Vi sinh vật hữu ích - Phần 1: Giới thiệu chung
Tóm tắt
Nuôi thủy sản giáp xác mà cụ thể hơn là nuôi tôm, phải đối mặt với một số thách thức để để tăng năng suất mà vẫn duy trì tính bền vững. Các đợt bùng phát dịch bệnh khác nhau đã ảnh hưởng liên tục đến lĩnh vực này trong gần hai thập kỷ, cùng với nhu cầu ngày càng tăng về nuôi thủy sản thân thiện với môi trường cũng như áp lực từ khách hàng đối với các sản phẩm an toàn và có thể truy xuất nguồn gốc, đang sửa đổi cơ bản các phương thức nuôi tôm và các loài giáp xác khác.
Ngày nay người ta đã chấp nhận rõ rằng chỉ có thể đối mặt với những thách thức này thông qua việc phát triển các phương thức quản lý tốt hơn cùng với các cải tiến kỹ thuật. Trong số các giải pháp hiện đang được xem xét, những giải pháp dựa vào dinh dưỡng và quản lý sức khỏe đường ruột có thể đóng một vai trò quan trọng.
Ứng dụng của chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản đã được được phát triển trong bối cảnh này và hiện đang được áp dụng rộng rãi trong nuôi trồng thủy sản giáp xác như một công cụ bổ sung để quản lý dịch bệnh. Sự phát triển này chủ yếu được thúc đẩy bởi thực tế và các phương pháp tiếp cận thực nghiệm trong nuôi tôm; tuy nhiên, các nghiên cứu chuyên sâu cụ thể liên quan đến các tác dụng sinh học và cơ chế hoạt động của chế phẩm sinh học trên động vật giáp xác ngày càng tăng tầm quan trọng.
Chương này trình bày một đánh giá về nghiên cứu được thực hiện về các ứng dụng probiotic ở các loài giáp xác, đặc biệt nhấn mạnh vào các cơ chế hoạt động đã được nghiên cứu cho đến nay và những lợi ích chính thu được từ nó. Các giới hạn và viễn cảnh tương lai cũng được đề cập đến.
Giới thiệu
Ngày nay, nuôi giáp xác là nguồn cung cấp thủy sản quan trọng của thế giới, đạt giá trị thị trường ước tính khoảng 22,7 tỷ USD (theo FAO, 2011). Trong số các loài giáp xác được nuôi, tôm biển thuộc họ Penaeidae là đối tượng nuôi chiếm tỷ trọng cao nhất.
Sự suy giảm trữ lượng tự nhiên, chi phí đánh bắt tôm tự nhiên ngày càng tăng và sự gia tăng nhu cầu đối với các sản phẩm thủy sản hiện nay đã trực tiếp thúc đẩy sự phát triển của nghề nuôi thủy sản. Ví dụ, việc nuôi tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) có nguồn gốc từ bờ đông Thái Bình Dương đang phát triển nhanh chóng trên toàn thế giới; từ năm 2002 đến năm 2010, việc sản xuất loài này tăng từ 200.000 đến 600.000 tấn ở Thái Lan (Wyban 2007; FAO 2011). Các tăng trưởng đáng kể đạt được trong ngành nuôi tôm trong 30 năm qua được thực hiện nhờ vào sự tăng cường và toàn cầu hóa của thương mại thủy sản.
Tuy nhiên, việc tăng năng suất đã đi kèm với tăng nguy cơ tiếp xúc với các điều kiện căng thẳng cùng với sự xuất hiện của một số bệnh. Trong thực tế, bệnh được đánh giá là vấn đề quan trọng nhất (quan trọng hơn cả chi phí sản xuất thức ăn và bột cá sẵn có) cho ngành nuôi tôm trong cuộc khảo sát của Triển vọng Toàn cầu về Lãnh đạo Nuôi trồng Thủy sản trong 2011 (Valderrama và Anderson 2011).
Thật vậy, các bệnh do virus và vi khuẩn gây ra đã đặt ra một thách thức nghiêm trọng cho ngành nuôi tôm trong gần hai thập kỷ (Bondad-Resantaso và cộng sự, 2005). Ví dụ, virus gây bệnh hoại tử cơ (IMNV) được xác định gần đây trên tôm chân trắng đã gây thiệt hại kinh tế trực tiếp từ 0,2 tỷ đến 1 tỷ đô la Mỹ cho ngành công nghiệp tôm ở Indonesia kể từ lần đầu tiên xuất hiện ở Đông Java vào năm 2006 (Sunarto và Sutanto 2011).
