Sau gần 25 năm kể từ lần đầu xuất hiện, bệnh hoại tử gan tụy cấp tính ở tôm vẫn là cơn ác mộng đối với những người nuôi tôm trên khắp thế giới.
Căn bệnh bí ẩn
Năm 2009, những người chủ trang trại nuôi tôm ở Trung Quốc đột ngột phát hiện một căn bệnh lạ đang lây lan khắp trên đàn tôm. Những con tôm bỗng ngừng ăn, bơi chậm, màu nhợt nhạt, gan tụy mềm, dễ vỡ, sưng to, đổi màu và chết.
Căn bệnh – lúc bấy giờ được gọi là “hội chứng chết sớm” (EMS) ở tôm – đã gây bất ngờ cho chính phủ, các nhà khoa học bởi tốc độ lây lan nhanh và thiệt hại kinh tế trầm trọng mà nó gây ra. Nó có thể gây chết hàng loạt, đột ngột lên đến 100% ở tôm trong vòng 45 ngày sau khi thả nuôi. Cũng tương tự như cách COVID-19 tỏa ra khắp toàn thế giới cách đây ba năm, căn bệnh lạ sau đó lan sang các trang trại tôm ở Việt Nam (2010), Malaysia (2011), Thái Lan (2012), Mexico (2013) và Philippines (2015), tiếp tục sang các châu lục khác. Căn bệnh đã gây thiệt hại nặng cho ngành nuôi tôm châu Á lên đến 1 tỷ USD vào năm 2013 theo ước tính của Liên minh nuôi trồng thủy sản toàn cầu.
Quan sát mô học, các nhà khoa học nhận thấy các tế bào gan tụy của tôm có đầy đủ các đặc tính hoại tử như bị bong tróc, tập trung nhiều tế bào máu ở xung quanh và khoảng gian giữa ống gan tuỵ bị tổn thương và xảy ra nhiễm vi khuẩn thứ cấp nặng ở giai đoạn cuối. Họ quyết định đổi tên “hội chứng chết sớm” này thành “hội chứng hoại tử gan tụy cấp tính” (AHPNS).
Dù đã quan sát thấy triệu chứng, các nhà nghiên cứu vẫn loay hoay không hiểu nguyên nhân gây ra AHPNS. Đã có nhiều giả thuyết được đặt ra như do độc tố môi trường, tác nhân truyền nhiễm, nhưng lý do thực sự vẫn là một bí ẩn. Khi các nhà khoa học đang nỗ lực từng bước tìm lời giải cho thủ phạm gây nên dịch bệnh AHPNS, cũng là lúc căn bệnh này đang “tàn sát” tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương Penaeus vannamei và tôm sú P. monodon. Mọi thứ lúc này như phủ một lớp sương, người nông dân chỉ còn biết nhờ cậy vào các phương pháp dân gian để cứu lấy đàn tôm của mình, hoặc cầu trời căn bệnh không đột ngột “giáng” xuống trang trại của họ.
Trong năm 2013, sản lượng toàn cầu đã giảm xuống 15% so với mức của năm 2011, vào thời điểm mà nhiều người cho rằng ngành này sẽ đạt mức tăng trưởng đáng kể. Một trong những quốc gia bị ảnh hưởng nặng nề nhất trong khu vực là Thái Lan, từng là nước sản xuất tôm lớn thứ hai thế giới sau Trung Quốc. Sau khi AHPNS bùng phát, nước này hiện đã tụt xuống vị trí thứ sáu.
Cuối cùng, cũng vào năm 2013, sau bốn năm kể từ lần đầu bùng phát, bài toán cuối cùng đã được giải đáp nhờ ông Trần Hữu Lộc – lúc bấy giờ là nghiên cứu sinh tại Phòng thí nghiệm Bệnh học Nuôi trồng Thủy sản, Đại học Arizona (Mỹ) – và các đồng nghiệp.
