Tiến Triển trong Chiến Lược Vắc-xin Salmonella cho Gia Cầm: Cân Bằng Giữa An Toàn và Hiệu Quả Miễn Dịch

VẮC-XIN SALMONELLA

Chủng ngừa vắc-xin Salmonella trên gia cầm nhằm giảm lượng Salmonella trong gia cầm và môi trường, từ đó ngăn ngừa dịch bệnh, làm gián đoạn chu kỳ truyền nhiễm trong và giữa các đàn, giúp thu được kết quả năng suất bền vững từ đàn gia cầm và cải thiện an toàn thực phẩm.

• Vì niêm mạc miệng và niêm mạc đường hô hấp là con đường lây nhiễm phổ biến của Salmonella nên thế hệ vắc-xin Salmonella mới phải có khả năng bảo vệ hiệu quả, đặc biệt là trên bề mặt niêm mạc.
• Hơn nữa, vắc-xin Salmonella lý tưởng phải bảo vệ chống lại nhiễm trùng hệ thống (systemic infection), đã được làm suy yếu (dạng nhược độc) để sử dụng trên người và động vật, có hiệu quả cao trong việc giảm bài tiết phân và lây nhiễm trứng, tương thích với các biện pháp kiểm soát Salmonella khác và phải là biện pháp kiểm soát vi khuẩn hiệu quả về mặt chi phí.
• Để một vắc-xin phát huy tác dụng thì vắc-xin phải tương tác hiệu quả với hệ thống miễn dịch bẩm sinh và thích ứng của gia cầm và kích hoạt phản ứng miễn dịch mạnh mẽ, đặc hiệu, đa tầng và lâu dài mà không gây ra tác dụng phụ trên sức khỏe và năng suất của đàn gia cầm.
• Với mục đích đó, vắc-xin phòng Salmonella ở gia cầm đã được phát triển chủ yếu bằng cách sử dụng toàn bộ tế bào vi khuẩn, ở dạng sống-nhược độc (live-attenuated) hoặc bất hoạt (tế bào đã chết-inactivated). 
• Dù vậy, đã có những nỗ lực sản xuất vắc-xin tiểu đơn vị (subunit vaccine) cho kết quả tốt về phản ứng miễn dịch tế bào, dịch thể và niêm mạc cũng như khả năng bảo vệ chống lại bệnh SE và ST.
• Ngoài ra, vắc-xin ma (ghost vaccine) cải tiến đã được chứng thực hiệu quả trong việc tạo ra phản ứng miễn dịch dịch thể và tế bào và loại bỏ bệnh nhiễm hệ thống của các chủng SE và ST hoang dã.

DẠNG VẮC-XIN SALMONELLA: SỐNG-NHƯỢC ĐỘC VÀ BẤT HOẠT (CHẾT) 

Vào đầu những năm 1800, đã có chứng minh rằng sự xâm nhập của vi khuẩn khi được lặp lại nhiều lần thì có thể làm giảm khả năng gây bệnh của vi khuẩn đó thông qua các đột biến tích lũy (cummulative mutations), một số trong đột biến đó là suy giảm biểu hiện của các gen liên quan đến độc lực của vi khuẩn.

Với khám phá này, nhiều phương pháp khác nhau đã được tận dụng để tạo ra các chủng Salmonella sống-nhược độc . Bằng cách đột biến gen ở các chủng bố mẹ hoang dã liên quan đến sự sinh tồn của vật chủ, quá trình trao đổi chất và các yếu tố độc lực, các chủng này đã được phát triển như giải pháp hữu hiệu cho vắc-xin sống-nhược độc.

Mặt khác, công trình nghiên cứu ban đầu về vắc-xin Salmonella bất hoạt đã được thực hiện bởi Dr. Smith vào giữa những năm 50.  Từ lúc đó trở đi, để bất hoạt tế bào vi khuẩn thì có thể sử dụng formaldehyde, glutaraldehyde, acetone và các hóa chất khác như β-Propiolactone, cũng như các phương pháp vật lý như xử lý nhiệt.

• Gần đây, các công nghệ như chùm tia điện tử (electron beam) hoặc bức xạ gamma (gamma radiation) đã được nghiên cứu để dùng vào vô hiệu hóa vi khuẩn.
• Những công nghệ mới này có tác dụng nhanh chóng bằng cách phá hủy DNA sợi đơn hoặc DNA sợi đôi trong tế bào vi khuẩn.
• Ngược lại với quá trình bất hoạt hóa học, những công nghệ mới này bảo vệ sự toàn vẹn cấu trúc của protein bề mặt kháng nguyên (antigenic surface protien) trong quá trình bất hoạt, cho phép sự khởi đầu phản ứng miễn dịch tế bào và dịch thể được tăng cường ở những loài gia cầm được chủng vắc-xin.
• Ví dụ, Ji và các cộng sự (2021) phát hiện ra rằng SG bất hoạt bằng bức xạ gamma có thể khởi phát phản ứng miễn dịch dịch thể cao hơn vắc-xin SG 9r sống-nhược độc và phản ứng miễn dịch trung gian tế bào (cell-mediated immune response) cao hơn vắc-xin bất hoạt bằng formalin.

