Sử dụng enzyme là một trong những phương pháp phòng tránh hiệu quả những ảnh hưởng gây độc từ mycotoxin (độc tố nấm mốc), những enzyme này chuyển hóa độc tố nấm mốc thành dạng phân tử không độc. Nhưng giải pháp này không hẳn hiệu quả đối với tất cả các loại độc tố nấm mốc.
Các loại mycotoxin khác nhau có ảnh hưởng khác nhau đến vật nuôi, vì tất cả những loại độc tố này có cơ chế tác động khác biệt. Ngoài ra, có một số loài vật nuôi trở nên nhạy cảm hơn so với các loài khác khi bị nhiễm độc tố nấm. Ví dụ với deoxynivalenol (DON), độc tố này cản trở trực tiếp đến quá trình sản xuất protein ở cấp độ phân tử.
Độc tố DON khóa chặt các trung tâm peptidyl transferase (chịu trách nhiệm cho việc hình thành các cầu nối Peptide) của ribosome trong nhân tế bào. Với các loại mycotoxin khác, như aflatoxin làm cản trở sự nhân đôi và quá trình phiên mã của ADN. Điều này làm giảm số lượng ARN thông tin sẵn có, có thể làm giới hạn tốc độ hoạt động của ribosome và quá trình sinh tổng hợp protein. Ảnh hưởng của các loại mycotoxin khác thì ít trực tiếp hơn. Ví dụ, zearalenone, là độc tố nấm mốc có cấu trúc giống estrogen, làm cản trở tín hiệu nội tiết và giảm năng suất sinh sản trên heo. Fumonisin can thiệp vào quá trình chuyển hóa sphingolipid và phát tín hiệu; nồng độ fumonisin thấp có ảnh hưởng đến sự điều hoà miễn dịch và có thể làm tăng khả năng cảm nhiễm bệnh. Trichothecene, ngoài việc can thiệp trực tiếp vào quá trình sinh tổng hợp protein, còn làm giảm lượng thức ăn thu nhận.
Công nghệ enzyme có thể được nâng cao nhờ những hiểu biết về cấu trúc 3 chiều của các enzyme.
Bức ảnh này cho thấy cấu trúc 3D của fumonisin esterase FumD
Phương pháp Enzyme
Nhiều phương pháp và công nghệ có thể được áp dụng để giải quyết vấn đề độc tố nấm mốc. Các phương pháp ấy bao gồm: nhân giống cây trồng có sức đề kháng cao, thiết lập điều kiện bảo quản thích hợp hay xử lý các loại ngũ cốc với ozone, amoniac, hoặc kiềm. Mặc dù không có công nghệ xử lý nào được triển khai vượt quá quy mô thử nghiệm hoặc thí điểm. Bổ sung thêm enzyme vi khuẩn hoạt động trong đường tiêu hóa và chuyển đổi độc tố thành các dạng chuyển hóa không độc là một trong những phương pháp tiếp cận đã được kiểm tra và thực hiện nhằm giảm thiểu tác động của độc tố nấm mốc. Những enzyme này được bổ sung dưới dạng phụ gia thức ăn chăn nuôi, có thể được bổ sung cùng với vi khuẩn sản sinh ra chúng. Ngoài ra, những enzyme này được sản xuất tái tổ hợp từ các tế bào chủ và được cung cấp như phụ gia thức ăn chăn nuôi tương tự các enzyme phổ biến khác như enzyme phân giải chất xơ (NSP) hoặc phytase.
Sự tiến hóa của nấm mốc
Nấm mốc sản sinh độc tố trong môi trường từ hàng triệu năm qua, và sự tiến hóa của độc tố nấm mốc cũng góp phần vào hệ sinh thái tự nhiên. Tiến hóa sinh học được điều khiển bởi các mối quan hệ tương tác. Ví dụ như sự đồng tiến hóa của động vật ăn thịt và con mồi là quá trình được biết đến phổ biến; đối với sự tương tác giữa mầm bệnh trên cây trồng hoặc sự cạnh tranh giữa nấm mốc với cơ chất, mycotoxin cũng có thể tham gia ở cả 2 trường hợp này. Sự tiến hóa của các loài nấm mốc sản sinh độc tố gợi mở sự tiến hóa của những vi khuẩn phân giải mycotoxin. Xem xét 1 ví dụ hay về con đường dị hóa fumonisin của Sphingopyxis macrogoltabida MTA144. Một bộ gen gồm 11 gen, được sắp xếp thành 1 nhóm, cho phép vi khuẩn sử dụng fumonisin như nguồn cung cấp năng lượng và carbon. S. macrogoltabida MTA144 phát triển nhanh hơn khi môi trường nuôi cấy được bổ sung sẵn fumonisin. Biểu hiện gen Fum chỉ biểu lộ khi có fumonisin, và sự cảm ứng này có khả năng do 2 điều chỉnh phiên mã được mã hóa trong cùng một nhóm gen chịu trách nhiệm. Gen tương đồng dị hóa fumonisin cũng có mặt trong chủng ATCC 55.552 và các gen cũng được nhóm lại, nhưng theo thứ tự và định hướng hoàn toàn khác. Tất cả những yếu tố này cho thấy sự tiến hóa trong tự nhiên đã diễn ra theo hướng ưu tiên chọn lọc những dòng vi khuẩn có thể phá vỡ fumonisin.
