Giảm độc tính kim loại nặng ở động vật thủy sản

Kim loại nặng là một trong những chất gây ô nhiễm nguy hiểm nhất ở tất cả các hệ sinh thái. Đặc biệt trong nuôi trồng thủy sản, cá thường bị đe dọa bởi sự tích tụ quá nhiều Cadmium (Cd) dẫn đến tổn thương mô và suy cơ quan. Tiếp xúc mãn tính với Cd có thể gây rối loạn chức năng của nhiều cơ quan như gan và thận, stress oxy hóa, tổn thương hệ miễn dịch, ức chế tăng trưởng và thậm chí gây tử vong ở cá.

Cá chép là loài cá được nuôi phổ biến ở hầu hết các quốc gia trên thế giới. Tuy nhiên, sự ô nhiễm Cd đã gây thiệt hại lớn về kinh tế của nghề nuôi cá chép. Sự tiếp xúc với Cd có thể gây tích lũy kim loại trong cá, do đó ảnh hưởng đến sức khỏe con người thông qua chuỗi thức ăn. Vì vậy, việc phát triển một chiến lược an toàn và hiệu quả để kiểm soát mức Cd trong nuôi cá là rất quan trọng.

Việc sử dụng các loài Bacillus làm thuốc giải độc kim loại nặng đã cho thấy những kết quả đầy hứa hẹn trong vài năm qua. B.coagulans là vi khuẩn gram dương, hình thành bào tử, kỵ khí dễ sinh sản, tạo ra axit lactic nên được sử dụng làm phụ gia trong nuôi trồng thủy sản.

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng chế độ ăn bổ sung B.coagulans có thể nâng cao hiệu suất tăng trưởng, phản ứng miễn dịch và khả năng kháng bệnh ở cá (Amoah và cộng sự, 2019). Ngoài ra, B.coagulans đã được chứng minh là làm giảm ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải (Lei và cộng sự, 2014 ).

Do khả năng hấp phụ kim loại nặng và các đặc tính probiotic của B. coagulans, có thể vi khuẩn này giúp cá chống lại độc tính Cd. Nghiên cứu này sử dụng của B. coagulans SCC-19 được phân lập từ ruột của cá chép để chống lại độc tính do Cd gây ra.

Thí nghiệm được tiến hành với ba nhóm như sau: Nhóm Ⅰ (nước không có Cd); Nhóm Ⅱ (0,5 mg/L Cd) và Nhóm Ⅲ (0,5 mg/L Cd + 10⁸ CFU/g B.coagulans).

1. Hiệu suất tăng trưởng

Việc tiếp xúc lâu dài với kim loại nặng có thể gây ra sự ức chế tăng trưởng ở động vật. Kết quả nghiên cứu này cho thấy phơi nhiễm Cd làm giảm tăng trọng của cá chép. Tuy nhiên, chế độ ăn bổ sung 10⁸ CFU/g B. coagulans SCC-19 đã làm tăng đáng kể mức tăng trọng và trọng lượng cuối cùng của cá chép.

Zhai và cộng sự. (2017), đã phát hiện việc bổ sung L. plantarum CCFM8610 trong chế độ ăn uống có thể phục hồi việc giảm tăng trọng cơ thể của cá rô phi khi tiếp xúc với Cd. Điều này có thể được giải thích bởi khả năng loại bỏ Cd cũng như khả năng miễn dịch và chống oxy hóa của các chế phẩm sinh học này.

2. Tích tụ Cd trong cả mô gan và thận

Cd trong nước có thể được mang hoặc ruột của cá hấp thụ và sau đó được vận chuyển vào các mô như gan và thận thông qua hệ thống tuần hoàn. Trong nghiên cứu này, phơi nhiễm Cd gây ra sự tích tụ trong gan và thận của cá chép. Tuy nhiên, nồng độ Cd trong thận và gan đã giảm đáng kể khi cá được điều trị bằng B. coagulans SCC-19.

Wang et al. (2020) cũng phát hiện việc bổ sung B.cereus trong chế độ ăn có thể làm giảm nồng độ Cd trong các cơ quan nội tạng của cá chép Gibel. Nghiên cứu trước đây cũng cho rằng Bacclius sp. có thể liên kết các kim loại nặng trong ống nghiệm ( Xing và cộng sự, 2018 ).