Nói chung, theo FAO, thiệt hại về tiền tệ có thể dao động theo cách ước tính cấp quốc gia là 17,5 triệu đô la Mỹ đến 650 triệu đô la tùy thuộc vào đợt bùng phát, toàn cầu ước tính là 3,2 tỷ USD (FAO 2011). Dịch bệnh không những ảnh hưởng đến lĩnh vực kinh tế xã hội (thiệt hại về thu nhập, việc làm, tiếp cận thị trường hoặc thị phần, sự đầu tư và niềm tin của người tiêu dùng, tình trạng thiếu lương thực và đóng cửa các doanh nghiệp) mà còn hạn chế sự phát triển và tính bền vững của nó (với các tác động đến chi phí, thương mại và đa dạng sinh học).
Việc kiểm soát và ngăn ngừa dịch bệnh, đặc biệt là những bệnh có nguồn gốc vi khuẩn, trong lịch sử đã được giải quyết thông qua việc sử dụng các hóa chất để làm chất kháng khuẩn. Sản phẩm kháng sinh cũng được sử dụng cho tác dụng thúc đẩy tăng trưởng của chúng.
Tuy nhiên, do thiếu tính bền vững và những lo ngại về sức khỏe đối với việc sử dụng các hóa chất như vậy, việc sử dụng chúng ngày nay ngày càng trở nên bị hạn chế bởi các chính sách của chính phủ, các chương trình chứng nhận và các tổ chức nông dân. Việc sử dụng chúng dường như là kết quả hiển nhiên của sự xuất hiện các mầm bệnh mới và sự kháng thuốc của vi khuẩn, đó là kết quả của thực hành quản lý đầy nguy hiểm.
Cải thiện các phương thức nuôi trồng cũng như tăng chất lượng sản phẩm để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng tạo thành một số thách thức chính mà ngành đang phải đối mặt. Điều này sẽ trở nên khả thi nhờ vào việc phát triển các thực hành quản lý tốt hơn (BMP) trong nuôi trồng thủy sản để giúp người nông dân quản lý sức khỏe và thức ăn thực sự an toàn. Những chương trình thực hành như vậy hiện đang được thực hiện ở một số quốc gia với thành công nhất định và được coi là cơ sở để áp dụng các chương trình GAP và HACCP trong nuôi trồng thủy sản (Subasinghe và Ababouch 2009).
Trong số các hoạt động này, việc quản lý các cộng đồng vi sinh vật trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản đang tiếp tục phát triển và có khả năng trở thành một trong những lĩnh vực có triển vọng nhất, đặc biệt là vì bây giờ người ta hiểu rằng sự cân bằng vi sinh vật trong hệ tiêu hóa và môi trường xung quanh có ảnh hưởng rất lớn đến hệ thống miễn dịch, dinh dưỡng và các khía cạnh sinh lý khác của động vật thủy sản.
Việc sử dụng men vi sinh làm “tác nhân sinh học” để quản lý tốt hơn sức khỏe của vật chủ, tăng cường khả năng chống lại bệnh tật và/hoặc tạo điều kiện cho sự phát triển và sử dụng hiệu quả thức ăn thông qua nhiều cơ chế hiện là một công cụ quan trọng trong thực hành nuôi tốt (BMP), đặc biệt là trong nuôi trồng thủy sản giáp xác.
Đối với mục đích của xem xét hiện tại, điều quan trọng là phải xác định ý nghĩa của cách sử dụng thuật ngữ rộng "probiotic" mà chúng tôi dùng ở đây. Như đã đề xuất trước đây (Merrifield và cộng sự, 2010), chúng tôi cho rằng, chế phẩm sinh học là bất kỳ tế bào vi sinh vật nào được cung cấp qua chế độ ăn uống hoặc bằng cách đưa vào nước nuôi mà có lợi cho vật chủ (tôm, giáp xác), người nuôi và cả người tiêu dùng cuối cùng.
