SỬ DỤNG CHIẾT XUẤT BETAGLUCAN TỪ RONG BIỂN ĐỂ TĂNG SỨC ĐỀ KHÁNG CỦA TÔM BIỂN

Hiện nay, giáp xác đứng ở vị trí kinh tế quan trọng trong trong nghề nuôi trồng thuỷ sản toàn cầu trong đó tôm sú (Penaeus monodon) và tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) là 2 đối tượng nuôi chủ lực. Tuy nhiên, nghề nuôi tôm luôn phải đối mặt với những rủi ro và dịch bệnh đặc hữu mà thiệt hại lớn nhất vẫn là bệnh do Vibrio và virus gây ra.

Những thông tin về các hợp chất β-glucan ly trích từ rong biển, cơ chế kích thích hệ miễn dịch không đặc hiệu trên giáp xác được trình bày làm cơ sở cho việc nghiên cứu ly trích các hợp chất β-glucan từ một số loài rong biển hiện diện ở vùng ven biển đồng bằng sông Cửu Long, góp phần trong việc phát triển nghề nuôi tôm bền vững.

Betaglucan – nguồn tài nguyên dồi dào trong đại dương

β-glucan là một Polysaccharide (PS) được cấu thành từ các monosaccharide. Vị trí liên kết của các monosaccharide trong chuỗi hình thành nên những hợp chất khác nhau: Agar (β-1,3-1,4-glucan), Alginate (β-1,4 glucan), Carrageenan (β-1,3-1,4-glucan, Fucoidan (β-1,3-glucan), Laminarin (β-1,3-1,6-glucan),… Agar, Carrageenan được ly trích chủ yếu từ các loài rong biển thuộc ngành tảo đỏ (Rhodophyta), trong khi Fucoidan, Laminarin, Alginate lại dồi dào trong các loài thuộc ngành tảo nâu (Phaeophyta). Ngoài ra, một số dạng khác của β-glucan như là Chrysolaminarin (β-1,3-1,6-glucan) chứa nhiều trong vi tảo và Zymosan (β-1,3-glucan) từ nấm men (Hình 1).

Hình 1. Cấu trúc các hợp chất Betaglucan

PS thường được ly trích bằng nước hoặc các dung môi, tạo thành các hỗn hợp trung tính hoặc các hợp chất cao phân tử mang tính acid. Các PS ly trích từ rong biển đầu tiên được mô tả là có hoạt tính như một β-glucan. Trong đại dương, các dạng của β-glucan cũng được tìm thấy trong vách tế bào của nấm và vi khuẩn.

Hoạt tính sinh học của Betaglucan ly trích từ rong biển

Vách tế bào của một số loài tảo biển chứa các hợp chất Fucoidan, chúng không thể tìm thấy trong các loài thực vật trên cạn có chức năng đặc biệt trong điều hoà ion. Hơn nữa, các hợp chất này được sử dụng như là chất chống oxy hóa, chất chống đông máu, chống ung thư, chống viêm, kích thích hệ miễn dịch.

Cơ chế kích thích miễn dịch của Betaglucan

Tôm không có hệ miễn dịch đặc hiệu, quá trình miễn dịch của chúng chống lại mầm bệnh chỉ dựa vào miễn dịch tự nhiên bao gồm: hàng rào vật lý (lớp vỏ chitin), miễn dịch dịch thể, và miễn dịch tế bào.

Tế bào bạch cầu của giáp xác được chia thành 2 loại: bạch cầu không hạt (hyaline cell), và bạch cầu có hạt (granular cell). Cerenius và Söderhäll (2004) cho rằng β-glucan kích thích quá trình melanin hóa và quá trình thực bào thông qua sự nhận biết bởi các protein nhận biết đặc biệt là PRPs: LGBP (lipopolysaccharide và β-1,3-glucan-binding protein) và βGBP (β-glucan-binding protein) trên tế bào bạch cầu (Hình 2).

Bạch cầu có hạt khi bị kích thích bởi β-glucan, quá trình tiêu giảm hạt sẽ xảy ra, dẫn đến sự phóng thích một số enzyme miễn dịch: Prophenoloxidase, Serine Proteinase, Peroxinectin và α2-macroglobulin. Tiếp theo, với sự xúc tác của enzyme Trypsin-like serine proteinase (SP) kích hoạt hệ thống proPO từ thể không hoạt động thành hoạt động Phenoloxidase (PO). PO là một enzyme chứa nguyên tử Cu, xúc tác tiếp theo 2 quá trình O-hydroxyl hoá Monophenol và oxy hoá Diphenol thành Quinine. Chức năng quan trọng của PO là chuyển hợp chất Tyrosine thành Dihydroxyphenylalanine (DOPA) cũng như là DOPAquinone. Trong suốt quá trình Melanin hóa, Melanin sẽ bao lấy vi khuẩn/ vật lạ và phóng thích ra ngoài lớp vỏ chitin.

