Không giống như động vật có xương sống, tôm không có hệ miễn dịch đặc hiệu. Hoạt động miễn dịch của tôm chủ yếu dựa vào hệ miễn dịch tự nhiên gồm: hàng rào vật lý (lớp vỏ kitin), miễn dịch dịch thể và miễn dịch tế bào. Khi các tế bào lạ đi qua được lớp vỏ kitin thì chúng sẽ bị ngăn cản quyết liệt bởi hệ thống miễn dịch dịch thể và miễn dịch tế bào. Nhưng khi gặp các điều kiện bất lợi thì hệ miễn dịch sẽ bị suy yếu, khả năng chống lại các mầm bệnh xâm nhập cũng suy giảm nhiều.
Gần đây có rất nhiều nghiên cứu nhằm tăng cường hệ miễn dịch để giúp tôm có thể vượt qua các điều kiện bất lợi, trong đó các nhà nghiên cứu chủ yếu tập trung vào hợp chất β-glucan và kết quả cho thấy rất khả quan và tiềm năng ứng dụng trong ngành nuôi trồng thủy sản là rất lớn.
Cơ chế kích thích miễn dịch của β-glucan
β-glucan là một polysaccharide (PS) được cấu thành từ các monosaccharide. Vị trí liên kết của các monosaccharide trong chuỗi đã hình thành nên những hợp chất với tên gọi khác nhau như là: agar (β-1,3-1,4-glucan), alginate (β-1,4 glucan), carrageenan (β-1,3-1,4-glucan) (Wood, 1974), fucoidan (β-1,3-glucan), laminarin (β-1,3-1,6-glucan) (Davis, 2003). β-glucan có rất nhiều trong thành tế bào nấm, vi khuẩn, vi tảo, tảo nâu, tảo đỏ, rong biển…
β-glucan đóng vai trò là một protein nhận biết đặc biệt PRPs (specific pattern-recognition proteins) gồm: LGBP (lipopolysaccharide và β-1,3-glucan-binding protein) và βGBP (β glucan-binding protein) trên tế bào bạch cầu. Khi phát hiện vi khuẩn hoặc vật lạ, β-glucan sẽ phát tín hiệu đến hệ thống bảo vệ, các tế bào máu sẽ di chuyển đến vị trí của chúng, thực hiện các cơ chế bảo vệ và loại bỏ tác nhân xâm nhiễm. Cụ thể β-glucan kích thích bạch cầu có hạt thực hiện quá trình tiêu giảm hạt (degranulation), giải phóng ra các enzyme miễn dịch như: prophenoloxidase (proPO), serine proteinase, peroxinectin (PX) và α2-macroglobulin (α2-M) (Lee và Söderhäll, 2002; Cerenius và Söderhäll, 2004). Tiếp theo, dưới sự xúc tác của enzyme serine proteinase (SP) kích hoạt hệ thống proPO từ dạng không hoạt động thành dạng hoạt động phenoloxidase (PO), PO là một enzyme giúp chuyển hóa các hợp chất phenol thành quinone và sản phẩm cuối cùng là melanin. Nhưng có một điều cần lưu ý là quá trình hoạt hóa hệ thống proPO cần có sự hiện diện của ion Ca2+. Nếu thiếu Ca2+ thì quá trình hoạt hóa không xảy ra ngay cả khi có các yếu tố kích thích.
Hình 1: Cơ chế kích thích miễn dịch của β-glucan.
Melanin là sản phẩm của hệ thống proPO, có đặc tính kháng khuẩn trực tiếp, melanin sẽ bao lấy vi khuẩn hoặc vật lạ và phóng thích ra lớp vỏ kitin, khi tôm lột vỏ thì sẽ đào thải hoàn toàn vật thể lạ ra khỏi cơ thể. Quinone và các sản phẩm trung gian trong quá trình hình thành quinone và melanin cũng có thể gây độc cho các vi sinh vật lạ do chúng có hoạt tính cao. Ngoài việc tạo ra các chất mang tính độc cho vi sinh vật lạ, bạch cầu hạt còn tiết ra các peptide kháng khuẩn AMPs như: crustin, ALF (antilipopolysaccharide factors), penaeidin, lectin, lysozyme… (Jollés và Jollés, 1984; Sritunyalucksana et al., 1999; Destoumieux et al., 2000; De-la-Re-Vega et al., 2006).