Các nhà khoa học lần đầu về Việt Nam để nghiên cứu về hội chứng này vào năm 2011, với sự hỗ trợ của Bộ NN&PTNT và Cục Thú Y. Sau khi thu mẫu và nghiên cứu tập trung tại Sóc Trăng, Trà Vinh, Bạc Liêu, họ đã xác định được một mầm bệnh hiện diện trên đường ruột của con tôm, nó tạo ra loại độc tố làm hư hại gan tụy của tôm ở giai đoạn sớm của bệnh, và nó là mầm bệnh duy nhất gây ra hoại tử gan tụy. Dòng vi khuẩn tạo độc tố này có tên là Vibrio parahaemolyticus. Do mầm bệnh này đã được xác định, “hội chứng hoại tử gan tụy cấp tính” (AHPNS) chính thức được đổi thành “bệnh hoại tử gan tụy cấp tính” (AHPND).
Phát hiện đột phá này là khởi đầu cho hàng loạt các nghiên cứu sau đó hòng giải quyết mối đe dọa lớn nhất lúc bấy giờ đối với nuôi trồng thủy sản. Năm 2014, một nhóm nghiên cứu quốc tế phát hiện plasmid mới trên loài này – được đặt tên là pVA1 – có kích thước khoảng 69 kb gồm hai gene độc tố của bệnh gene nằm trong vùng có kích thước 3,5 kb được bao bởi các vùng lặp đảo của trình tự mã hóa chuyển vị (Yang et al., 2014). Plasmid pVA1 sau đó đã được chứng minh là nguồn duy nhất sinh ra độc tố ToxA và ToxB gây chết các tế bào gan tụy(Lee et al., 2015).
Như vậy, khi tôm ăn phải vi khuẩn V. parahaemolyticus, vi khuẩn xâm nhập vào đường tiêu hóa của chúng, xâm chiếm gan tụy và bắt đầu tiết ra các protein độc hại, dẫn đến bong tróc và hoại tử hàng loạt các tế bào biểu mô ống trong gan tụy (Lai et al., 2015). Không phải vi khuẩn V. parahaemolyticus, mà chính độc tố ToxA và ToxB tiết ra từ nó mới là thủ phạm trực tiếp gây hoại tử gan tụy ở tôm. Cơ chế này tương tự với bệnh tả ở người, khi vi khuẩn Vibrio cholerae tiết ra độc tố tả CTX gây ra bệnh tiêu chảy, dấu hiệu đặc trưng của bệnh dịch tả.
Mặc dù AHPNS không gây chết người, nhưng vi khuẩn V. parahaemolyticus ở mật độ cao vẫn có khả năng gây viêm dạ dày ruột ở người nếu con người tiêu thụ tôm sống hoặc nấu chưa chín.
Cần phương án phát hiện nhanh chóng tại thực địa
Việc phát hiện mầm mống gây bệnh đã giúp các nhà khoa học đề ra những phương án quản lý môi trường nuôi tôm hợp lý. Song để có thể chấm dứt căn bệnh này không phải là việc có thể hoàn thành trong ngày một ngày hai. Dịch bệnh vẫn luôn xuất hiện qua các năm.
Sản lượng tôm của Thái Lan giảm đáng kể, khoảng 50% từ năm 2009 đến 2014, và vẫn tiếp tục bị ảnh hưởng vào những năm sau đó. Đi kèm với đó là sự sụt giảm về số lượng trại tôm, gần 1/4 so với cùng kỳ. Bên cạnh những thiệt hại về kinh tế, một số thống kê cho thấy căn bệnh này cũng đã khiến 100.000 người mất việc làm. Tuy không bị ảnh hưởng nghiêm trọng như Thái Lan, nhưng căn bệnh cũng đã tàn phá ngành tôm của các quốc gia xung quanh.
Tại Việt Nam, AHPNS đã gây thiệt hại 2,56 tỷ USD kể từ lần đầu tiên xuất hiện vào năm 2011, với đỉnh điểm gây thiệt hại nặng vào năm 2016. Năm 2016, bệnh xảy ra ở 305 xã của 82 huyện thuộc 25 tỉnh thành, với tổng diện tích bệnh lên đến 6339,15 ha.