Về việc phát triển chủng vắc-xin vi khuẩn sống-nhược độc, các kỹ thuật sinh học phân tử mới giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về các yếu tố độc lực liên quan đến bệnh nhiễmSalmonella ở cấp độ gene và để vô hiệu hóa, xóa và di chuyển (transpose) gen độc lực một cách có chọn lọc.

Nhờ vậy giúp thiết kế và phát triển các chủng Salmonella sống-nhược độc biến đổi gen không để lại sẹo và đặc hiệu tại vị trí thích hợp cho việc phát triển vắc-xin do tính kháng nguyên, khả năng sinh miễn dịch và tính an toàn của chúng. Ngoài ra, việc xây dựng nên các chủng Salmonella sống-nhược độc có thể là nền tảng biểu hiện các epitope protein sinh miễn dịch cho việc thiết kế vắc-xin tiểu đơn vị tái tổ hợp dị loài (heterologous recombinant sub-unit vaccines).

Như đã bàn trước đó, vắc-xin phòng Salmonella, dù là vắc-xin sống-nhược độc hay vắc-xin bất hoạt, đều phải bảo đảm kích hoạt được chính xác cả hệ miễn dịch bẩm sinh và hệ miễn dịch thích nghi của gia cầm để tạo sự miễn dịch bảo vệ lâu dài.

• Vắc-xin Salmonella sống-nhược độc đã được chứng thực hiệu quả trong việc tạo phản ứng miễn dịch tế bào và miễn dịch dịch thể (humoral immune).
• Tuy nhiên, các đặc điểm và mức độ của những phản ứng miễn dịch này sẽ phụ thuộc vào những yếu tố như chủng vi khuẩn được phát triển, kiểu chủng ngừa và việc sử dụng chất kích thích miễn dịch (immunostimulants).
• Áp dụng các chủng Salmonella nhược độc qua đường uống giúp sự tiếp xúc giữa mầm bệnh và vật chủ diễn ra theo con đường xâm nhập tự nhiên. Áp dụng qua đường uống là sự mô phỏng lại quá trình lây nhiễm thông thường của vi khuẩn – và đây là một lợi điểm của vắc-xin sống-nhược độc.
• Salmonella sống-nhược độc cũng có thể được tiêm qua đường mạch máu –  và tạo phản ứng miễn dịch tốt qua trung gian tế bào và dịch thể.
• Tuy nhiên, trên một góc độ khác, các chủng Salmonella sống-nhược độc vẫn có khả năng đảo ngược độc lực và khả năng gây bệnh, mặc dù các nhà nghiên cứu đã cố gắng duy trì tình trạng nhược độc không thể đảo ngược (irreversible attenuation) bằng nhiều biện pháp khác nhau với những kết quả khác nhau.
• Vì những nguy cơ nội tại khi sử dụng vắc-xin Salmonella nhược độc, ngành công nghiệp gia cầm đã sử dụng vắc-xin Salmonella bất hoạt (chết), và các nhà nghiên cứu đang cố gắng phát triển nhiều loại vắc-xin bất hoạt mới hơn để làm một giải pháp thay thế an toàn hơn cho vắc-xin sống-nhược độc.

Trái ngược với các chủng vắc-xin sống-nhược độc, các chủng vắc-xin Salmonella bất hoạt không có khả năng gây bệnh nhiễm để giúp khởi phát phản ứng miễn dịch mạnh mẽ.

Do đó, vắc-xin bất hoạt cần phải được dùng qua đường tiêm mạch máu và sử dụng kết hợp với tá dược (adjuvant) đã được chứng thực hiệu quả trong việc khởi phát và duy trì sự kích hoạt đủ mạnh của hệ miễn dịch bẩm sinh và thích ứng.

Tá dược có vai trò thiết yếu trong vắc-xin bất hoạt để đạt mục tiêu tạo miễn dịch phòng bệnh nên tá dược vẫn luôn được nghiên cứu phát triển thêm.