Trong hai thập kỷ qua, nghiên cứu đã được thực hiện để lựa chọn các chủng probiotic và đánh giá ảnh hưởng của chúng đối với động vật giáp xác, đặc biệt đối với tôm biển. Các chế phẩm sinh học thương mại, đã có sẵn cho động vật trên cạn, cũng đã được đánh giá. Số lượng nghiên cứu ngày càng tăng về chủ đề này có thể đã giúp đạt được các đánh giá chi tiết đầu tiên trong việc phát triển các biện pháp sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản, bao gồm động vật giáp xác (Gatesoupe 1999; Verschuere và cộng sự 2000a; Gomez-Gil và cộng sự 2000; Farzanfar 2006; Balcázar và cộng sự. Năm 2006; Wang và cộng sự. Năm 2008; Castex 2009; Qi và cộng sự. 2009).
Tuy nhiên, ngược lại ứng dụng chế phẩm sinh học trong các trang trại nuôi tôm thương mại (bao gồm trại giống và trang trại nuôi thương phẩm), tương đối ít được nghiên cứu chuyên sâu về cơ chế hoạt động của chúng. Do đó, nhiều câu hỏi về cách thức hoạt động thực sự của men vi sinh đối với động vật giáp xác vẫn còn chưa được trả lời đầy đủ. Theo định nghĩa về probiotic (Fuller 1989; Gatesoupe 1999; Merrifield và cộng sự, 2010), tác dụng chính của men vi sinh phụ thuộc vào việc điều chỉnh hệ vi sinh vật đường ruột của vật chủ. Sau đó, một câu hỏi đầu tiên cần xem xét là liệu men vi sinh thực sự có tác động đến hệ vi sinh vật của động vật giáp xác.
Mặc dù thông tin về các cơ chế của chế phẩm sinh học khá khan hiếm, chương này sẽ tóm tắt các lợi ích của chúng trong việc nuôi các loài giáp xác được báo cáo trong nhiều nghiên cứu khoa học và báo cáo thực địa, điều này đã dẫn đến việc chế phẩm sinh học được chấp nhận trong cộng đồng khoa học với tư cách là các chuyên gia trong lĩnh vực này (ví dụ: nông dân, nhà sản xuất thức ăn chăn nuôi, bác sĩ thú y). Mặc dù việc dùng probiotic đang phát triển, dữ liệu thống kê về hiệu quả của probiotic trong các trang trại thương mại vẫn đang hạn chế và cần có nhiều nghiên cứu quy mô hơn để đánh giá hiệu quả của một chế phẩm sinh học cụ thể trong điều kiện nuôi trồng khác nhau.
Tuy nhiên, ngoài những cân nhắc này, ứng dụng probiotic đã là một ngành thương mại và thiết thực trong nuôi tôm hơn 10 năm qua, đặc biệt là ở Châu Á. Ví dụ, Qi et cộng sự (2009) báo cáo rằng hơn 100 công ty ở Trung Quốc đang sản xuất nhiều loại chế phẩm sinh học khác nhau để ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản. Các tác giả ước tính rằng khoảng 50.000 tấn sản phẩm probiotic thương mại đã được bán hàng năm tại Trung Quốc với giá trị thị trường ước tính khoảng 50 triệu Euro. Ở mức độ thấp hơn, và thậm chí nếu thiếu số liệu, các tình huống tương tự cũng có thể gặp ở các nước Châu Á khác như Ấn Độ và Thái Lan (Nimrat và Vuthiphandchai 2011), hoặc ở Nam và Trung Mỹ, chẳng hạn ở Ecuador (Cedeño 2007; Rodríguez và cộng sự. 2007).
Một cuộc khảo sát được thực hiện của Viện nghiên cứu CENAIM ở Ecuador trên 56 trang trại cho thấy 89% số trang trại đã sử dụng chế phẩm sinh học, hơn 20 sản phẩm khác nhau đang được áp dụng, và trong 57% trường hợp các chủng vi khuẩn được sử dụng có nguồn gốc địa phương. Quy mô phát triển thương mại của chế phẩm sinh học dẫn đến các quy định của ngành công nghiệp này. Ví dụ, chất lượng sản phẩm và tính nhất quán là những vấn đề rất quan trọng khi nói đến sự an toàn và hiệu quả của các sản phẩm đang được nông dân sử dụng (Wang và cộng sự, 2008). Một báo cáo gần đây từ Thái Lan nêu bật những vấn đề cụ thể này và cho rằng cần phải chú ý nhiều hơn đến việc đánh giá về chất lượng của các chế phẩm sinh học thương mại được sử dụng trong các trang trại nuôi tôm thương mại (Nimrat và Vuthiphandchai 2011).
