Giới thiệu
Kháng sinh được bổ sung trong khẩu phần thức ăn chăn nuôi từ vài thập kỷ qua. Thuốc được bổ sung không chỉ để điều trị bệnh và phòng các bệnh truyền nhiễm do vi khuẩn, mà còn vì mục đích nâng cao năng suất chăn nuôi: hiệu quả kích thích tăng trưởng của kháng sinh đã được biết đến từ những năm 1950. Trên thế giới, kháng sinh đã được sử dụng với số lượng lớn. Ví dụ, trong năm 1994, ngành chăn nuôi Đan Mạch đã tiêu thụ đến 200 tấn kháng sinh, hơn một nửa trong 200 tấn này được bổ sung vào thức ăn chăn nuôi như yếu tố kích thích tăng trưởng. Trong những năm gần đây, sự xuất hiện của vi khuẩn kháng thuốc đã trở thành mối quan tâm lớn, buộc Liên minh Châu Âu ban hành lệnh cấm sử dụng kháng sinh không vì mục đích điều trị bệnh trong chăn nuôi. Những chất khác được biết đến với đặc tính kháng khuẩn và có tác dụng kích thích tăng trưởng được quan tâm nhiều hơn. Kẽm (đặc biệt là oxit kẽm) và đồng thường được bổ sung quá mức trong khẩu phần thức ăn cho heo để cải thiện sức khỏe đường ruột. Nhưng vai trò của những chất này trong cuộc chiến chống lại tình trạng đề kháng kháng sinh hoàn toàn không khả quan. Hiện nay các nước trên thế giới đang thực hiện nhiều giải pháp thay thế kháng sinh trong chăn nuôi để làm giảm thiều đến mức cho phép đề kháng kháng sinh.
Thực trạng hiện nay
Kẽm là một nguyên tố vi lượng thiết yếu cần cho sự sống của sinh vật. Từ lâu, tác động tích cực của kẽm trên hiệu suất tăng trưởng đã được công nhận trong chăn nuôi heo: thiếu hụt kẽm làm giảm ăn, sinh trưởng kém, suy yếu hệ thống miễn dịch, và trong trường hợp nặng thì heo bị tổn thương da (viêm da á sừng). Theo Hiệp Hội Nghiên cứu Quốc gia, nhu cầu kẽm ở heo từ 50 đến 100 ppm tùy theo độ tuổi và trọng lượng của con vật. Khi hàm lượng kẽm trong nguyên liệu thức ăn thấp, người ta thường bổ sung thêm kẽm vào trong khẩu phần. Ở các nước châu Âu, hàm lượng kẽm bổ sung tối đa trong thức ăn của động vật dạ dày đơn là 150 ppm, tuy nhiên có vài nước cho phép bổ sung kẽm ở liều lượng dược lý (3000 ppm) trong premix điều trị ở giai đoạn heo con sau cai sữa.
Tương tự như kẽm, đồng cũng là một yếu tố vi lượng thiết yếu. Nó đóng vai trò là đồng yếu tố trong cấu trúc của nhiều enzyme và là một chất kích thích tăng trưởng nổi tiếng. Thiếu hụt đồng có thể dẫn đến những vấn đề về thể chất như: sinh trưởng kém, thiếu máu, dị tật ở chân... Nhu cầu đồng ở heo khá thấp (khoảng 4-10 mg/ kg vật chất khô khẩu phần), nhưng đồng thường được bổ sung quá mức. Ở Châu Âu, hàm lượng đồng tối đa trong thức ăn là 170 ppm đối với heo con và 25 ppm với heo lớn hơn.
Những nguyên tố vi lượng trên khi được sử dụng ở hàm lượng cao thể hiện đặc tính kháng khuẩn. Vi khuẩn đã phát triển 4 cơ chế chính để đề kháng lại với kháng sinh - hậu quả của việc sử dụng kháng sinh tràn lan trong sản xuất chăn nuôi như:
- Giảm tính thấm của màng tế bào (giảm protein biểu hiện xuyên màng)
- Làm bất hoạt thuốc (sản sinh enzyme)
- Biến đổi các vị trí gắn kết trên tế bào (thay đổi vị trí gắn của kháng sinh)
- Bơm đẩy những yếu tố độc ra ngoài (thông qua các bơm protein)
Ở Đan Mạch, avoparcin - một kháng sinh thuộc nhóm glycopeptide được sử dụng như chất kích thích tăng trưởng đến năm 1995, ở thời điểm đó, có đến 21% mẫu Enterococcus faecium (E. faecium) phân lập được từ thịt heo kháng lại với avoparcin. Nhận thức rõ mối nguy cơ này, Đan Mạch đã cấm sử dụng kháng sinh không vì mục đích điều trị bệnh trong chăn nuôi ở heo lớn (năm 1998) và đối với heo con (năm 1999). Trong năm 2006, Liên minh Châu Âu đã rút dần việc sử dụng kháng sinh như chất kích thích tăng trưởng trong sản xuất. Đồng và kẽm có thể điều biến hệ vi sinh đường ruột và giúp giảm tiêu chảy heo con giai đoạn sau cai sữa, nhờ đó có thể thay thế một phần kháng sinh. Tuy nhiên, lượng đồng và kẽm dư thừa tác động tiêu cực đến môi trường, và làm phát sinh những dòng vi khuẩn chọn lọc đề kháng lại với đồng và kẽm. Ngoài ra, chúng ta có thể nhận thấy sự tương quan mạnh mẽ giữa đề kháng kim loại và đề kháng thuốc kháng sinh.
