Nghiên cứu sự nảy mầm nhân tạo của bào tử EHP

Nghiên cứu sự nảy mầm nhân tạo của bào tử EHP

Nghiên cứu sự nảy mầm nhân tạo của bào tử EHP dưới tác động ion hóa của chùm electron năng lượng cao của kính hiển vi điện tử quét.

Sự nảy nầm vi bào tử trùng Enterocytozoon hepatopenaei (EHP)

Ký sinh ở gan tụy tôm thẻ là mầm bệnh đang đe dọa ngành nuôi tôm hiện nay là một mầm bệnh thuộc loại vi bào tử, sống ký sinh trong gan tụy và liên quan đến tình trạng tôm chậm lớn nghiêm trọng. Bệnh gây thiệt hại lớn kinh tế trong ngành nuôi tôm không chỉ ở nước ta mà còn trên phạm vi toàn cầu những năm gần đây.

Hình 1: Sự nảy mầm nhân tạo của bào tử EHP dưới tác động của ion hóa trong kính hiển vi điện tử truyền qua. Chùm electron năng lượng cao của kính hiển vi điện tử truyền qua làm ion hóa các phân tử nước đá đã kích thích bào tử EHP nảy mầm.

Nguồn: T. Sathish Kumar và Cộng sự – 2022.

Cơ chế nảy mầm của bào tử (EHP) kích hoạt quá trình lây nhiễm của EHP vào tế bào vật chủ

EHP thuộc bộ Microsporidian là sinh vật đơn bào nhân chuẩn, có nhiều vật chủ và phân bố rộng. Vòng đời của Giai đoạn lây nhiễm của microsporidian là microspore, được đặc trưng bởi việc sở hữu một cơ quan xâm nhập là ống cực, xâm nhập vào tế bào chủ trong quá trình nảy mầm (Vávra và Lukeš, 2013).

Sự nảy mầm của bào tử là chiến lược duy nhất của microsporidian mà ống cực xuyên qua tế bào chủ và tiêm bào tử lây nhiễm (Weiss et al., 2014). Việc hiểu rõ cơ chế dẫn đến sự nảy chồi xảy ra rất quan trọng trong việc nghiên cứu phòng ngừa và điều trị bệnh EHP ở tôm nuôi.

Các tác nhân khác kích thích sự nảy mầm của vi bào tử microsporidian rất đa dạng

Bào tử EHP trưởng thành có kích thước nhỏ 1-2µm nhưng có cấu trúc phức tạp và bền vững. Bào tử là một cấu trúc nhỏ gọn giống như bình chịu áp lực có thể tồn tại bên ngoài tế bào chủ trong điều kiện không hoạt động (Vávra và Larsson, 2014). Sự nảy mầm nhân tạo của các bào tử microsporidian đã được chứng minh bằng nhiều yếu tố kích thích vật lý và hóa học (Cali và Takvorian, 2014, Keeling và Fast, 2002, Vávra và Larsson, 2014, Weiss và cộng sự, 2014). Sự nảy mầm của bào tử có thể được kích hoạt một cách tự nhiên bởi nhiều tác nhân kích thích từ môi trường, chúng rất khác nhau tùy theo loài và môi trường sống (Keeling and Fast, 2002).

Nghiên cứu sự nảy mầm nhân tạo của bào tử EHP
Nghiên cứu sự nảy mầm nhân tạo của bào tử EHP

Hình 2. A: Hình ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM-Transmission Electron Microscope) bào tử nảy mầm bên trong tế bào vật chủ. Bào tử (SP-Spore) là xác vi bào tử. Ống cực (PT-Polar tube) hình sợi dài truyền dẫn nhiễm sắc thể, bào quan và dịch sinh chất. B: Bào tử này mầm phóng ống cực xuyên qua màng tế bào vật chủ. Khối nhiễm sắc thể, bào quan và dịch sinh chất ẩn bên trong tế bào vật chủ.

Nguồn: Binh Han và Cộng sự – 2021.