Nguồn: Mathieu Castex, Carly Daniels và Liet Chim - Probiotic Applications in Crustaceans - Aquaculture Nutrition, trang 290 - 292.
Dịch bởi: KS. Nguyễn Thành Quang Thuận - VPAS JSC
Abstract
Crustacean aquaculture, and more specifically shrimp culture, faces several challenges in order to increase production yield while maintaining sustainability. The various disease outbreaks that have been continuously affecting the sector for almost two decades, together with the increasing demand for environmentally friendly aquaculture and the pressure from customers for safe and traceable products, are fundamentally modifying the culture practices of shrimp and other crustacean species.
It is today well accepted that these challenges can only be faced through the development of better management practices together with technical innovations. Among the solutions currently considered, those relying on nutrition and intestinal health management can play a critical role.
The application of probiotics in aquaculture has been developed in this context and is now widely applied in crustacean aquaculture as a complementary tool for management of disease. This development is mostly driven by practical and empirical approaches in shrimp farming; however, specific in-depth studies related to the biological effects and mechanisms of action of probiotics in crustaceans are gaining more importance.
This chapter presents a review of the research conducted on probiotic applications in crustacean species with special emphasis on the modes of action investigated so far and the main benefits derived from it. The limits and future perspectives are also addressed.
Introduction
Today crustacean aquaculture represents a significant source of world aquatic products, reaching a market value estimated at US$22.7 billion (FAO 2011). Among farmed crustaceans, marine shrimps of the Penaeidae family represent the largest component.
The diminishment of natural stocks, the increasing cost of fishing wild shrimps and the current increase in demand for aquatic products directly favours the development of shrimp aquaculture. As an example, the farming of white shrimp (Litopenaeus vannamei) originating from the Pacific east coast is rapidly growing worldwide; from 2002 to 2010, the production of this species rose from 200,000 to 600,000 tonnes in Thailand (Wyban 2007; FAO 2011). The remarkable growth achieved in the shrimp farming industry over the last 30 years has been made possible thanks to the intensification and globalization of the seafood trade.
However, the increase in productivity has been accompanied by increased risk of exposure to stressful conditions together with the emergence of several diseases. In fact, disease was rated the most important issue (coming before production cost of feed and fishmeal availability) for the shrimp aquaculture industry in the survey by the Global Outlook for Aquaculture Leadership in 2011 (Valderrama and Anderson 2011).
Indeed viral and bacterial diseases have posed a serious challenge for the shrimp farming industry for almost two decades (Bondad-Resantaso et al. 2005). As an example, the recently identified infectious myonecrosis virus (IMNV) in Penaeus vannamei has caused direct economic losses of US$0.2 billion to $1 billion to the shrimp industry in Indonesia since its first appearance in East Java in 2006 (Sunarto and Sutanto 2011).
More generally, according to the FAO, monetary losses could range from national-level estimates of US$17.5 million to $650 million depending on the outbreak episode, and the global estimate is US$3.2 billion (FAO 2011). Disease not only affects the sector in socio-economic terms (losses in income, employment, market access or market share, investment and consumer confidence, food shortages and closure of businesses) but also limits its development and sustainability (with impacts on costs, trade and biodiversity).
The control and prevention of diseases, especially those of bacterial origin, have been historically achieved through the use of chemicals such as antimicrobial agents. Antibiotic products were also used for their growth promoting effect.
However, due to the lack of sustainability and health concerns over the use of such chemicals, their use is today becoming increasingly restricted by governmental policies, certification programmes and farmers’ organizations. It seems obvious today that the emergence of new pathogens and bacterial resistance was the result of hazardous management practices.
Improving farming practices as well as increasing product quality to meet consumers’ preferences constitute some of the main challenges that the industry is facing. This will become possible thanks to the development of better management practices (BMPs) in aquaculture in order to help farmers manage health and food safety. Such practices are now being implemented in several countries with success and are seen as the basis for application of GAP and HACCP schemes in aquaculture (Subasinghe and Ababouch 2009).
