Christophe Bostvironnois, DVM – Chr. Hansen, Hoersholm, Denmark

Antonie van Leeuwenhoek lần đầu tiên quan sát và mô tả vi khuẩn vào năm 1676, khi ông chia sẻ những phát hiện của mình trong các báo cáo gửi cho Hội Hoàng gia.. Ngày nay, vi khuẩn được biết đến là có nhiều hơn mọi loại sinh vật sống khác. Các nhà nghiên cứu ước tính rằng, tổng số vi khuẩn hiện tại trên Trái Đất nằm trong khoảng hàng triệu tỷ tỷ, tức là con số có tới 30 chữ số không.

Hầu hết vi khuẩn không bao giờ tiếp xúc với bất kỳ loài động vật nào, nhưng lại được tìm thấy trong phạm vi gần hoặc kí sinh lên, trong và cùng với chúng ta và các loài động vật mà chúng ta chăm sóc.

Mặc dù vi khuẩn có khả năng gây bệnh, nhưng hầu hết vi khuẩn đều không gây ra mối đe dọa, ngược lại một số ít còn mang lại lợi ích đáng kể.

Thách thức lớn là khám phá những chủng vi khuẩn độc đáo, khi được sử dụng đủ lượng, có thể mang lại lợi ích rõ rệt cho vật chủ. Nói cách khác, chúng sẽ trở thành những lợi khuẩn thiết yếu.

Bảng1. Các bước phân loại vi khuẩn và con người

* Homo sapiens là tên khoa học của loài người hiện đại.

Các chủng vi khuẩn chiến lược

Vi khuẩn cũng giống như tất cả các sinh vật sống khác, có thể được phân loại theo thuật ngữ động vật học là: Lĩnh vực, Ngành, Lớp, Bộ, Họ, Chi và Loài. Trong Bảng 1, các phân loại được hiển thị cho vi khuẩn và cho con người. Chúng tôi không phân loại các nhóm người ngoài phạm vi loài.

Tuy nhiên, đối với vi khuẩn, chúng tôi tiếp tục tách biến thể di truyền theo cấp độ chủng. Các chủng vi khuẩn là các phân nhóm của một loài có bản sắc di truyền độc đáo và các đặc điểm hình thái, sinh hóa và hành vi riêng biệt.

Ví dụ, loài vi khuẩn đơn lẻ, Bacillus subtilis, bao gồm hơn 1.000 chủng được ghi nhận trong các ngân hàng chủng quốc tế.

Ngược lại, chỉ có 250 giống Bos taurus (gia súc), 340 giống Canis lupus (chó) và 65 giống Gallus gallus domesticus (gà) được công nhận trên toàn thế giới.

Kết hợp lại, các giống đã xác định của ba loài động vật hầu như không thể sánh được với sự đa dạng được quan sát thấy trong một loài vi khuẩn.

Dưới đây là một số ví dụ minh họa cách tính đa dạng di truyền giữa các chủng Bacillus quan sát thấy được sự khác biệt có ý nghĩa về các đặc điểm.

Ví dụ 1: Các chủng Bacilli sản suất enzyme khác nhau

Cellulase và Xylanase là hai loại enzyme phân hủy chất xơ có khả năng phân hủy xenluloza và hemicellulose. Việc sản xuất và tiết ra các enzyme quan trọng này thay đổi theo cấp số nhân giữa các chủng Bacilli (xem hình 1a và 1b).

Hình 1a. Mức độ cellulase và xylanase được sản xuất bởi bốn chủng Bacillus subtilis được xác định theo mã chủng của chúng (sửa đổi từ Larsen et al. 2014)

Hình 1b. Hoạt động xylanase của các chủng Bacillus subtilis và Bacillus amyloliquefaciens

Ví dụ 2: Đa dạng di truyền cao trong Bacillus subtilis

Trong cùng một loại hoặc cùng chức năng, các gen của cùng một chủng hoặc loài có thể được xác định là khác nhau nếu biểu hiện (expression) của chúng dẫn đến kết quả khác nhau.

Số lượng gen liên quan đến các nhóm loài khác nhau và mức độ phân kỳ tổng thể giữa một chủng nhất định sẽ xác định sự đa dạng có thể được đánh giá bằng cách phân tích kiểu gen.

Trong Hình 2, 17 loại Bacillus subtilis khác nhau đã được phân tích kiểu gen (Earl và cộng sự (2017)) để hiểu được mức độ tương đồng về mặt di truyền đối với một chức năng nhất định. Các đặc điểm quan trọng cho sự sống còn của chủng đã được xác định như: sản xuất thành tế bào, chuyển hóa, nảy mầm, v.v.

Hình 2. Mức độ phân kỳ di truyền giữa 17 chủng Bacillus subtilis (sửa đổi từ Earl et al., 2017).

Chúng ta có thể thấy, sự đa dạng rất cao về mặt di truyền đối với hầu hết các chức năng, từ 16% đối với quá trình chuyển hóa axit amin cho đến 66% đối với quá trình sản xuất peptide kháng khuẩn.

Ví dụ 3: Hoạt động ức chế mầm bệnh

Trong Hình 3, chúng ta có thể hình dung tác dụng ức chế mầm bệnh của một số chủng Bacillus từ Chr. Hansen.

Để kiểm tra tác dụng ức chế đối với Salmonella Heidelberg, một thử nghiệm ức chế mầm bệnh đã được thực hiện trong phòng thí nghiệm tại Đan Mạch (EXP-18- AH5439).

Salmonella Heidelberg được trải trên đĩa thạch và các chủng Bacillus được thêm vào để xem tác dụng ức chế của chúng đối với mầm bệnh này, sau đó đo các vùng ức chế. Hoạt động ức chế của các chủng Bacillus subtilis khác nhau đối với vi khuẩn gây bệnh Salmonella Heidelberg cũng rất khác nhau. Một số chủng Bacillus không có tác dụng ức chế Salmonella, trong khi những chủng khác thì có.

Hình 3. Ức chế Salmonella heidelberg bằng các chủng Bacillus khác nhau (Chr. Hansen Animal Health Innovation). Sản phẩm được pha loãng trong dung dịch pha loãng peptone. Các hỗn dịch sản phẩm được thêm vào đĩa ‘hedgehog’. 1,2,3 = ức chế, 4-12 = không ức chế.

Kết luận

Xác định chủng là việc rất quan trọng để đánh giá sự đa dạng di truyền. Việc lựa chọn và phân biệt các chủng là cơ sở để thành công vì tất cả các chủng khác nhau đều có các đặc tính riêng. Khi các chủng phù hợp được lựa chọn cho đúng mục tiêu vấn đề, chúng có thể là giải pháp hiệu quả để chống lại các thách thức lớn về thực phẩm và sức khỏe. Không có một chủng nào có hiệu quả đối với mọi vấn đề. Việc cần thiết là lựa chọn đúng chủng hoặc kết hợp các chủng cho đúng mục tiêu.

Chr. Hansen gần đây đã chọn ba chủng Bacillus trong một sản phẩm mới cho thị trường gia cầm: GALLIPRO® Fit. Nền tảng là lựa chọn và kết hợp các chủng hiệu quả nhất cho ngành công nghiệp gia cầm. Các chủng được lựa chọn do khả năng ức chế mầm bệnh mạnh mẽ và khả năng sản xuất enzyme.

Các chủng vi khuẩn quan trọng. Sự kết hợp của các chủng được chọn là chìa khóa cho một giải pháp thành công mà người chăn nuôi gia cầm có thể hưởng lợi.

Nutrispces