Vai trò của nucleotide trong dinh dưỡng chức năng: Cải thiện tăng trưởng và khả năng chống chịu dịch bệnh cho vật nuôi với nucleotide tinh khiết

 

 

 

Giới thiệu

Trong bối cảnh chăn nuôi gia súc, gia cầm và thủy sản ngày càng thâm canh, mục tiêu dinh dưỡng không chỉ dừng ở duy trì và tối đa hóa tích lũy protein, mà chuyển sang nâng cao khả năng thích nghi sinh lý và sức khỏe vật nuôi thông qua dinh dưỡng chức năng. Nucleotide – hợp chất nội bào phân tử thấp đang được ứng dụng rộng rãi theo xu hướng này.

 

Dù trước đây được xem là không thiết yếu do cơ thể có thể tự tổng hợp (de novo và salvage), hiện nay nucleotide được coi là dưỡng chất thiết yếu có điều kiện. Nguyên nhân là quá trình tổng hợp de novo tiêu tốn nhiều năng lượng và axit amin, trong khi ở các giai đoạn stress cao (tăng trưởng sớm, biến động môi trường, dịch bệnh), khả năng tổng hợp nội sinh không đáp ứng đủ nhu cầu. Bổ sung nucleotide ngoại sinh giúp “tiết kiệm” năng lượng và axit amin, cho phép cơ thể ưu tiên cho tăng trưởng, miễn dịch và sửa chữa mô (Salah và cs., 2019; Weaver và Kim, 2014).

 

Hình 1: Con đường tổng hợp mới (de novo synthesis) và tái sử dụng (salvage pathway) của nucleotide

 

Tối ưu hóa giai đoạn chuyển tiếp sau cai sữa ở heo con

 

Giai đoạn chuyển tiếp sau cai sữa là thời kỳ có nhiều rủi ro, đặc trưng bởi các yếu tố gây stress từ bầy đàn, môi trường và khẩu phần, thường dẫn đến hiện tượng “sụt cân/chững tăng trưởng sau cai sữa”.

 

Sự suy giảm sinh lý này chủ yếu do suy giảm khả năng hấp thu dinh dưỡng và tình trạng stress oxy hóa gia tăng, từ đó làm tăng tỷ lệ mắc bệnh và ảnh hưởng bất lợi đến năng suất suốt vòng đời của vật nuôi.

 

Đánh giá thành tích và tác động kinh tế

 

Bổ sung hỗn hợp nucleotide có hàm lượng cao inosine 5′-monophosphate (5′-IMP) cho thấy giảm thiểu rõ rệt tình trạng suy giảm/chững tăng trưởng sau cai sữa. Weaver và Kim (2014) đã đánh giá một sản phẩm bổ sung nucleotide chứa 53% tổng nucleotide (trong đó 51% là 5’-IMP) và ghi nhận sự cải thiện tuyến tính ở cả tăng trọng trung bình hàng ngày (ADG) và lượng ăn vào trung bình hàng ngày (ADFI).

 

Trong tuần đầu tiên, ADG ở nhóm bổ sung 1,0g/kg tăng hơn ba lần, tương đương tăng 225,7% (83,7g/ngày so với 25,7g/ngày) so với nhóm đối chứng. Đối với nhà chăn nuôi, sự cải thiện tăng trưởng ở giai đoạn sớm này có ý nghĩa rất quan trọng, việc đẩy nhanh tăng trưởng trong giai đoạn 1 sẽ giúp rút ngắn số ngày xuất chuồng và tối ưu hóa công suất khu nuôi heo con.

 

Bảng 1: Hiệu quả khi bổ sung nucleotide lên thành tích tăng trưởng của heo con

Chỉ tiêu tăng trưởng	Giai đoạn  1 (Ngày 0-7)	Giai đoạn 2 (Ngày 7-28)	Tổng (Ngày 0-28)
ADG	Tăng tuyến tính (P = 0,007)	Gia tăng đáng kể*	Tăng tuyến tính (P = 0,031)
	25,7 vs 83,7 (g/ngày) †	363,9 vs 386 (g/ngày) †	270,9 vs 301,8 (g/ngày) †
ADFI	Tăng tuyến tính (P = 0,005)	Tăng tuyến tính (P < 0,001)	Tăng tuyến tính (P < 0,001)
	150,9 vs 197,1 (g/ngày) †	512,1 vs 588 (g/ngày) †	412,5 vs 480,2 (g/ngày) †
Tăng trọng: Ăn vào (G:F)	Tăng tuyến tính (P = 0,015)	Không ghi nhận	Không ghi nhận
	0,014 vs 0,401 (g/g) †