Nghiên cứu đầu tiên về tác nhân kích thích sự nảy mầm của vi bào tử (EHP) bằng chùm electron năng lượng cao ion hóa các phân tử nước đá trong kính hiển vi điện tử quét: Trong nghiên cứu gần đây của T. Sathish Kumar và Cộng sự (2022), tác giả đã phát hiện được bào tử EHP bị nảy chồi trong môi trường chứa các tinh thể nước của tiêu bản bị ion hóa bởi chùm electron chiếu xạ trực tiếp lên tiêu bản. Trong kỹ thuật kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope), tiêu bản mẫu được đặt ở cực âm, trong buồng chân không hoặc áp suất gần chân không, nhận chùm electron chiếu tới. Khi chùm electron đến va chạm vào bề mặt tiêu bản chứa mẫu có thế năng lượng cao từ 10kV – 50kV gây sự ion hóa các phân tử nước đá trong mẫu tạo ra các ion âm, ion dương và là yếu tố trực tiếp kích hoạt bào tử EHP chuyển sang chế độ nảy chồi.

Cơ chế chung quá trình nảy chồi của vi bào tử microsporidian

Cơ chế cơ bản gồm 4 bước chính: 1. Kích hoạt 2. Gia tăng áp suất thẩm thấu bên trong vi bào tử 3. Phóng sợi cực và đảo ngược sợi cực 4. Di chuyển nhiễm sắc thể, bào quan và dịch sinh chất vào tế bào vật chủ. Cơ chế nảy chồi trong nghiên cứu này tương đồng với cơ chế nảy chồi của các tác giả trước đó đã công bố, tuy nhiên nói chung cơ chế chi tiết của các sự kiện trong quá trình nảy chồi chưa được hiểu biết chi tiết. {Xu và Weiss, 2005}

Ý nghĩa của nghiên cứu: Nghiên cứu này giúp nâng cao hiểu biết của chúng ta về sinh học, vòng đời của EHP và dẫn đến sự phát triển của các biện pháp phòng ngừa và điều trị để kiểm soát EHP. Ngoài ra, phương pháp này sẽ giúp tiêu chuẩn hóa nghiên cứu về sự nảy mầm ở các microsporidian khác.

Tài liệu tham khảo:

1. T. Sathish Kumar và Cộng sự. Tiêu đề: “Artificial germination of Enterocytozoon hepatopenaei (EHP) spores induced by ions under the scanning electron microscope”

https://doi.org/10.1016/j.jip.2022.107820  , Volume 194, October 2022, 107820

2. Bing Han và Cộng sự. Tiêu đề: “Microsporidiosis in Humans”, https://doi.org/10.1128/cmr.00010-20 , June 2021

3. Jiří Vávra Julius Lukeš, Tiêu đề: “Chapter Four – Microsporidia and ‘The Art of Living Together”. Advances in Parasitology Volume 82, 2013, Pages 253-319.

https://doi.org/10.1016/B978-0-12-407706-5.00004-6 

4. Weiss LM (2014), tiêu đề: “Clinical syndromes associated with microsporidiosis. Microsporidia: pathogens of opportunity.” Wiley-Blackwell, Oxford, pp 371–401. https://doi.org/10.1002/9781118395264.ch15

5. Jiří Vávra và J. I. Ronny Larsson. Tiêu đề: “Structure of Microsporidia”. https://doi.org/10.1002/9781118395264.ch1 , 01 August 2014

6. Ann Cali, Peter M. Takvorian. Tiêu đề: “Developmental Morphology and Life Cycles of the Microsporidia”. 01 August 2014, https://doi.org/10.1002/9781118395264.ch2

7. Patrick J Keeling 1, Naomi M Fast, tiêu đề:” Microsporidia: biology and evolution of highly reduced intracellular parasites”. Annu Rev Microbiol. 2002;56:93-116. https://doi.org/10.1146/annurev.micro.56.012302.160854

8. Yanji Xu  Louis M. Weiss. Tiêu đề: “The microsporidian polar tube: A highly specialised invasion organelle”. https://doi.org/10.1016%2Fj.ijpara.2005.04.003 . Int J Parasitol. 2005 Aug; 35(9): 941–953.