Đến năm 2017, khi người nông dân đã dần nắm được phương thức quản lý môi trường ao nuôi, chọn con giống không nhiễm bệnh, dịch bệnh mới dần lắng xuống. Tuy nhiên, AHPNS vẫn xuất hiện lặng thầm và rải rác trên khắp các trang trại tôm, bởi dù người nông dân đã chú trọng đến con giống tốt nhưng phần lớn trong số họ vẫn chưa thực sự quan tâm đến các thành phần khác của ao nước cũng như xét nghiệm bệnh AHPNS trong quá trình nuôi, thậm chí ao nuôi cũng không đủ điều kiện để cách ly hiệu quả mầm bệnh.
“Hiện vẫn chưa có biện pháp điều trị dứt điểm AHPNS, nên phòng bệnh và phát hiện bệnh từ sớm vẫn là phương án chính”, PGS.TS Trần Văn Hiếu chia sẻ tại một sự kiện giới thiệu giải pháp do Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ TP.HCM (CESTI) tổ chức. “Độc tố gây bệnh một khi đã bám lên gan tụy thì sẽ huỷ hoại gan tụy của tôm, kể cả khi con tôm có phục hồi thì gan tụy cũng đã bị hư hại, nó không thể ăn được nữa, dần trở nên còi cọc”.
Điều này đã thôi thúc PGS.TS Trần Văn Hiếu tìm kiếm phương pháp phát hiện bệnh ở giai đoạn sớm để người nông dân có thể can thiệp kịp thời, tránh dịch bệnh lây lan khắp trại tôm. “Hiện nay, trên thế giới đã có một số phương pháp phát hiện bệnh như nuôi cấy phân lập, thử nghiệm sinh học, mô học và khuếch đại trình tự (PCR).
Nhưng những phương pháp này đều cần thời gian, người có chuyên môn và phòng thí nghiệm để tiến hành”, ông phân tích. Trong khi đó, lúc bấy giờ phương pháp que thử miễn dịch trên tương tác kháng nguyên – kháng thể có các ưu điểm như dễ thực hiện, nhanh chóng, phát hiện được ngay tại thực địa và có thể được thực hiện bởi chính người nông dân. Tuy nhiên, hiện nay trong nước và cả trên thế giới chưa có loại que thử phát hiện AHPNS nào được thương mại hóa.
“Đây sẽ là một giải pháp tiềm năng”, suy nghĩ này đã giúp ông bắt tay vào nghiên cứu phát triển que thử đầu tiên cho căn bệnh này.
Phát hiện trong 5 phút
Để có được bức tranh tổng quát, trước tiên nhóm ghiên cứu đã thu thập thông tin và đánh giá toàn diện thực trạng bệnh AHPNS trên tám tỉnh nuôi tôm lớn của Đồng bằng sông Cửu Long, gồm: Long An, Bến Tre, Tiền Giang, Kiên Giang, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Trà Vinh. Kết quả nghiên cứu đã phân lập được hơn 120 chủng. Các chủng này lần lượt được giải trình tự và phân tích đặc điểm di truyền để cung cấp thông tin toàn diện về cơ chế gây bệnh và khả năng lây truyền. Trình tự mã hóa gene độc tố của các chủng đã lần lượt được công bố trên Ngân hàng Gen, Trung tâm Thông tin Công nghệ sinh học Quốc gia Hoa Kỳ.
Nhóm nghiên cứu nhận thấy que thử miễn dịch hoạt động theo cơ chế thử nghiệm miễn dịch dòng chảy bên (LFIA) sử dụng kháng thể đa dòng sẽ phát hiện nhanh và đồng thời cả protein ToxA và ToxB. Cấu trúc của một que thử miễn dịch bao gồm vùng nạp mẫu, vùng cộng hợp, vùng kiểm tra, vùng dẫn mẫu.
