Nghiên cứu metagenome của vi sinh vật trong các đầm nuôi tôm, góp phần tạo cơ sở khoa học để phát triển nghề nuôi tôm ở Việt Nam

Trong những năm gần đây, nuôi trồng thủy sản đặc biệt là nuôi tôm có sự phát triển mạnh mẽ, và đã đưa tôm nuôi trở thành một sản phẩm có giá trị kinh tế cao, đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế, xã hội. Tuy nhiên, nghề nuôi tôm luôn đối mặc với nhiều rủi ro như vấn đề ô nhiễm nguồn nước, dịch bệnh trên tôm, sự phát tán gen kháng kháng sinh và dư lượng kháng sinh tồn dư trong tôm. Những vấn đề này đã gây ảnh hưởng không nhỏ đến hoạt động nuôi trồng tôm của nông dân, cũng như ảnh hưởng đến chất lượng tôm xuất khẩu của Việt Nam. Hơn nữa, đầu tư cho nghiên cứu ở lĩnh vực này chưa tương xứng với lợi ích mang lại của đối tượng thủy sản này. Các đề tài còn nhỏ lẻ, chưa có tính hệ thống và chưa có chiến lược phát triển bền vững.

Với sự phát triển mạnh mẽ của tin sinh học, sinh học hệ thống, đặc biệt là sự ra đời của kỹ thuật xác định trình tự gen thế hệ mới đã đặt nên móng cho các nghiên cứu đa hệ gen thông qua kỹ thuật metagenomics. Các dữ liệu thu được từ nghiên cứu metagenomics sẽ cho phép đánh giá được đa dạng quần thể vi sinh vật, cũng như xác định được nhóm vi sinh vật có lợi, có hại, làm cơ sở cho các nghiên cứu phân lập các vi sinh vật có lợi nhằm kiểm soát dịch bệnh, hạn chế và từng bước đẩy lùi việc sử dụng kháng sinh trong nuôi trồng thủy hải sản.

Xuất phát từ những nhu cầu thực tế nêu trên nhóm nghiên cứu do Cơ quan chủ trì Viện Công nghệ sinh học cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài: PGS. TS. Chu Hoàng Hà thực hiện "Nghiên cứu metagenome của vi sinh vật trong các đầm nuôi tôm, góp phần tạo cơ sở khoa học để phát triển nghề nuôi tôm ở Việt Nam", với mục tiêu chính là ứng dụng công nghệ metagenomics để nghiên cứu một cách tổng thể nguồn tài nguyên, vật liệu di truyền của vi sinh vật trong các đầm nuôi tôm, ký sinh trên tôm (đặc biệt là các vi sinh vật chưa được nuôi cấy) và khai thác nguồn vật liệu di truyền phục vụ cho việc phát triển nuôi tôm bền vững.

Với mục tiêu: Xây dựng được cơ sở dữ liệu metagenome của vi sinh vật trong các đầm nuôi tôm. Xây dựng được mô hình liên quan giữa đa dạng vi sinh vật ở mức độ gen với năng suất, chất lượng tôm nuôi. Phát hiện được các tác nhân gây bệnh mới trên tôm nuôi đặc biệt là tác nhân không phân lập và nuôi cấy được.

Đề tài đã bám sát mục tiêu, nội dung nghien cứu và thu được các sản phẩm như đã đăng ký theo Hợp đồng và Thuyết minh đề tài. Ngoài ra một số sản phẩm đạt được ngoài dự kiến, cụ thể:

1. Các mẫu bùn (đáy ao), mẫu nước và mẫu tôm của 2 đối tượng tôm sú và tôm thẻ chân trắng tại Sóc Trăng và Bạc Liêu đã được thu thập. Đồng thời, đã thu thập được các số liệu về chỉ số môi trường và dư lượng kháng sinh tại các địa điểm thu mẫu.

2. Hệ thống cơ sở dữ liệu metagenome của vi sinh vật trong các đầm nuôi tôm đã được xây dựng, gồm 12 bộ cơ sở dữ liệu giải trình tự 16S rRNA, 3 bộ cơ sở dữ liệu shotgun DNA metagenome, 3 bộ cơ sở dữ liệu shotgun RNA metagenome

3. Đã đánh giá được sự đa dạng vi sinh vật trong các đầm nuôi tôm và xác định được mối liên quan giữa mức độ đa dạng vi sinh vật ở mức độ gen với năng suất, chất lượng nuôi tôm sú và tôm thẻ chân trắng. Cụ thể, thành phần vi khuẩn trong nước và ruột ở tôm khỏe mạnh có xu hướng tách xa nhau, trong khi đó ở nước và ruột của tôm bị bệnh thì thành phần này cụm lại gần nhau.

4. Đã xác định được danh mục các OTU một số vi sinh vật thuộc các nhóm Actinomycetales, Fusobacteriales, Ricketsiales, Sphingobacteriales, và Vibrionales có khả năng gây bệnh cho tôm từ cơ sở dữ liệu 16S rRNA metagenome.

5. Đã khai thác cơ sở dữ liệu và tách dòng và xác định trình tự 06 gen mới hữu ích mã hóa cho các enzyme Nitrat reductase (NarA) mã số NCBI: MK782907, Sulfur oxidation (SoxY), mã số NCBI: MK782908, Quorum quenching lactonase (YtnP), mã số: MK782909, N-acetylmuramoyl-Lalanine amidase (amiC) mã số NCBI: MK805329, Phage lysozyme (gp60) mã số NCBI: MK805330 và Membrane-bound lytic murein transglycosylase (mltF) mã số NCBI: MK805330. Trong đó Gen YtnP mã hóa cho enzyme quorum-quenching lactonase đã được biểu hiện trong E. coli BL21 (DE3). Đồng thời, protein YtnP tái tổ hợp đã biểu hiện hoạt tính quorum-quenching lactonase khi ức chế tín hiệu quorum sensing của vi khuẩn Vibrio parahaelymoticus thông qua sự hình thành các vòng kháng khuẩn.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 16307/2019) tại Cục Thông tin KHCNQG.

Đ.T.V (NASATI)