Quan sát thấy B. coagulans SCC-19 có thể loại bỏ Cd trong cá. Do đó, có thể suy đoán B.coagulans SCC-19 liên kết và loại bỏ Cd trong nước và ruột trước khi được mang hoặc ruột của cá chép hấp thụ. Những phân tích này giải thích thêm về sự giảm đáng kể nồng độ Cd trong mô cá (mô gan 0,021 μg/g và thận 0,059 μg/g) khi bổ sung B. coagulans SCC-19.

3. Tình trạng chống oxy hóa trong các mô gan

Các nghiên cứu trước đây đã cho thấy việc tiếp xúc với Cd có thể thúc đẩy sự tổng hợp ROS do đó gây ra stress oxy hóa ở cá. Hơn nữa, một số nghiên cứu đã cho thấy stress oxy hóa do tiếp xúc với Cd làm tăng hàm lượng MDA – sản phẩm ổn định của quá trình peroxy hóa lipid. Các enzym chống oxy hóa như CAT, GSH-Px và SOD, là tuyến phòng thủ đầu tiên chống lại stress oxy hóa do kim loại nặng gây ra.

Trong nghiên cứu này, phơi nhiễm Cd làm tăng đáng kể mức MDA và ROS và làm giảm hoạt động của CAT, GSH-Px và SOD trong gan của cá chép. Kết quả này cho thấy việc phơi nhiễm Cd gây ra stress oxy hóa ở cá chép. Tuy nhiên, hoạt động bình thường của các enzym chống oxy hóa đã được phục hồi nhờ sử dụng B.coagulans SCC-19.

Việc bổ sung B.coagulans trong chế độ ăn đã tăng cường hoạt động của các enzym chống oxy hóa trong cá (Yu và cộng sự, 2018). Do đó, khả năng chống oxy hóa của B. coagulans có thể đóng vai trò như một cơ chế giảm bớt căng thẳng oxy hóa do Cd gây ra cho cá.

4. Tình trạng miễn dịch trong các mô thận

Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng phơi nhiễm Cd gây ra tổn thương đến miễn dịch ở vật chủ. Tình trạng miễn dịch trong thận của cá sau khi tiếp xúc với Cd hoặc B. coagulans SCC-19 trong chế độ ăn  được đánh giá bằng cách đo hoạt động của LZM và ACP , mức C3 và C4 và các cytokine TGF-β , TNF-α và IL-1β.

Trong nghiên cứu, nhóm tiếp xúc với Cd cho thấy giảm mức LZM, ACP, C3 và C4. Điều này cho thấy Cd có thể làm hỏng hệ thống miễn dịch của cá chép. Tuy nhiên, LZM, ACP, C3 và C4 ở cá tiếp xúc với Cd đã được phục hồi đáng kể khi bổ sung B. coagulans SCC-19 trong chế độ ăn.

Mức độ phiên mã của TNF-α và IL-1β cũng tăng lên đáng kể ở nhóm tiếp xúc với Cd. Mức độ biểu hiện của TGF-β đã giảm rõ rệt ở nhóm Cd so với nhóm chứng.

Những kết quả này cũng chỉ ra rằng việc tiếp xúc với Cd có thể làm hỏng hệ thống miễn dịch của cá chép. Tuy nhiên, mức độ phiên mã bình thường của TGF-β, TNF-α và IL-1β đã được phục hồi nhờ điều trị B.coagulans SCC-19.

Một nghiên cứu trước đây cũng cho thấy rằng việc bổ sung B.coagulans trong chế độ ăn đã cải thiện khả năng miễn dịch của động vật thủy sản (Amoah và cộng sự, 2019).

Việc bổ sung B.coagulans trong chế độ ăn có thể làm giảm nồng độ Cd trong cả gan và thận, đồng thời phục hồi khả năng miễn dịch và chống oxy hóa không đặc hiệu ở cá chép sau khi tiếp xúc với Cd. Nghiên cứu này cho thấy B.coagulans có thể đóng vai trò như một tác nhân probiotic đầy hứa hẹn để giảm bớt tác động độc hại của Cd trong cá chép.