Quá trình β-glucan hoạt hóa hệ thống proPO trở thành dạng hoạt động PO và sinh ra sản phẩm cuối cùng là melanin được gọi là quá trình melanin hóa. Ngoài ra β-glucan còn kích thích quá trình thực bào. β-glucan sẽ liên kết với các thụ thể trên bạch cầu bán hạt để thực hiện các hoạt động thực bào, tạo thể bao bao bọc các vật thể lạ và đông máu. Để thực hiện được quá trình đông máu, β-glucan sẽ giúp hoạt hóa các protein đông máu, mục đích của quá trình đông máu là ngăn chặn sự tổn thương ở vỏ kitin và làm bất động các tác nhân xâm nhập. Trong quá trình thực bào, các gốc oxy nguyên tử (-O), hydroxyl (-OH) và hydrogen peroxide (H2O2) được xem là những chất oxy hóa mạnh tiêu diệt vi khuẩn (Fridovich, 1995; Muñoz et al., 2000).
Nghiên cứu ứng dụng β-glucan trong nuôi trồng thủy sản
Năm 2011, Jie Chang và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu trên tôm thẻ chân trắng về khả năng đáp ứng miễn dịch và tỉ lệ sống khi kết hợp cho ăn với β-glucan. Tôm sau khi bị cảm nhiễm bởi Vibrio alginolyticus với mật độ 6,4×10^4 CFU/tôm được cho ăn với chế độ ăn bình thường và với chế độ ăn có bổ sung β-glucan thì kết quả tăng 20% tỉ lệ sống so với chế độ ăn không có β-glucan (71% so với 51% sau 72 giờ nuôi). Tổng lượng tế bào máu giảm đáng kể sau 24 giờ nuôi nhưng sau đó đã trở lại mức bình thường và kết quả ghi nhận tổng lượng hồng cầu ở chế độ ăn có β-glucan cao hơn đáng kể so với chế độ ăn thông thường. Lượng tế bào máu giảm ở giai đoạn đầu là do khi V. alginolyticus xâm nhập vào cơ thể tôm, β-glucan sẽ kích thích hệ miễn dịch thực hiện cơ chế bảo vệ, tế bào bạch cầu sẽ được sử dụng để thực hiện các quá trình melanin hóa, thực bào. Sau khi loại bỏ được V. alginolyticus thì tế bào máu sẽ được tăng cường sản xuất để trở lại mức cân bằng. Hệ thống enzyme PO cũng tăng cao sau khi tôm được cãm nhiễm với vi khuẩn V. alginolyticus, β-glucan đóng vai trò rất lớn trong việc hoạt hóa hệ thống enzyme PO để tạo ra các chất kháng khuẩn.
Năm 2012, Zhao và cộng sự cũng đã tiến hành khảo sát tác động của β-glucan đến đáp ứng miễn dịch của tôm thẻ nhưng chỉ thị không phải là vi khuẩn Vibro mà là khí độc nitrite NO2 . Khi kết hợp khẩu phần ăn của tôm với β-glucan ở các nồng độ 0, 250, 500, 1000 mg/kg thì tỉ lệ sống của tôm đều cho thấy sự tăng trưởng nhưng chỉ có khẩu phần ăn kết hợp với 250 mg/kg có ý nghĩa về mặt thống kê (P<0,05). Tuy nhiên kết quả cho thấy tỉ lệ sống của tôm tỉ lệ thuận với nồng động β-glucan bổ sung, tỉ lệ sống đạt 79,9% khi bổ sung 1000 mg/kg sau 84 ngày nuôi. Khi gây tress tôm bằng NO2 thì kết quả cho thấy tôm có khả năng chống chịu tốt với nồng độ NO2 cao (20 mg/L) thông qua tăng cường đáp ứng miễn dịch. Kết quả thử nghiệm cho thấy khi cho ăn kết hợp với 500 mg/kg β-glucan thì mức độ biểu hiện của LGBP, proPO, superoxide dismutase (SOD) cao hơn so với các nồng độ khác sau khi gây stress với NO2 trong 120 giờ.
López và cộng sự (2003) đã báo cáo rằng β-glucan có thể bị phân hủy bởi β-glucanases để tạo ra năng lượng, tăng cường hấp thu protein ở tôm thẻ, do đó khi kết hợp với β-glucan ở nồng độ thấp (250 mg/kg) thì không thấy sự biểu hiện của các gen miễn dịch, lúc này β-glucan được sử dụng như một nguồn năng lượng, chỉ khi sử dụng ở liều lượng cao (>500 mg/kg) thì β-glucan mới đóng vai trò như một chất kích thích miễn dịch.
Tóm lại, tiềm năng ứng dụng β-glucan trong nuôi trồng thủy sản là rất lớn. β-glucan đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc kích thích hệ thống miễn dịch của tôm, ngăn chặn các tác nhân gây hại như Vibro, cải thiện khả năng sống sót cũng như khả năng chống chịu trước các điều kiện bất lợi của môi trường.
Bài viết được thực hiện bởi: KS. Nguyễn Tuấn Thanh, CN. Nguyễn Tấn Lợi, CN. Lê Thị Ánh Đông – Công ty CP CNSH Tiên Phong.
Nguồn: Công ty Vinhthinhbiostadt.