^* Ghi nhận sự gia tăng có ý nghĩa thống kê, đặc biệt trong giai đoạn từ ngày 14-21 (P = 0,043) và từ ngày 21-28 (P = 0,053)

^† Các giá trị được trình bày dưới dạng ‘vs’ lần lượt tương ứng với nhóm 0g/kg và 1,0g/kg

 

Các chỉ tiêu sức khỏe và khả năng giảm stress

 

Bên cạnh việc cải thiện thành tích tăng trưởng, nucleotide còn đóng vai trò quan trọng trong điều hòa trục miễn dịch – viêm. Các nghiên cứu cho thấy, việc bổ sung nucleotide giàu IMP ở mức 0,5-1,0g/kg mang lại các lợi ích:

 

• Giảm viêm toàn thân: Ghi nhận xu hướng giảm tuyến tính các cytokine tiền viêm, đặc biệt là TNF-α, cho thấy phản ứng viêm được kiểm soát tốt hơn trong giai đoạn chuyển tiếp sau cai sữa.
• Tăng cường khả năng bảo vệ tế bào: Chỉ dấu tổn thương DNA do stress oxy hóa 8-hydroxy-deoxyguanosine (8-OHdG) đạt mức thấp nhất ở khẩu phần bổ sung 0,5g/kg, cho thấy sự cải thiện trong duy trì ổn định hệ gen dưới điều kiện stress.
• Cải thiện ổn định sức khỏe đường ruột: Điểm tiêu chảy thấp nhất vào ngày thứ 8 được ghi nhận ở heo ăn khẩu phần bổ sung 0,5g/kg. Điều này phản ánh tỷ lệ bệnh giảm, từ đó giúp giảm công chăm sóc và chi phí điều trị cho người chăn nuôi.

 

Lợi ích của nucleotide trong khẩu phần đối với thủy sản

 

Cơ chế cộng hưởng về tăng trưởng và ở cấp độ tế bào

 

Bổ sung nucleotide trong khẩu phần giúp cải thiện đáng kể tăng trọng và hệ số chuyển hóa thức ăn (FCR) ở nhiều loài thủy sản, bao gồm tôm thẻ chân trắng và cá rô phi sông Nile (Xiong và cs., 2018; Asaduzzaman và cs., 2017). Ở cá rô phi, các cơ chế thúc đẩy tăng trưởng này đã được ghi nhận ở cấp độ tế bào. Việc bổ sung nucleotide kích thích đồng thời cả tăng sinh sợi cơ (hình thành các sợi cơ mới) và phì đại sợi cơ (tăng kích thước của các sợi cơ hiện hữu) (Asaduzzaman và cs., 2017). Bên cạnh đó, nucleotide còn tăng biểu hiện các gen liên quan đến tăng trưởng, bao gồm hormone tăng trưởng từ tuyến yên – Growth Hormone (GH) và yếu tố tăng trưởng giống insulin-1 tại gan – Insulin-like Growth Factor-1 (IGF-1) (Asaduzzaman và cs., 2017).

 

Tăng cường miễn dịch bẩm sinh và tăng khả năng kháng bệnh

 

Các động vật không xương sống, như tôm, không có hệ miễn dịch thích ứng, do đó phụ thuộc hoàn toàn vào miễn dịch bẩm sinh để chống lại các tác nhân gây bệnh (Xiong và cs., 2018).

 

Việc bổ sung nucleotide cho thấy hiệu quả trong việc kích hoạt hệ phòng vệ miễn dịch không đặc hiệu này, thể hiện qua sự gia tăng đáng kể hoạt động của phenoloxidase (PO) và lysozyme trong huyết thanh (Xiong và cs., 2018).

 

Thông qua việc tăng biểu hiện các gen liên quan đến miễn dịch, nucleotide giúp tăng cường rõ rệt khả năng kháng bệnh và tỷ lệ sống ở cả tôm và cá trong các giai đoạn thử thách với mầm bệnh nghiêm trọng (Xiong và cs., 2018; Shiau và cs., 2015; Burrells và cs., 2001).

