Khả năng kháng khuẩn

Chitosan thể hiện khả năng kháng khuẩn chống lại nhiều loại vi khuẩn, nấm và virus khác nhau. Chitosan đã được chứng minh là có thể ngăn chặn và ức chế các vi sinh vật gây bệnh nhờ vào cơ chế phá vỡ màng tế bào và can thiệp vào các chức năng sống của vi sinh vật (Xing và ctv, 2015). Tính năng kháng khuẩn của chitosan được đề xuất theo ba cơ chế sau: Thứ nhất, Chitosan nhờ vào nhóm amino có điện tích dương tương tác với các thành phần mang điện tích âm trên màng tế bào, từ đó phá hủy cấu trúc tế bào gây rò rỉ các thành phần nội bào. Thêm vào đó, chitosan còn có thể tạo phức chọn lọc với các ion kim loại có mặt trên thành tế bào của vi sinh vật làm mất ổn định cấu trúc thành tế bào và giúp ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật.

Thứ hai, chitosan thể hiện khả năng tạo thành một lớp màng trên bề mặt tế bào để ngăn cản quá trình hấp thụ và bài tiết của tế bào, từ đó ức chế sự trao đổi chất của vi sinh vật.

Thứ ba, một số phân tử chitosan có thể xâm nhập vào bên trong màng tế bào và liên kết với DNA của tế bào, ngăn cản quá trình dịch mã mRNA và ức chế tổng hợp protein.

Nhờ vào các cơ chế kháng khuẩn khác nhau, chitosan có khả năng ức chế nhiều loại vi khuẩn gây bệnh trên vật nuôi, ví dụ các vi khuẩn tụ cầu (Staphylococcus spp. S. aureus và S. xylosus) (Felipe và ctv, 2019), Pseudomonas sp. (Aguayo và ctv, 2020) gây bệnh viêm vú, vi khuẩn Intrauterine pathogenic E.coli (IUPEC) (Jeon và ctv, 2016) gây bệnh viêm tử cung bò sữa; vi khuẩn E.coli, Samonella gây bệnh tiêu chảy trên lợn con và bê (Alam và ctv, 2012; Xiao và ctv, 2014), vi khuẩn Salmonella Typhimurium gây bệnh thương hàn/viêm ruột trên gà (Menconi và ctv, 2014).

Các nghiên cứu cũng cho thấy chitosan có khả năng phá hủy và ức chế sự hình thành màng sinh học vi khuẩn. Màng sinh học vi khuẩn được định nghĩa là một tập hợp các vi khuẩn được bao bọc trong một lớp polymer hữu cơ tự sinh, từ đó giúp tăng cường khả năng của vi khuẩn chống lại sự tác động của kháng sinh và quá trình đáp ứng miễn dịch của vật chủ. Đây được xem là một trong các cơ chế hình thành các vi khuẩn kháng thuốc và là nguyên nhân dẫn đến sự thất bại trong việc điều trị các bệnh viêm nhiễm trên vật nuôi bằng kháng sinh. Chitosan nhờ vào tương tác tĩnh điện với màng sinh học vi khuẩn có thể phá hủy các màng sinh học vi khuẩn đã hình thành cũng như ức chế sự hình thành màng sinh học, đã được thử nghiệm thành công với các chủng vi khuẩn tụ cầu gây bệnh viêm vú trên bò sữa (Asli và ctv, 2017; Felipe và ctv, 2019; Aguayo và ctv, 2020).

Làm lành vết thương

Chitosan thể hiện tiềm năng lớn trong ngành thú y, nhờ vào khả năng hỗ trợ quá trình cầm máu, giảm đau và đẩy nhanh quá trình làm lành vết thương trên động vật. Các nghiên cứu về cơ chế chitosan tham gia vào quá trình làm lành vết thương cho thấy, chitosan tham gia và có tác động tích cực đến tất cả các bước trong quá trình làm lành vết thương trên động vật. Đầu tiên, chitosan thu hút, kích hoạt các chất làm đông máu (fibrinogen, tiểu cầu, hồng cầu) đến vết thương giúp cầm máu nhanh và giảm mất máu, sau đó kích thích hệ thống miễn dịch đáp ứng viêm của vật chủ nhằm ngăn chặn viêm nhiễm, tiếp theo, đẩy nhanh các quá trình sản sinh nguyên bào sợi, collagen và các chất nền ngoại bào để thúc đẩy quá trình làm đầy vết thương. Trên thế giới đã có rất nhiều sản phẩm thương mại về cầm máu, băng vết thương cho người dựa trên chất nền chitosan và các dẫn xuất của nó (Senel và McClure, 2004; Dai và ctv, 2011; Aramwit, 2016; Liu và ctv, 2018; Maldonado và ctv, 2021).