Đề kháng chéo
Sự đa kháng có thể thể lý giải được bằng cơ chế đề kháng chéo. Trong trường hợp này, 1 yếu tố di truyền đơn lẻ quy định cho khả năng đề kháng với một vài nguyên tố (kim loại và thuốc kháng sinh). Ví dụ, vi khuẩn có thể tổng hợp protein vận chuyển mang cả thuốc kháng sinh và kim loại. Ở những vi sinh vật kháng kẽm, các protein bơm đẩy kẽm từ bên trong tế bào ra ngoài; các bơm này có thể chỉ đẩy mỗi kẽm hoặc chấp nhận đẩy thêm các phân tử khác. Do đó, vi khuẩn kháng kẽm cũng có thể kháng được một hoặc nhiều loại kháng sinh.
Đồng đối kháng
Sự đa kháng cũng có thể kết hợp với đồng đối kháng. Ở trường hợp này, các gen đề kháng khác nhau thay đổi vị trí trong cùng nhân tố di truyền giống nhau, trong nhân tố di truyền di động nói chung như plasmid. Có một vài tổ hợp thuốc kháng sinh kết hợp với kim loại được nghiên cứu như: đề kháng kẽm liên kết với đề kháng methicillin ở Staphylococcus aureus (S. aureus) hoặc đề kháng đồng liên quan đến đề kháng macrolide và glycopeptide ở E. faecium.
Kẽm
CzrC là tên của 1 gen quy định đề kháng cadmium và kẽm trong S. aureus. Một nghiên cứu dựa trên những mẫu phân lập trên heo ở nhiều nước khác nhau đã chứng minh rằng 95% gen czrC tìm thấy trong các chủng phân lập đề kháng với kẽm. Ngược lại, dưới 1% các chủng phân lập liên quan với crzC nhạy cảm với kẽm. Kết quả thí nghiệm cho thấy sự tương quan mạnh mẽ giữa đề kháng kẽm và đề kháng methicillin: trong số các chủng nhạy cảm với methicillin, tất cả đều nhạy cảm với kẽm clorua - và trong các chủng kháng methicillin, hơn 90% đề kháng được kẽm clorua.
Trong một nghiên cứu khác, trên các chủng phân lập ở heo Đan Mạch, không có chủng nào nhạy cảm với methicillin và 74% chủng kháng methicillin cũng đề kháng với kẽm. Bình quân, nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) của kẽm ở những vi khuẩn đề kháng cao gấp 4 lần so với MIC bình thường, MIC: 8 mM của methicillin kháng S. aureus (MRSA) so với nồng độ MIC: 2 mM ở những chủng S. aureus nhạy cảm với methicillin (MSSA). Nói tóm lại, sự chọn lọc những chủng vi khuẩn kháng kẽm cũng đồng nghĩa chọn lọc những dòng vi khuẩn kháng kháng sinh (Hình 1).
Ở châu Âu, Canada và Mỹ (Trung Tây), sự xuất hiện của MRSA với bộ gen di truyền tương tự (dòng vô tính phức hợp 398) được tạo ra dễ dàng bằng cách sử dụng tetracycline và oxit kẽm. Gần đây, các chủng này cũng được tìm thấy ở Úc và ở New Zealand. Các thí nghiệm với các mẫu vi khuẩn MRSA phân lập từ mũi heo được tiến hành và cho kết quả đếm khuẩn MRSA cao hơn ở những heo được điều trị với kẽm hoặc với tetracycline. Vi khuẩn đề kháng thuốc lan truyền rất nhanh: sau ba tuần, tất cả heo âm tính với MRSA được nuôi nhốt chung với những heo dương tính MRSA đều cho kết quả dương tính. Một hiện tượng tương tự cũng được quan sát thấy khi thử nghiệm với đồng.