• Kết quả miễn dịch khi sử dụng đường tiêm (parenteral) cho vắc- xin Salmonella bất hoạt có khác biệt đáng kể so với kết quả miễn dịch thông qua kích hoạt bằng vắc-xin sống-nhược độc qua đường uống vốn có khả năng mô phỏng quá trình nhiễm Salmonella .
• Mặc dù vắc-xin bất hoạt đã được chứng thực có thể kích hoạt phản ứng miễn dịch dịch thể hệ thống mạnh mẽ, nhưng thực tế chứng minh thấy loại vắc-xin không kích thích mạnh sự sản xuất IgA.
• Do đó, loại vắc-xin này đã không bảo vệ được niêm mạc và biểu mô khỏi sự xâm nhập của vi khuẩn Salmonella .
• Tương tự như vậy, phản ứng miễn dịch trung gian tế bào ghi nhớ (memory cell-mediated immune responses) không được kích thích khi dùng vắc-xin Salmonella bất hoạt, giảm hiệu quả miễn dịch do loại vắc-xin này.
• Vì vậy, dù hiện chưa có trên thị trường, các tá dược mới hỗ trợ đưa vắc-xin Salmonella bất hoạt vào cơ thể động vật bằng đường nước uống đang được phát triển.
• Ví dụ, các hạt nano (nanoparticles) chitosan được sử dụng làm tá dược để đưa vắc-xin Salmonella bất hoạt vào đường uống ở gà thịt đã được chứng minh có thể kích hoạt phản ứng miễn dịch hệ thống và niêm mạc đặc hiệu với kháng nguyên, do đó sẽ làm giảm lượng Salmonella sau khi cấy nhiễm.
• Ngoài ra, có một công nghệ tiên tiến đang được thử nghiệm để tăng cường tiềm năng của vắc-xin Salmonella bất hoạt qua đường tiêm nhằm tạo ra phản ứng miễn dịch tế bào và dịch thể .
• Về vấn đề này, một loại thiết kế vắc-xin Salmonella bất hoạt đang được thử nghiệm dựa trên việc sử dụng agonistic-DNA CD40 aptamer nhằm kích thích hiệu quả việc sản xuất và giải phóng IgA vào đường tiêu hóa của gà thịt cùng với phản ứng đáng kể của tế bào T (CD4+ và CD8+) và tế bào B sau khi chủng vắc-xin tăng cường, và làm giảm đáng kể lượng Salmonella ở manh tràng gà sau khi bị cấy nhiễm SE (Uribe-Diaz và cộng sự, chưa công bố; Omolewu và cộng sự, chưa công bố ).

TÓM TẮT VÀ KẾT LUẬN

• Kiểm soát các chủng Salmonella thích nghi và không thích nghi với vật chủ ở gia cầm vẫn luôn là một ưu tiên quan trọng cho sức khỏe con người cũng như vấn đề kinh tế.
• Các phương pháp chủng ngừa vắc-xin truyền thống, như vắc-xin sống-nhược độc và vắc-xin bất hoạt có vai trò trung tâm trong việc giảm thiểu những nguy cơ này.
• Vắc-xin sống-nhược độc có thể tạo ra khả năng miễn dịch mạnh mẽ, rộng khắp bằng cách mô phỏng các con đường lây nhiễm bệnh tự nhiên nhưng lại có nguy cơ tái phát độc lực.
• Ngược lại, vắc-xin bất hoạt, mặc dù an toàn hơn, nhưng chủ yếu là gây ra phản ứng dịch thể và thường thiếu khả năng tạo miễn dịch tế bào và miễn dịch niêm mạc mạnh mẽ cần thiết để kiểm soát hiệu quả sự xâm nhập của vi khuẩn Salmonella trong ruột.

Những tiến triển gần đây trong sinh học phân tử và miễn dịch học đang thay đổi dần quá trình phát triển vắc-xin kiểm soát Salmonella . Những công nghệ này giúp thiết kế các chủng Salmonella ổn định về mặt di truyền, dạng nhược độc, có khả năng sinh miễn dịch cao và giảm thiểu nguy cơ đảo ngược độc lực (virulence reversion) – là một phương pháp tiếp cận đầy hứa hẹn cho sự phát triển vắc-xin sống-nhược độc an toàn hơn.

Đồng thời, những phát kiến trong tá dược và hệ thống trung chuyển (delivery systems)—như các hạt nano và agonistic- DNA CD40 aptamers—có thể tăng cường hiệu quả của vắc-xin bất hoạt. Những tiến triển này có thể tăng cường phản ứng miễn dịch niêm mạc và tế bào, giúp vắc-xin bất hoạt trở nên hiệu quả hơn trong việc ngăn ngừa sự xâm nhập và phát tán của Salmonella .

Trong việc phát triển các loại vắc-xin và chương trình chủng ngừa vắc-xin tốt hơn thì điều tối quan trọng ở đây là phải hiểu được phản ứng miễn dịch do vắc-xin Salmonella.

• Nghiên cứu về cơ chế kích thích miễn dịch niêm mạc và hệ thống của vắc-xin là điều cần thiết để tối ưu hóa hiệu quả bảo vệ của miễn dịch.
• Việc kết hợp vắc-xin sống và vắc-xin bất hoạt, theo những gì đã bàn ở trên sẽ mang lại khả năng bảo vệ cộng hợp (synergistic protection), tạo phản ứng miễn dịch rộng khắp đối với vắc-xin sống cùng với khả năng miễn dịch an toàn, có mục tiêu cụ thể của vắc-xin bất hoạt.

Những hướng tiếp cận mới này cùng đưa ngành công nghiệp gia cầm đến gần hơn với mục tiếp phát triển vắc-xin Salmonella thế hệ mới và các chương trình chủng ngừa vắc-xin thích hợp tăng cường tính an toàn và khả năng sinh miễn dịch.

Việc tiếp tục nghiên cứu và tối ưu hóa trong lĩnh vực này sẽ cho ra các chiến lược bảo vệ sức khỏe và năng suất của gia cầm và đồng thời giảm nguy cơ lây truyền vi khuẩn Salmonella sang người, làm nền tảng cho các giải pháp đối với sức khỏe con người và an toàn thực phẩm trên thế giới.