Tăng cường đáp ứng miễn dịch và giảm stress oxy hóa trên vật nuôi

Hệ thống miễn dịch của vật nuôi có thể nhận biết sự có mặt của nhóm amino trong phân tử chitosan, từ đó kích hoạt đáp ứng miễn dịch thông qua miễn dịch niêm mạc ruột và miễn dịch dịch thể/trung gian tế bào. Bổ sung chitosan vào chế độ ăn của vật nuôi cho thấy hiệu quả trong việc tăng nồng độ huyết thanh sIgA trong màng nhầy ruột non. Bên cạnh đó chitosan thúc đẩy mức độ biểu hiện gen của protein ở mối nối chặt ở ruột và đảm bảo chức năng hàng rào của niêm mạc ruột để ngăn chặn sự xâm nhập của vi sinh vật có hại và độc tố vào đường ruột. Ngoài ra, chitosan còn kích hoạt hệ thống miễn dịch dịch thể và trung gian tế bào, và đóng vai trò như tác nhân điều hòa miễn dịch giúp điều chỉnh sản xuất kháng thể và các cytokines là các protein điều chỉnh miễn dịch tiết ra khi vật chủ bị bệnh, giúp cơ thể vật chủ tăng cường khả năng chống lại viêm nhiễm (Wan và ctv, 2017).

Stress oxy hóa là một trong các vấn đề thường gặp và gây hậu quả nghiêm trọng trong chăn nuôi. Stress oxy hóa làm xáo trộn chức năng hàng rào ruột, giảm mức độ biểu hiện các protein ở mối nối chặt, đồng thời làm giảm hấp thụ dinh dưỡng và trao đổi chất từ đó dẫn đến giảm tăng trưởng. Một mặt, chitosan nhờ sự có mặt của nhóm amino sẽ thu gom các gốc tự do hoặc góp phần tăng cường hàm lượng các chất chống oxy hóa để làm gián đoạn chuỗi phản ứng oxy hóa do gốc tự do tạo ra. Mặt khác, chitosan góp phần gia tăng hoạt lực của các enzyme chống oxy hóa (POD, CAT, SOD) giúp chuyển hóa các hợp chất oxy hoạt động (ROS, Reactive oxygen species) thành các hợp chất vô hại, giúp trung hòa các hợp chất ROS (Osho và Adeola, 2020)

Kích thích sinh trưởng

Chitosan đã được chứng minh là một chất kích thích tăng trưởng hiệu quả trên vật nuôi, có tác dụng tương đương các loại kháng sinh tăng trưởng được sử dụng trong chăn nuôi, thông qua việc thúc đẩy quá trình tiêu hóa, hấp thu dinh dưỡng và tác động tích cực lên sức khỏe vật nuôi. Đối với động vật dạ cỏ, chitosan, với khả năng tác động chọn lọc lên hệ vi sinh vật hoạt động trong dạ cỏ giúp dịch chuyển quá trình lên men dạ cỏ theo hướng tăng hiệu quả chuyển hóa dinh dưỡng đồng thời làm giảm lượng khí metan phát thải ra môi trường. Chitosan hoạt động như một kháng sinh ionophore làm thay đổi thành phần axít béo bay hơi sinh ra tại dạ cỏ: tăng hàm lượng propionate, giảm tỷ lệ acetate:propionate (Gomes và ctv, 2017). Khi bổ sung chitosan vào chế độ ăn của vật nuôi, chitosan góp phần thúc đẩy việc tiết ra các enzyme giúp tiêu hóa thức ăn làm tăng hiệu quả phân giải thức ăn tại ruột non (Wan và ctv, 2017). Chitosan cũng có ảnh hưởng tích cực lên việc thay đổi hình thái đường ruột: tăng chiều cao nhung mao, giảm độ sâu khe ruột giúp tăng hiệu quả hấp thụ dinh dưỡng (Wan và ctv, 2017; Osho và Adeola, 2020), giúp giảm được ảnh hưởng của stress oxy hóa lên vật nuôi (Osho và Adeola, 2020).

Ngoài ra, chitosan thể hiện ưu thế hơn kháng sinh ở khả năng cân bằng hệ vi sinh đường ruột, góp phần thúc đẩy sự phát triển của các vi sinh vật có lợi tại manh tràng, ruột già của vật nuôi. Điều này có ý nghĩa rất lớn đối với heo cai sữa vốn có hệ tiêu hóa đường ruột chưa phát triển và gặp khó khăn với sự chuyển đổi chế độ ăn từ dạng lỏng giàu đạm sang thức ăn tập ăn giàu chất xơ, bổ sung chitosan giúp tăng cường tiêu hóa chất xơ ở ruột già, giúp heo cai sữa tăng cường khả năng tiêu hóa hấp thụ dinh dưỡng, đáp ứng nhu cầu tăng trưởng (Yu và ctv, 2017).

Ngô Hồng Phượng¹, Trần Vân Ty², Nguyễn Thị Hoài Linh² và Phan Thanh Lộc²

1- Trường Đại học Nông lâm Thành phố Hồ Chí Minh

2- Công ty cổ phần Việt Nam Food

Tác giả liên hệ: TS. Ngô Hồng Phượng, Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh.

Điện thoại: 0946721010; Email: phuong. ngohong@hcmuaf.edu.vn