HỆ THỐNG MIỄN DỊCH TRÊN TÔM

Hệ miễn dịch của tôm là một hệ thống phức tạp và hiệu quả, mặc dù tôm là động vật không xương sống và thiếu hệ miễn dịch thích ứng (hệ miễn dịch đặc hiệu) giống như động vật có vú (không có các tế bào lympho T, B và kháng thể). Thay vào đó, tôm dựa hoàn toàn vào một hệ miễn dịch tự nhiên (bẩm sinh) mạnh mẽ để bảo vệ cơ thể trước các tác nhân gây bệnh.

Hệ thống này được chia thành các thành phần chính sau:

Hàng rào vật lý và hóa học

• Ở tôm, lớp vỏ ngoài cứng chắc tạo ra rào cản vật lý ngăn cản sự xâm nhập dễ dàng của vi khuẩn vào cơ thể. Cấu trúc này cũng chứa các yếu tố dịch thể kháng khuẩn như polyphenoloxidase và rào cản vật lý và hóa học này cung cấp khả năng phòng thủ chính chống lại các mầm bệnh xâm nhập. Lớp biểu bì bao gồm các lớp khác nhau: lớp ngoài cùng là biểu bì ngoài (epicuticle), tiếp theo là lớp trong cùng là biểu bì trong (exocuticle) và lớp trong (endocuticle).
• Các tuyến biểu bì nằm bên dưới lớp biểu bì giúp thuộc da phenolic của lớp biểu bì bằng cách sản xuất polyphenoloxidase. Lớp biểu bì không chỉ bao phủ toàn bộ bề mặt cơ thể bên ngoài của động vật bao gồm cả mang mà còn cả phần trước và sau của đường tiêu hóa.
• Các tác nhân gây bệnh cần xâm nhập vào các mô bên dưới phải vượt qua các rào cản vật lý và hóa học này. Tuy nhiên, có thể các tác nhân gây bệnh có thể phá vỡ tuyến phòng thủ đầu tiên trong trường hợp các cấu trúc bên trên bị tổn thương vật lý và/hoặc trong quá trình lột xác khi các cấu trúc biểu bì dễ bị tổn thương

Cơ chế nhận diện mầm bệnh

• Hệ miễn dịch tự nhiên của tôm được kích hoạt khi các thụ thể nhận diện mẫu (PRRs) trên tế bào vật chủ nhận diện các mẫu phân tử liên kết với mầm bệnh (PAMPs). Các PAMPs phổ biến bao gồm lipopolysaccharide (LPS) từ vi khuẩn Gram âm, peptidoglycan (PGN) từ vi khuẩn Gram dương và RNA sợi đôi (dsRNA) từ virus. Sau khi nhận diện, các con đường tín hiệu (như Toll, IMD, và JAK/STAT) sẽ được kích hoạt để tạo ra các phản ứng miễn dịch tiếp theo.

Miễn dịch tế bào (Cellular Immunity)

• Miễn dịch tế bào ở tôm là một phần then chốt của hệ thống miễn dịch tự nhiên, đóng vai trò trực tiếp trong việc nhận diện, bao vây và tiêu diệt các tác nhân xâm nhập. Khác với động vật có vú, tôm không có hệ miễn dịch thích ứng dựa trên tế bào lympho, vì vậy mọi phản ứng tế bào đều do các tế bào máu (haemocytes) đảm nhiệm.

Các loại tế bào máu chính:

• Tế bào hyaline (tế bào không hạt): Chiếm khoảng 5–15% tổng số tế bào máu. Đây là những tế bào thực bào tích cực nhất, tham gia vào quá trình đông máu và bao nang.
• Tế bào bán hạt (SGCs): Loại tế bào phổ biến nhất (lên đến 75%), chứa các hạt nhỏ bên trong. Chúng chịu trách nhiệm chính trong việc thực bào, tạo hạch, bao nang và kích hoạt hệ thống proPO.
• Tế bào hạt (GCs): Chiếm khoảng 10–20%, chứa các hạt lớn. Đây là nơi lưu trữ và giải phóng hệ thống prophenoloxidase (proPO), sản sinh các peptide kháng khuẩn (AMPs) và có khả năng gây độc tế bào để tiêu diệt mầm bệnh.
• Các phản ứng này được kích hoạt khi các thụ thể nhận diện mẫu (PRRs) trên bề mặt tế bào máu liên kết với các mẫu phân tử liên kết mầm bệnh (PAMPs):
• Thực bào (Phagocytosis): Là quá trình tế bào máu bao quanh và nuốt chửng các hạt nhỏ hoặc vi sinh vật. Sau khi bị nuốt vào bên trong "túi tiêu hóa" (phagosome), mầm bệnh bị tiêu diệt bởi các enzyme và quá trình tạo ra các gốc oxy hóa độc hại (ROIs).
• Bao nang (Encapsulation): Khi mầm bệnh quá lớn để một tế bào có thể thực bào, nhiều tế bào máu sẽ hợp tác bao quanh chúng tạo thành lớp vỏ dày (từ 5 đến 30 lớp tế bào) để cô lập và tiêu diệt chúng với sự hỗ trợ của các phân tử bám dính như peroxinectin.
• Tạo nốt sần (Nodulation): Diễn ra khi số lượng vi sinh vật quá nhiều, các tế bào máu sẽ tụ tập lại để bẫy các cụm vi sinh vật trong một cấu trúc giống như hạch, sau đó loại bỏ chúng khỏi hệ tuần hoàn