 

Hình 2: Tác động của hàm lượng nucleotide lên phenoloxidase (PO) và lysozyme trong huyết thanh ở tôm

 

Giảm thiểu stress môi trường trong nuôi trồng thâm canh

 

Trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản thâm canh, sự tích tụ của các hợp chất nitơ trong chất thải như amoniac là một yếu tố gây stress môi trường đáng kể.

 

Trong điều kiện phơi nhiễm amoniac cấp tính, tôm được cho ăn khẩu phần bổ sung nucleotide cho thấy tỷ lệ sống cao hơn rõ rệt lên đến 93,3% so với chỉ 66,7% ở nhóm đối chứng (Yong và cs., 2020).

 

Nucleotide giúp điều hòa các chất chuyển hóa trong huyết dịch, bao gồm glucose và protein tổng, qua đó cung cấp nguồn năng lượng thiết yếu giúp duy trì cân bằng sinh lý trong những giai đoạn stress nghiêm trọng (Yong và cs., 2020).

 

Phát triển hình thái học đường ruột

 

Nucleotide là những chất nền cần thiết cho các mô có tốc độ phân chia tế bào nhanh, đặc biệt là niêm mạc ruột. Ở tôm, việc bổ sung nucleotide giúp tăng đáng kể chiều cao và chiều rộng của nhung mao ruột, cũng như chiều cao của vi nhung mao (Xiong và cs., 2018).

 

Những cải thiện về cấu trúc này giúp tăng diện tích bề mặt hấp thu của ruột, qua đó tối ưu hóa khả năng sử dụng chất dinh dưỡng và củng cố hàng rào đường ruột, giúp ngăn ngừa sự xâm nhập của các tác nhân gây bệnh (Xiong và cs., 2018).

 

Gà thịt: Tối đa hóa tăng trưởng giai đoạn đầu đời

 

Mối quan hệ phụ thuộc giữa tăng trưởng sớm và phát triển đường ruột

 

Trong chăn nuôi gà thịt thương mại, tối đa hóa tăng trưởng ở giai đoạn đầu đời là một mục tiêu then chốt. Tuy nhiên, để khai thác đầy đủ tiềm năng tăng trưởng di truyền của giống, yếu tố nền tảng lại phụ thuộc vào sự phát triển nhanh của hệ tiêu hóa trong giai đoạn đầu đời (Jung & Batal, 2012).

 

Ruột non phát triển tốt với cấu trúc niêm mạc nguyên vẹn là điều kiện thiết yếu để tiêu hóa và hấp thu dưỡng chất hiệu quả (Kreuz và cs., 2020). Vì vậy, tăng trưởng sớm và sức khỏe đường ruột không phải là hai mục tiêu cạnh tranh, mà ngược lại có mối quan hệ phụ thuộc chặt chẽ; trong đó sự thiết lập nhanh chóng tính toàn vẹn của hàng rào đường ruột chính là điều kiện tiên quyết để đạt được tăng trưởng tối đa trong giai đoạn đầu đời.

 

Ảnh hưởng của stress môi trường đến sức khỏe đường ruột và thành tích chăn nuôi

 

Trong các hệ thống chăn nuôi thâm canh hiện đại, gà thịt thường xuyên phải đối mặt với nhiều yếu tố gây stress như môi trường, mật độ nuôi cao.

 

Những yếu tố stress này gây ra tổn thương đáng kể về mặt hình thái học, bao gồm giảm chiều cao nhung mao ruột và độ dày của niêm mạc, từ đó làm suy giảm nghiêm trọng khả năng hấp thu dưỡng chất. Sự suy giảm này sẽ trực tiếp dẫn đến giảm tăng trưởng giai đoạn đầu, giảm tăng trọng và tăng hệ số chuyển hóa thức ăn (FCR) trong toàn giai đoạn (Kamel và cs., 2021).

 

Đẩy nhanh tăng trưởng giai đoạn đầu nhờ bổ sung nucleotide

 

Bổ sung nucleotide là một chiến lược dinh dưỡng hiệu quả nhằm nhanh chóng thiết lập sức khỏe đường ruột và giảm thiểu sự suy giảm tăng trưởng do stress gây ra. Việc bổ sung nucleotide giúp tăng đáng kể chiều cao nhung mao ruột và tỷ lệ chiều cao nhung mao so với độ sâu hốc tuyến trong giai đoạn khởi đầu quan trọng (ví dụ: 0-14 hoặc 7-20 ngày tuổi) (Jung và Batal, 2012; Kreuz và cs., 2020). Những cải thiện về hình thái học ruột này giúp tăng diện tích bề mặt hấp thu dưỡng chất, từ đó cho phép gà con sử dụng chất dinh dưỡng hiệu quả hơn.