Among these practices, the management of microbial communities within aquaculture systems is gaining momentum and is likely to become one of the most promising areas of progress, especially since it is now understood that the delicate microbial balance within the digestive tract and the surrounding environment have a huge effect on the immune system, nutrition and other physiological aspects of aquatic animals.
The use of probiotics as ‘biofriendly agents’ to better manage the health of the host and its resistance to diseases and/or to favour growth and feed utilization through a variety of mechanisms is now a tool increasingly implemented in farmers’ BMPs, specifically in crustacean aquaculture.
For the purpose of the current review it is important to define what we mean here by using the broad term ‘probiotic’. As proposed elsewhere (Merrifield et al. 2010), we will suppose here that a probiotic is any microbial cell provided via the diet or rearing water that benefits the host and therefore the farmer and the final consumer.
In the past two decades research has been conducted to select probiotic strains and evaluate their effects on crustaceans, specifically on marine shrimps. Commercial probiotic preparations, already available for terrestrial animals, have also been evaluated. The constantly increasing number of studies on this topic has made it possible to achieve first reviews detailing the various developments made in the use of probiotics in aquatic cultured species, including crustaceans (Gatesoupe 1999; Verschuere et al. 2000a; Gomez-Gil et al. 2000; Farzanfar 2006; Balcázar et al. 2006; Wang et al. 2008; Castex 2009; Qi et al. 2009).
However, in contrast to the broad application of probiotics in commercial shrimp farms (hatcheries and grow-out farms), relatively few in-depth studies on their mechanism of action have been published so far. Therefore many questions about how probiotics actually work in crustaceans still remain unanswered. According to the probiotic definition (Fuller 1989; Gatesoupe 1999; Merrifield et al. 2010), the primary effect of probiotics relies on the modulation of the intestinal microbiota of the host. Then, a first question to consider is whether probiotics are actually able to modify the associated microbiotas of crustaceans. This review will address this fundamental question and will update the main information presently available on the mechanisms of action of probiotics in crustaceans.
Even though information on mechanisms is scarce, this chapter will summarize the various benefits of probiotics in crustacean species reported in many scientific studies and field reports which have led to probiotics becoming accepted among the scientific communities as well as the professionals in this sector (e.g. farmers, feed producers, veterinarians). Although the probiotic concept is gaining momentum, statistical data about the efficacy of probiotics in commercial farms are scarce and more pilot scale studies are needed to assess the efficacy of a particular probiotic under farming conditions.
Nevertheless, beyond these considerations, probiotic applications have been a practical and commercial reality in shrimp farming for more than 10 years, especially in Asia. For instance, Qi et al. (2009) report that more than 100 companies in China are producing various types of probiotics for applications in aquaculture. The authors estimated that around 50,000 tonnes of commercial probiotic products were sold annually in China with a market value estimated at €50 million. To a lower extent, and even if figures are lacking, similar situations can be encountered in other Asiatic countries such as India and Thailand (Nimrat and Vuthiphandchai 2011), or in South and Central America as reported for instance in Ecuador (Cedeño 2007; Rodríguez et al. 2007).
A survey conducted by the research Institute CENAIM in Ecuador of over 56 farms showed that 89% of farms were using probiotics, more than 20 different products were being applied, and in 57% of the cases the bacterial strains used were of local origin. This scale of commercial development of probiotics leads therefore to regulatory and industrial issues. For instance, product quality and consistency are very critical issues when it comes to the safety and efficacy of the products being used by farmers (Wang et al. 2008). A recent report from Thailand highlighted these particular issues and argued that more attention must be paid to evaluation of the quality of the commercial probiotics used in commercial shrimp farms (Nimrat and Vuthiphandchai 2011).
Sources: Mathieu Castex, Carly Daniels and Liet Chim - Probiotic Applications in Crustaceans - Aquaculture Nutrition, pages 290 - 292.
- Bacillus velezensis cho tôm thẻ chân trắng
- Chất kích thích miễn dịch cho tôm có thực sự hiệu quả không?
- Isoquinoline alkaloids tăng cường hệ thống miễn dịch của tôm thẻ chân trắng
- (5) Danh mục dược thảo ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản
- (4) Danh mục dược thảo ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản
- (3) Danh mục dược thảo ứng dụng trong thủy sản
- (2) Danh mục dược thảo ứng dụng trong thủy sản
- (1) Danh mục dược thảo ứng dụng trong thủy sản
