mặc dù đã được các nhà nghiên cứu sử dụng khá rộng rãi trong thời gian gần đây.

Về thời gian giữa lấy mẫu và cho kết quả?

Phụ thuộc vào khoảng cách giữa trang trại và phòng thí nghiệm. Một khi mẫu đã về phòng thí nghiệm thì chỉ mất vài ngày là có kết quả khuyếch đại vật liệu di truyền. Để một dự án nghiên cứu bắt đầu từ một mớ hỗn độn (như dự án của tôi), cần phải mất hai năm để phát triển phương pháp. Nhưng trong tương lai gần, chúng tôi muốn phát triển các thiết bị tại chỗ (tại trang trại) để thu được kết quả tối đa trong vòng hai giờ.

Trên thực tế, làm thế nào để so sánh chi phí? Và tính khả thi ra sao để đào tạo công nhân ở các trang trại nuôi cá sử dụng?

Phương pháp eDNA phải được sử dụng như một cách tiếp cận để phòng ngừa bùng phát dịch bệnh. Lý tưởng nhất là nên sử dụng kết hợp với việc phân tích các thông số về chất lượng nước. Người nuôi sẽ tiết kiệm tiền bằng cách không đợi cho đến khi vật nuôi bị bệnh để hành động. Giống như sức khỏe con người, phòng bệnh trong nuôi trồng thủy sản ít tốn kém hơn so với trị bệnh.

Lấy nước để thu mẫu eDNA rất đơn giản và bất cứ người nuôi nào cũng có thể làm được. Phần việc có tính kỹ thuật và phức tạp hơn thì hiện phải được làm trong phòng thí nghiệm phân tử. Nhưng trong tương lai, với việc sử dụng các thiết bị phát hiện tại chỗ, các kỹ thuật viên trong lĩnh vực này sẽ có thể thực hiện được.

Tôi cũng đang làm việc trên một thiết bị tại chỗ điểm dựa trên DNA (DNA-based point-of-care device) trong một dự án do công ty Nghiên cứu và Phát triển nghề cá (FRDC) cùng với Bộ Nông nghiệp và Thủy lợi Úc tài trợ nhằm giúp đỡ cho những người nuôi thủy sản ở các vùng hẻo lánh, xa các phòng thí nghiệm chẩn đoán.

Điều gì đã thu hút cô đến với ngành nuôi cá chẽm?

Cá chẽm (barramundi) là một loài cá mang tính biểu tượng ở Úc và đã thu hút được rất nhiều nghiên cứu, không chỉ ở nước này mà còn ở Châu Á. Từ thực tế này, cùng với mối quan hệ gần gũi mà tôi đã có được với các trang trại nuôi cá chẽm lớn ở Úc đã thôi thúc tôi tìm ra những cách giải quyết mang tính đột phá đối với các bệnh gây ra trên loài cá này.

Cô có ngạc nhiên về các kết quả nào không?

Tôi ngạc nhiên rằng kỹ thuật này đã làm việc rất tốt để phát hiện ra Chilodonella, vì nghiên cứu luôn có may rủi. Bạn có một ý tưởng khi bạn thiết kế dự án, nhưng kết quả có thể hoàn toàn khác so với những gì bạn mong đợi.

Nghiên cứu của cô đã làm sáng tỏ những điều kiện cụ thể thích hợp nào để dịch bệnh Chilodonella bùng phát?

Nghiên cứu của chúng tôi đã chứng minh một số xu hướng liên hệ giữa lượng mưa thấp và mật độ Chilodonella cao, đặc biệt nguy hiểm đối với cá nhỏ. Tuy nhiên, các nghiên cứu tiếp theo trên các loài cá khác cũng như lấy mẫu nước và các thông số về chất lượng nước thường xuyên hơn trong tương lai sẽ là rất quan trọng để xác định được các yếu tố môi trường thích hợp cho sự bùng phát của bệnh Chilodonella.

Các kết quả nghiên cứu của cô có gợi ý điều gì cho các ngành nuôi thủy sản khác?

Ý định kết hợp với nghiên cứu này là sử dụng phương pháp eDNA và các dữ liệu về chất lượng nước từ trang trại nuôi cá nước ngọt làm một mô hình để chứng minh khái niệm này. Hiện các ngành công nghiệp nuôi trồng thuỷ sản khác có thể sử dụng được phương pháp này.

Làm thế nào mà người nuôi có thể phản ứng để giảm thiểu những tác động của mật độ ký sinh trùng cao do kỹ thuật này phát hiện ra?

Mỗi loài thủy sản và hệ thống nuôi trồng thủy sản sẽ có cách tiếp cận khác nhau, nhưng trong trường hợp nghiên cứu của chúng tôi, người nuôi có thể xem xét việc thay đổi thời gian nuôi trong năm và có thể cân nhắc để thả cá lớn hơn. Có thể có các phương pháp xử lý bằng hóa chất có hiệu quả hơn trước khi cá bị bệnh và ký sinh trùng lây lan thêm. Quan trọng hơn là eDNA có thể giúp các nhà quản lý trang trại cải tiến các quy trình an ninh sinh học và tăng cường năng lực phản ứng của họ.

Cô hoặc các nhà nghiên cứu khác có thể sử dụng các kết quả của nghiên cứu này như thế nào?

Các ứng dụng có thể của phương pháp eDNA trong nuôi trồng thuỷ sản là rất lớn. Ví dụ, liên kết giữa việc định lượng các mầm bệnh (phương pháp eDNA) trong các hệ thống nuôi trồng thuỷ sản với các cảm biến thời gian thực để kiểm tra chất lượng nước có thể là một “kẻ là thay đổi cuộc chơi” đối với người nuôi. Nó có thể nhanh chóng chứng minh xu hướng giữa sự hình thành mầm bệnh và những thay đổi lớn của oxy hoặc nhiệt độ, ví dụ như thế. Tiếp cận nhanh chóng với loại thông tin này sẽ cho phép người nuôi áp dụng các chiến lược quản lý phù hợp để giảm thiểu hoặc tránh các tổn thất về kinh tế do dịch bệnh bùng phát gây ra.