2 loại enzyme phân giải fumonisin đã được nghiên cứu chi tiết:
1. fumonisin esterase FumD và
2. aminotransferase FumI.
Việc chọn lọc cơ chất và hoạt tính xúc tác của các enzyme này là 1 sự chỉ dẫn khác, rằng các enzyme đã được tối ưu hóa để dị hóa fumonisin bởi quá trình tiến hóa tự nhiên. Còn rất nhiều ví dụ khác, về hoạt tính phân giải độc tố của vi khuẩn đã được khám phá và mô tả.
Định tính và sản xuất enzyme
Việc phát triển công nghệ giải độc thức ăn chăn nuôi dựa trên enzyme phân hủy độc tố của vi khuẩn là một nhiệm vụ toàn diện với nhiều thách thức và khó khăn; do đó, cho đến nay chỉ mới có 1 loại enzyme tái tổ hợp thông qua sự giám sát của cơ quan quản lý và đươc đưa ra thị trường.
Một trong những bước quan trọng đầu tiên cho việc phát triển công nghệ enzyme giải độc là thiết lập các phương pháp phân tích. Định lượng mycotoxin và phản ứng sản phẩm phải đủ chính xác để đánh giá hoạt tính của enzyme. Để hoàn tất hồ sơ với cơ quan chức năng, các phương pháp phân tích cũng cần được thẩm định. Tuy nhiên, mô tả hoạt động trong đường tiêu hóa của vật nuôi trong ống nghiệm cũng phải được đánh giá, thành lập các chỉ thị sinh học. Trở ngại đáng kể ban đầu của việc phát triển công nghệ là khả năng sản xuất đủ lượng enzyme. Chủng vi sinh vật chủ tái tổ hợp phải được nhân bản và cần nghiên cứu quá trình xử lý sinh học phù hợp cho quá trình sản xuất enzyme. Nếu công nghệ giải độc bằng enzyme có triển vọng phát triển thì việc phát triển các chủng vi khuẩn tái tổ hợp, xử lý sinh học lên men, thu hoạch enzyme, sấy khô và xây dựng công thức đều phải được tối ưu hóa năng suất và khả năng sản xuất với quy mô lớn. Chủng vi khuẩn tổ hợp, mặc dù chưa bao giờ được công bố và không có mặt trong thành phẩm, phải được mô tả chính xác với các cơ quan quản lý. Điều kiện tiên quyết đối với một loại enzyme phù hợp cho công nghệ giải độc, tất nhiên, phải biết rõ các sản phẩm phản ứng và không độc hại.
Enzyme cần được “huấn luyện”
Enzyme phân giải độc tố nấm mốc có thể đã đạt được tính chọn lọc và hoạt tính xúc tác cao thông qua quá trình tiến hóa tự nhiên; nhưng chúng không tiến hóa với những đặc tính phù hợp mục đích làm phụ gia thức ăn chăn nuôi như: sự ổn định ở các bước gia nhiệt trong quá trình chế biến thức ăn gia súc, đặc biệt là ép viên, hoặc khả năng tồn tại và giữ hoạt tính cao ở những đoạn khác nhau trong đường tiêu hóa. Tuy nhiên, enzyme có thể được “huấn luyện” để có thêm các đặc tính mới thông qua kỹ thuật enzyme. Một trong những điều kiện quyết định của kỹ thuật enzyme là hệ thống kiểm tra hiệu quả để chọn được những biến thể enzyme vượt trội ra khỏi bể chứa đầy các biến thể. Kỹ thuật enzyme có thể được nâng cao bằng kiến thức về cấu trúc 3 chiều của các enzyme. Khi có thể dự đoán được cấu trúc của một enzyme bằng mô hình sinh học phân tử, chúng ta có thể giảm bớt tổ hợp các biến thể cần được sàng lọc. Việc xác định các cấu trúc 3 chiều của chính enzyme fumonisin esterase FumD và một enzyme khác được tiến hành bằng phương pháp tinh thể X-ray.
Tương lai của chuyển hóa sinh học
Sự hấp phụ aflatoxin bằng những sản phẩm kết dính đã được áp dụng để làm thức ăn bị tạp nhiễm phù hợp hơn với dinh dưỡng vật nuôi. Đối với các độc tố nấm mốc khác, sử dụng Bentonite để hấp phụ đã được triển khai có hiệu quả. Chuyển hóa sinh học là bước phát triển phức tạp hơn nhiều. Các chỉ thị sinh học đáng tin cậy và được thẩm định là yếu tố quan trọng để thử nghiệm hiệu quả các loại enzyme.
Biên dịch: Ecovet Team
Nguồn tin: Ecovet (theo AllaboutFeed.net)