Vùng nạp mẫu là nơi mẫu thử được đưa vào que để sau đó được dẫn tuần tự qua các vùng khác nhờ lực mao dẫn của vùng dẫn mẫu. Vùng cộng hợp là nơi chứa các kháng thể, và để giúp người dùng có thể quan sát kết quả, kháng thể đa dòng được liên hợp với hạt keo vàng và được phủ lên màng cộng hợp. Các kháng thể kháng ToxA, kháng ToxB từ thỏ và kháng thể kháng IgG thỏ từ dê được phun riêng biệt lên màng nitrocellulose để tạo thành hai vạch chẩn đoán và một vạch đối chứng.
Người nông dân chỉ cần nén đầu tôm, sau đó nhỏ trực tiếp nước từ đầu tôm vào vùng nạp mẫu của que thử. “Kết quả sẽ có sau 15 đến 20 phút, nhưng thông thường chỉ cần 5 phút là chúng ta đã thấy các vạch tín hiệu hiện lên”, PGS.TS Hiếu mô tả. Nếu que thử xuất hiện ba dải màu đỏ ở vạch chẩn đoán và vạch đối chứng, kết quả dương tính. Kết quả âm tính khi chỉ có một dải màu duy nhất tại vạch đối chứng.
Chìa khóa để que thử phát hiện bệnh, đó là phát hiện hai độc tố ToxA và ToxB trong mẫu, vì vậy hai độc tố này là kháng nguyên mục tiêu trong phương pháp que thử miễn dịch. Trong một công bố, PGS.TS Trần Văn Hiếu và các cộng sự cho biết hiện nay đã có các nghiên cứu gây đáp ứng miễn dịch và tạo thành công hai loại kháng thể đa dòng kháng ToxA và ToxB có độ đặc hiệu cao, không phản ứng chéo, không gây dương tính giả với các mẫu vi sinh vật thường gặp ở tôm nuôi. Kháng thể đa dạng có khả năng phát hiện nhiều chủng thu nhận từ các tỉnh khác nhau ở vùng Tây Nam Bộ.
Để kiểm nghiệm điều này, nhóm đã sản xuất được hơn 700 que thử. Các que thử đã được Trung tâm Chất lượng Nông lâm Thủy sản vùng IV đánh giá có độ đặc hiệu 98% và độ nhạy 94% (cao hơn so với đăng ký ban đầu của nhóm là chỉ khoảng 80-90%). Que thử chỉ phát hiện độc tố ToxA/B mà không nhầm lẫn các nhóm khác; giới hạn phát hiện ở mức nhỏ nhất (có ý nghĩa trong việc phát hiện sớm) với ToxA khoảng 6,25ng, ToxB là 3,125ng. Sản phẩm đã được hoàn thiện để thương mại hóa, giá bán dự kiến của que thử khoảng dưới 100 ngàn đồng – để người nông dân có thể dễ dàng mua được.
Dù đã phát triển thành công que thử giúp phát hiện sớm bệnh AHPNS, nhưng nghiên cứu chưa khép lại, mà nó là khởi đầu để nhóm tiếp tục phát triển các phương án phòng bệnh. “Chúng tôi đang tiếp tục nghiên cứu chế phẩm sinh học giúp ngăn chặn độc tố gây bệnh bám vào gan tụy tôm, đây là một hướng phòng bệnh AHPNS được tỉnh Tiền Giang đặt hàng. Nó sẽ góp phần giải quyết bài toán kiểm soát sớm dịch bệnh hoại tử gan tụy cấp trong khi chưa có phương pháp chữa trị dứt điểm”, PGS.TS Hiếu gợi mở.
Cùng mong muốn giúp đỡ người nông dân Việt Nam, năm 2014, TS. Trần Hữu Lộc đã về nước sau khi hoàn thành luận án về AHPNS. Ông là người thành lập và điều hành phòng Nghiên cứu bệnh học thủy sản Shrimpvet tại Đại học Nông Lâm TP.HCM. Bên cạnh với việc giảng dạy, hiện tại ông vẫn phối hợp với các tỉnh tổ chức hội thảo tư vấn và giải đáp thắc mắc cho nông dân về nuôi trồng thủy sản, nuôi tôm bền vững, khống chế dịch bệnh trên tôm.