Miễn dịch dịch thể (Humoral Immunity)

Đây là các phản ứng liên quan đến các phân tử hòa tan trong máu (haemolymph):

• Hệ thống proPO (Prophenoloxidase): Đây là cơ chế miễn dịch dịch thể quan trọng nhất và được nghiên cứu kỹ nhất ở giáp xác. Khi nhận diện được mầm bệnh, hệ thống này được kích hoạt dẫn đến quá trình melanin hóa, tạo ra sắc tố bao vây mầm bệnh, ngăn chặn sự lây lan và tạo ra các hợp chất trung gian độc hại để tiêu diệt chúng
•  
• Peptide kháng khuẩn (AMPs): Đây là những phân tử có trọng lượng phân tử nhỏ, có khả năng tiêu diệt trực tiếp hoặc ức chế sự phát triển của vi khuẩn, nấm, ký sinh trùng và virus. Các AMPs tiêu biểu ở tôm bao gồm penaeidins, crustins, lysozymes, stylicins và anti-lipopolysaccharide (ALF)
• Hệ thống đông máu (Clotting system): Quá trình này giúp ngăn chặn sự mất huyết tương khi bị thương và bẫy các vi sinh vật xâm nhập để ngăn chúng phát tán trong hệ tuần hoàn mở của tôm
• Lectins và Agglutinins: Các phân tử này có khả năng nhận diện carbohydrate trên bề mặt mầm bệnh, gây ra hiện tượng ngưng kết các vi sinh vật và đóng vai trò như các opsonin để hỗ trợ quá trình thực bào
• Hệ thống chống oxy hóa: Bao gồm các enzyme như superoxide dismutase (SOD), catalase và glutathione peroxidase (GPx). Hệ thống này giúp bảo vệ tôm khỏi tác hại của các gốc tự do (như ROS và RNI) được sinh ra trong quá trình tiêu diệt mầm bệnh của tế bào máu

Các thành phần của hệ miễn dịch tôm

KHÁNG THỂ IGY VÀ ỨNG DỤNG TRONG NUÔI TÔM

Kháng thể IgY (Immunoglobulin Y) là một lớp globulin miễn dịch chính được tìm thấy trong lòng đỏ trứng của các loài chim, bò sát và động vật lưỡng cư. Đây là thành phần quan trọng trong hệ thống miễn dịch thích ứng của gia cầm, đóng vai trò tương tự như kháng thể IgG ở động vật có vú trong việc bảo vệ cơ thể chống lại các tác nhân gây bệnh.

Đặc điểm

• Kháng thể IgY được sản xuất trong huyết thanh của gà mái, sau đó được vận chuyển một cách chọn lọc qua các thụ thể đặc hiệu vào lòng đỏ trứng khi noãn bào phát triển. Quá trình này giúp truyền khả năng miễn dịch thụ động từ gà mẹ sang gà con để bảo vệ chúng trong giai đoạn đầu đời trước khi hệ miễn dịch tự thân phát triển hoàn thiện.

Cấu trúc

• So với kháng thể IgG ở động vật có vú, IgY có những khác biệt rõ rệt về mặt phân tử trọng lượng phân tử: IgY nặng hơn IgG (khoảng 180 kDa so với 150 kDa của IgG) do có thêm một miền hằng định (CH4) ở chuỗi nặng. Vùng bản lề: IgY thiếu vùng bản lề (hinge region) linh hoạt thường thấy ở IgG, điều này khiến cấu trúc của nó cứng cáp hơn.
• Độ ổn định: IgY ổn định về mặt hóa học, chịu được nhiệt độ lên đến 65°C trong thời gian dài và duy trì hoạt tính trong khoảng pH từ 4 đến 11.

Cấu trúc kháng thể IgY và IgG

Khả năng ức chế mầm bệnh của IgY

Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng có thể tạo ra các IgY nhắm mục tiêu trực tiếp vào mầm bệnh. Các IgY này hoạt động bằng cách ngăn chặn các phân tử bám dính/độc lực của vi khuẩn hoặc bằng cách phủ lên toàn bộ thành tế bào vi khuẩn, ngăn chặn các chức năng sinh học của chính mầm bệnh. Một số cơ chế kháng lại mầm bệnh của IgY:

• Ức chế sự bám dính của vi sinh vật trên bề mặt tế bào,
• Ức chế sự xâm nhập của virus bằng cách ngăn chặn sự lây lan từ tế bào này sang tế bào khác,
• Ngưng kết vi khuẩn dẫn đến vi khuẩn bất động và chết hoặc dễ dàng được thải xuống ruột,
• Ức chế hoạt động của một số enzyme
• Trung hòa hoạt động của độc tố. 

