Động vật không xương sống từ lâu đã được cho là không có cơ chế miễn dịch đặc hiệu để chống lại mầm bệnh giống như trên động vật có xương sống. Chúng sử dụng một loạt các cơ chế miễm dịch bẩm sinh để bảo vệ cơ thể chống lại các mầm bệnh như vi khuẩn, ký sinh trùng,…Tuy nhiên, những phát hiện gần đây cho thấy động vật không có xương sống có thể tồn tại một số cơ chế miễn dịch đặc hiệu được gọi là “miễn dịch đặc hiệu sơ khai” (specific immune priming), hiện tại các cơ chế miễn dịch này vẫn chưa được hiểu một cách đầy đủ.
Chúng ta đều biết động vật không có xương sống không có “bộ máy” tế bào và phân tử cho phép chúng phản ứng lại với mềm bệnh bằng cách hình thành các kháng thể đặc hiệu. Nhiều nghiên cứu trong thập kỷ qua cho thấy động vật không có xương sống tồn tại một dạng miễn dịch thích ứng (adaptive immunity) gọi là “miễn dịch sơ khai” (immune priming) hoặc “miễn dịch thích ứng thay thế” (alternative adaptive immunity). Roth và các đồng nghiệp đã định nghĩa miễn dịch sơ khai là “miễn dịch có thể tồn tại lâu dài kể từ lần tiếp xúc đầu tiên với mầm bệnh và nó có thể bảo vệ cơ thể khi tiếp xúc với cùng một mầm bệnh lần sau.” Trong trường hợp này, hệ miễn dịch đặc hiệu sơ khai sẽ chỉ có tác dụng bảo vệ cơ thể cao với cùng một loại kháng nguyên đặc hiệu. Ví dụ, một sinh vật khi tiếp xúc với mầm bệnh A lần đầu tiên, sau đó nó tiếp tục tiếp xúc với một mầm bệnh tương tự với mầm bệnh A và sau đó là một mầm bệnh hoàn toàn khác với A là B chẳng hạn thì khi đó, hệ miễn dịch đặc hiệu sơ khai chỉ có tác dụng bảo vệ cơ thể cao với mầm bệnh A mà thôi. Điều này cho thấy tính đặc hiệu cao của hệ miễn dịch đặc hiệu sơ khai trên động vật không có xương sống.
Thí nghiệm được tiến hành trên tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei). Thí nghiệm 1, tôm thẻ chân trắng tiền trưởng thành có trọng lượng trung bình 17.4±4.1 g được tiêm 100 µl vi khuẩn Vibrio harveyi VIB 645 CZV-STL-1 được làm bất hoạt bằng formalin với hàm lượng 10^8 CFU/tôm; nhóm đối chứng được tiêm 100 µl bằng nước muối NaCl 3% (tương đương 0.22 µM). Các chỉ tiêu thuộc hệ miễn dịch của tôm được phân tích tại thời điểm 7 và 8 ngày sau khi tiêm. Thí nghiệm 2 được thiết kế tương tự như thí nghiệm 1, nhưng sử dụng tôm có trọng lượng trung bình là 11.5±1.4 g và thay thế vi khuẩn Vibrio harveyi bằng vi khuẩn Bacillus subtilis được làm bất hoạt bằng formalin với hàm lượng 10^8 CFU/tôm. Khả năng thực bào (phagocytosis) được phân tích vào ngày thứ 14 sau khi tiêm. Máu tôm sau khi tiêm vi khuẩn V. harveyi đã được làm bất hoạt bằng formalin được thu sau 7 ngày sau đó ủ với tỷ lệ 1:1 với vi khuẩn Bacillus subtilis. (xem thêm hình sơ đồ thiết kế thí nghiệm).