 

Cải thiện thành tích tăng trưởng và tính toàn vẹn của hàng rào ruột

 

Sự phát triển nhanh của đường ruột giúp cải thiện rõ rệt các chỉ tiêu tăng trưởng ở giai đoạn đầu đời. Gà thịt được cho ăn khẩu phần bổ sung nucleotide cho thấy ADG cao hơn đáng kể và cải thiện hệ số chuyển hóa thức ăn (FCR) trong các giai đoạn đầu đời quan trọng (Jung và Batal, 2012; Kreuz và cs., 2020). Bên cạnh đó, nucleotide còn tăng biểu hiện các gen liên quan đến liên kết chặt (tight junction) như ZO-1 và Occludin, qua đó tăng cường hàng rào bảo vệ ruột chống lại sự xâm nhập của các tác nhân gây bệnh và duy trì cân bằng sinh lý trong giai đoạn tăng trưởng nhanh (Wu và cs., 2018).

 

Khác biệt về sinh khả dụng: Vì sao IMP tinh khiết cho hiệu quả vượt trội

 

Các nguồn nucleotide từ nấm men

 

Trong khi nucleotide có nguồn gốc từ nấm men là lựa chọn phổ biến trên thị trường, nhưng không phải tất cả các nguồn nucleotide đều có hiệu quả như nhau. Một yếu tố quan trọng cần xem xét là “khác biệt về sinh khả dụng” (Bioavailability Gap). Phần lớn các nguồn nucleotide từ nấm men tồn tại ở dạng liên kết với protein, dẫn đến khả năng giải phóng trong đường ruột bị hạn chế, và mức sinh khả dụng thường chỉ khoảng 20% hoặc thấp hơn. Ngược lại, nucleotide tinh khiết được sản xuất thông qua quá trình lên men (như IMP hoặc GMP) ở dạng không liên kết với protein và sẵn sàng để được hấp thu trực tiếp, nhờ đó mang lại mức độ khả dụng cao hơn đáng kể trong đường ruột.

 

Bên cạnh khả năng hấp thu, sự cân bằng thành phần nucleotide (profile balance) cũng là một yếu tố quan trọng. Hình 3 minh họa sự mất cân bằng này: nấm men bia có hàm lượng IMP tương đối thấp, trong khi các pyrimidine khác chiếm tỷ lệ cao hơn.

 

Trong khi đó, IMP tinh khiết cung cấp nguồn nucleotide ổn định với hàm lượng cao, giúp kích hoạt hiệu quả con đường tái sử dụng thông qua việc cung cấp trực tiếp các nucleoside. Đối với các nhà sản xuất hướng tới kết quả ổn định và tăng trưởng tối đa, việc lựa chọn nguồn nucleotide tinh khiết là giải pháp đáng tin cậy hơn để bù đắp khoảng thiếu hụt dinh dưỡng và đạt được hiệu quả sản xuất tối ưu.

Hình 3: Thành phần nucleotide của nấm men bia
(Nguồn: Phỏng theo “Use of Nucleotides in Animal Feed”, Feed Mix, Vol.15, No.4, 2007)

 

Kết luận

 

Chiến lược bổ sung nucleotide tinh khiết không còn là một lựa chọn ”xa xỉ” trong các hệ thống chăn nuôi thâm canh hiện đại, đặc biệt trong điều kiện không sử dụng kháng sinh và hướng đến hiệu quả cao. Nucleotide giúp tối ưu hóa tăng trưởng tự nhiên và khả năng thích nghi của vật nuôi thông qua việc tiết kiệm năng lượng axit amin cho quá trình tổng hợp mới đồng thời cung cấp tiền chất thiết yếu cho quá trình tái tạo và phát triển nhanh của tế bào.

 

Tài liệu tham khảo cung cấp theo yêu cầu

 

 

 

 

Jisoo Tak

E-mail addresses: js.tak@cj.net