Ưu điểm của kháng thể IgY

• Không gây hiện tượng đề kháng thuốc, không gây tác dụng phụ không mong muốn như kháng sinh. 
• Chỉ tác dụng lên đúng vi khuẩn gây bệnh, không gây ảnh hưởng đến các loại vi khuẩn có lợi
• Tác dụng tại chỗ và phát huy tác dụng rất nhanh
• Có tính đặc hiệu cao. 
• An toàn

Quy trình sản xuất kháng thể IgY và một số cơ chế tác động lên mầm bệnh

Ứng dụng Công nghệ IgY trong nuôi tôm

• Việc sử dụng kháng thể IgY chiết xuất từ lòng đỏ trứng gà để điều trị và phòng bệnh được coi là một liệu pháp miễn dịch thụ động mạnh mẽ, đặc biệt là trên đối tượng tôm, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội
• Một trong những hạn chế lớn nhất của tôm là chúng không có hệ miễn dịch thích ứng giống như động vật có vú, nghĩa là chúng không thể tự sản sinh kháng thể đặc hiệu sau khi tiêm vắc-xin, Do đó, việc sử dụng kháng thể IgY như một liệu pháp miễn dịch thụ động là phương pháp thay thế hiệu quả, cung cấp các kháng thể có sẵn để trung hòa tác nhân gây bệnh trực tiếp.
• Kháng thể IgY đã được chứng minh có khả năng phòng và trị các bệnh trên tôm. Các kết quả của Yanan Lu và cộng sự chứng minh IgY kháng các protein vỏ của virus có khả năng trung hòa virus, giúp tăng tỉ lệ sống của tôm khi thử thách với virus đốm trắng. Nghiên cứu của Rika Nakamura và cộng sự cho thấy IgY có thể kháng lại vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus và các độc tố PirA-like, PirB-like, giúp kiểm soát tỉ lệ tử vong trong giai đoạn sớm của tôm nuôi.
• Ngoài ra việc sử dụng IgY giúp giảm thiểu việc sử dụng kháng sinh trong quá trình nuôi. Công nghệ IgY cung cấp một chiến lược an toàn, thân thiện với môi trường và không để lại dư lượng độc hại, giúp sản phẩm tôm dễ dàng vượt qua các rào cản thương mại quốc tế.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Rajendran K. V., Sreedharan K., A. Deepika, and Amod Kulkarni. Shrimp Immune System and Immune Responses, Fish immune system and vaccines, 2022

Amod Kulkarni1,* Immune responses and immunoprotection in crustaceans with special reference to shrimp, Reviews in Aquaculture, 2020, 1-29

Suvra Roy, Peter Bossier, Parisa Norouzitallab,* and Daisy Vanrompay, Trained immunity and perspectives for shrimp aquaculture, Reviews in Aquaculture, 2020, 1–20p.

R. Schade and H.R. Terzolo, IgY-technology: application and trends, Agricultural and Food Sciences, 2006

Xiao-Ying Zhang,Ricardo S. Vieira-Pires, Patricia M. Morgan, Rüdiger Schade, IgY-Technology: Production and Application of Egg Yolk Antibodies, 2021

Lin X, Söderhäll I. Crustacean hematopoiesis and the astakine cytokines. Blood. 2011; 117:6417–24.

Li F, Xiang J. Signaling pathways regulating innate immune responses in shrimp. Fish Shellfish Immunol. 2013;34:973–80

Rika Nakamura , Ivane R Pedrosa-Gerasmio , Rod Russel R Alenton , Reiko Nozaki, Hidehiro Kondo , Ikuo Hirono , Anti-PirA-like toxin immunoglobulin (IgY) in feeds passively immunizes shrimp against acute hepatopancreatic necrosis disease, J Fish Dis. 2019;00:1–8.

Hui-long Qiu , Xiao-min Jin , Xiao-mei Zhang , Feng-qin Wang, Jia-qiang Huang and Lian-shun Wang, Application of IgY antibodies in passive immunization of aquaculture animals, Aquatic Physiology,2025, Volume 16 |

Yanan Lu & Junjun Liu & Liji Jin & Xiaoyu Li & YuHong Zhen & Hongyu Xue & Qiuye Lin & Yongping Xu, Passive Immunization of Crayfish (Procambius clarkiaii) with Chicken Egg Yolk Immunoglobulin (IgY) Against White Spot Syndrome Virus (WSSV), Appl Biochem Biotechnol, 2009, 159:750–758