Trong khi quá trình Melanin hóa xảy ra ở tế bào bạch cầu có hạt, quá trình thực bào lại xảy ra ở tế bào không hạt. Trong quá trình này, gốc oxy nguyên tử (O-), gốc Hydroxyl (OH-) và Hydrogen Peroxide (H2O2) được sinh ra và được xem là những chất oxy hoá mạnh tiêu diệt vi khuẩn. Từ đó, hoạt tính men SuperOxide Dismutase (SOD), Gluthathione Peroxidase (GPx) và Catalase (CAT) nhằm cân bằng các gốc oxy hóa mạnh sinh ra do quá trình thực bào của bạch cầu cũng gia tăng.

Hình 2. Cơ chế kích thích miễn dịch không đặc hiệu của tôm khi bị kích thích bởi Betaglucan

Ứng dụng và triển vọng

Đối với các hợp chất β-glucan ly trích từ rong biển thì Chotigeat et al. (2004) cũng có nghiên cứu trên loài tảo nâu Sargassum polycystum. Hợp chất Fucoidan thô từ S. polycystum được ly trích bằng dung dịch HCl 0,1 N. Thí nghiệm được thực hiện trên tôm sú ở 2 kích cỡ khác nhau (5–8 g và 12–15 g). Kết quả cho thấy tôm 5–8 g cho ăn với liều 400 mg/kg tôm/ngày có tác dụng làm tăng tỷ lệ sống 46% sau 10 ngày cảm nhiễm với virus đốm trắng. Đối với tôm có trọng lượng 12–15 g với liều 200 mg/kg tôm/ngày có tác dụng làm tăng tỷ lệ sống lên đến 93% sau 11 ngày gây cảm nhiễm và chỉ số thực bào đạt 2,36 ± 1,28 so với đối chứng 0,83 ± 0,6. Tác giả cũng đã chỉ ra rằng hợp chất Fucoidan thô ly trích từ rong nâu S. polycystum có khả năng kháng khuẩn, với nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) đối với các loài vi khuẩn E.coli, Staphylococcus aureus và Vibrio harveyi lần lượt là 6,0; 12,0 và 12,0 mg/mL.

Hou và Chen (2005) cũng đã nghiên cứu ứng dụng hỗn hợp ly trích từ tảo đỏ Gracilaria tenuistipitata để kích thích hệ miễn dịch trên tôm thẻ chân trắng thông qua tiêm với liều 4–6 µg/g tôm. Kết quả cho thấy sau khi được tiêm 2 giờ, số lượng bạch cầu (THC), PO, Super anion O2x- (RB), tỷ lệ sống của tôm thí nghiệm gia tăng có ý nghĩa (p< 0,05) so với nghiệm thức đối chứng.

Trên tôm thẻ chân trắng, Yeh et al., (2006) đã nghiên cứu khả năng kích thích miễn dịch cũng bằng hỗn hợp ly trích từ tảo nâu S. duplicatum. Tôm được ngâm trong dung dịch 300–500 mg/L hỗn hợp ly trích và tiêm ở liều 10–20 µg/g tôm gia tăng các chỉ tiêu miễn dịch (THC, PO, và RB) sau 1 giờ ngâm và 1 ngày tiêm tương ứng. Khả năng thực bào cũng gia tăng có ý nghĩa (p< 0,05) ở các nghiệm thức này khi tôm được tiêm V. alginolyticus liều 1,8 × 106 CFU cho cả 2 thí nghiệm ngâm và tiêm.

Trên tôm he Ấn Độ, Huang et al. (2006) đã báo cáo rằng hợp chất ly trích từ tảo S. fusiforme giúp tôm tăng cường miễn dịch, kháng lại vi khuẩn V. harveyi. Thật vậy, hoạt tính enzyme PO và Lysozyme gia tăng lên đến 13,2 và 3,21 đơn vị/mg protein khi tôm được cho ăn thức ăn có bổ sung hỗn hợp ly trích ở liều lượng 0,5%. Kết quả nghiên cứu cũng đã chứng minh ở liều lượng từ 0,5–1% khẩu phần sẽ các tác dụng làm tăng tỷ lệ sống khi tôm được gây cảm nhiễm với V. harveyi ở liều 9,3 × 107 CFU sau 14 ngày thí nghiệm.

Tóm lại, các nghiên cứu ứng dụng β-glucan ly trích từ rong biển chỉ dừng lại qui mô phòng thí nghiệm. Hiện nay chưa có nghiên cứu ứng dụng bổ sung chất chiết suất từ rong biển trong nuôi tôm thương phẩm, đặc biệt là nuôi thâm canh.

Phương pháp cho ăn được đánh giá là có tính khả thi cao, không gây sốc, có thể sử dụng trong tất cả các giai đoạn phát triển của tôm. Vì vậy, nghiên cứu bổ sung β-glucan chiết tách từ rong biển vào thức ăn tôm nhằm tăng tường sức đề kháng của tôm là rất cần thiết. Nguồn rong biển trong tự nhiên dồi dào, cung cấp một lượng lớn β-glucan với chi phí thấp. Vì vậy nghiên cứu thành công chiết tách các hợp chất β-glucan từ rong biển sẽ làm tăng hiệu quả kinh tế của nghề nuôi tôm.