Đồng
Đồng là yếu tố áp lực có lợi cho chọn lọc vi khuẩn kháng macrolides và glycopeptide. Sự chuyển gen đề kháng đồng thường thấy ở vi khuẩn gram âm, hiếm gặp ở vi khuẩn gram dương. Sự đề kháng này có liên kết với gen tcrB (gen kháng đồng biến nạp tương tự với copB). Một nghiên cứu trên các mẫu E. faecium phân lập ở Đan Mạch cho thấy sự hiện diện của gen này có liên quan trực tiếp đến hàm lượng đồng trong khẩu phần thức ăn. Tình trạng kháng đồng phổ biến ở các mẫu phân lập trên heo (45/59 mẫu phân lập), khá phổ biến ở gia cầm (10/29) và hiếm gặp ở các mẫu phân lập từ bê (5/32), cừu (0/22) và trên người (3/29). Những mẫu phân lập trên heo cho kết quả kháng đồng cao có thể lý giải là do hàm lượng đồng bổ sung vào thức ăn nhiều hơn. Ngoài ra, hơn 50% các chủng phân lập trên heo đều kháng macrolides và gần 25% kháng glycopeptide.
Trong nghiên cứu này, tất cả các chủng kháng glycopeptites đều kháng với macrolides và đồng, và tất cả chủng kháng với macrolides đều kháng đồng; chỉ có 4 chủng vi khuẩn phân lập kháng đồng (dưới 10% của nhóm thí nghiệm) nhạy cảm với kháng sinh. Gen tcrB, quy định sự kháng đồng, và erm(B), quy định đề kháng macrolides, dường như cùng nằm trong plasmid phân lập trên heo; gen kháng glycopeptide cũng có thể liên kết về mặt vật lý với gen tcrB.
Vì phân heo có thể được sử dụng làm phân bón nên sự kháng kháng sinh có thể lan truyền trong đất. Một nghiên cứu chỉ ra sự tương quan giữa các vi sinh vật kháng kháng sinh và kháng đồng trong đất: ví dụ, sự xuất hiện của vi khuẩn kháng ampicillin cao hơn đáng kể ở những vi khuẩn kháng đồng, so với vi khuẩn nhạy cảm với đồng. Ngoài ra, tần số bội kháng trong vi khuẩn kháng đồng cao hơn gấp đôi so với các vi khuẩn nhạy cảm đồng.
Những chủng kháng thuốc có thể lan truyền nhanh chóng trong quần thể động vật, giữa động vật và môi trường sống. Nhiều thế hệ kháng sinh dần trở nên kém hiệu quả hơn khi xuất hiện những chủng vi sinh vật chọn lọc đề kháng với kẽm hoặc đồng. Sự chuyển gen di truyền theo chiều ngang có liên quan đến hiện tượng này.
Sự lan truyền vi khuẩn đề kháng
Vi khuẩn nhạy cảm có thể trở thành vi khuẩn đề kháng khi tiếp xúc với vi khuẩn kháng thuốc. Hiện tượng trao đổi di truyền có thể xảy ra giữa các vi sinh vật. Gen kháng thường nằm trong các yếu tố di truyền di động (plasmid, transposon) tạo điều kiện chuyển vật chất di truyền theo chiều ngang. Vi khuẩn có thể chấp nhận các plasmid hoặc transposon từ các tế bào khác thông qua quá trình ghép đôi (tiếp hợp); chúng cũng có thể kết hợp những vật chất di truyền ngoại sinh vào hệ gen của chính mình (biến nạp). Trong trường hợp cụ thể, ADN có thể được chuyển giao giữa những vi khuẩn đề kháng với nhau thông qua thể thực khuẩn (tải nạp). Tiếp đến, vi khuẩn đã trở nên đề kháng có thể chuyển gen đến các tế bào con trong quá trình phân chia tế bào. Do đó, sử dụng kẽm hoặc đồng dư thừa sẽ tạo ra một thế hệ vi khuẩn mới kháng với cả kim loại và kháng sinh.
Do đó, trong cuộc chiến với sự đề kháng thuốc đòi hỏi cần giảm sử dụng thuốc kháng sinh, và cần có những nguồn bổ sung đồng, kẽm tốt hơn, an toàn hơn trong khẩu phần thức ăn cho heo.
 |
| Hình 1: Sự chọn lọc của những chủng vi khuẩn kháng kháng sinh sau một thời gian sử dụng kẽm liên tục |