Sơ đồ thiết kế thí nghiệm thực bào
Kết quả thí nghiệm: Ở thí nghiệm 1, tôm trong một bể có tỷ lệ sống thấp (41.7%) và tôm trong bể này bị loại bỏ. Còn lại 5 bể tôm có tỷ lệ sống cao (92.3–100%) sau 7 ngày tiêm được dùng cho phân tích các chỉ tiêu miễn dịch. Ở thí nghiệm 1, máu tôm sau khi tiêm vi khuẩn V. harveyi đã được làm bất hoạt bằng formalin có tỷ lệ vi khuẩn V. harveyi gắn nhãn quỳnh quang (fluorescently-labelled) trên 100 tế bào máu cao hơn so với đối chứng (p<0.05). Tương tự, khả năng thực bào cũng cao hơn so với nghiệm thức đối chứng (p<0.05). Các chỉ tiêu như số lượng vi khuẩn gắn nhãn quỳnh quang và tỷ lệ % thực bào không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các nghiệm thức khi tiêm vi khuẩn B. subtilis. Ở thí nghiệm 2, khi tôm được tiêm vi khuẩn B. subtilis thay vì vi khuẩn vibrio cho thấy không có sự gia tăng có ý nghĩa chỉ tiêu thực bào của tế bào máu từ tôm tiêm vi khuẩn so với nghiệm thức đối chứng. Tôm được “tiêm vaccine” và “không tiêm vaccine” cho thấy hoạt động kháng khuẩn chống lại vi khuẩn V. harveyi nhưng không có khả năng chống lại vi khuẩn B. subtilis. Điều này cho thấy tính “đặc hiệu” của hệ miễn dịch trên tôm. Tuy nhiên, không có sự khác biệt về hoạt động kháng khuẩn giữa tôm được tiêm vi khuẩn và đối chứng. Điều này cho thấy tiêm “vaccine” không ảnh hưởng đến các thành phần của hệ miễn dịch của tôm.
Kết quả nghiên cứu cho thấy, hệ thống miễn dịch tế bào của tôm, đặc biệt là khả năng thực bào có tính đặc hiệu giống như những nghiên cứu được công bố trong thời gian gần đây về “hệ miễn dịch đặc hiệu sơ khai” trên động vật không có xương sống. Tuy nhiên, hiện tượng này không phải tồn tại trên tất cả các mầm bệnh tiềm năng.
Enhanced Cellular Immunity in Shrimp (Litopenaeus vannamei) after ‘Vaccination’
It has long been viewed that invertebrates rely exclusively upon a wide variety of innate mechanisms for protection from disease and parasite invasion and lack any specific acquired immune mechanisms comparable to those of vertebrates. Recent findings, however, suggest certain invertebrates may be able to mount some form of specific immunity, termed ‘specific immune priming’, although the mechanism of this is not fully understood (see Textbox S1). In our initial experiments, either formalin-inactivated Vibrio harveyi or sterile saline were injected into the main body cavity (haemocoel) of juvenile shrimp (Litopenaeus vannamei). Haemocytes (blood cells) from V. harveyi-injected shrimp were collected 7 days later and incubated with a 1:1 mix of V. harveyi and an unrelated Gram positive bacterium, Bacillus subtilis. Haemocytes from ‘vaccinated’ shrimp showed elevated levels of phagocytosis of V. harveyi, but not B. subtilis, compared with those from saline-injected (non-immunised) animals. The increased phagocytic activity was characterised by a significant increase in the percentage of phagocytic cells. When shrimp were injected with B. subtilis rather than vibrio, there was no significant increase in the phagocytic activity of haemocytes from these animals in comparison to the non-immunised (saline injected) controls. Whole haemolymph (blood) from either ‘immunised’ or non-immunised’ shrimp was shown to display innate humoral antibacterial activity against V. harveyi that was absent against B. subtilis. However, there was no difference in the potency of antibacterial activity between V. harveyi-injected shrimp and control (saline injected) animals showing that ‘vaccination’ has no effect on this component of the shrimp’s immune system. These results imply that the cellular immune system of shrimp, particularly phagocytosis, is capable of a degree of specificity and shows the phenomenon of ‘immune priming’ reported by other workers. However, in agreement with other studies, this phenomenon is not universal to all potential pathogens.
Triệu Tuấn, trieutuan.blog
Source: Pope EC, Powell A, Roberts EC, Shields RJ, Wardle R, et al. (2011) Enhanced Cellular Immunity in Shrimp (Litopenaeus vannamei) after ‘Vaccination’. PLoS ONE 6(6): e20960. doi:10.1371/journal.pone.0020960