Gần đây, các nhà khoa học đang tìm hướng đi mới trong việc sử dụng cây thuốc lá như “nhà máy sinh học” để sản xuất kháng nguyên, góp phần phát triển vaccine phòng bệnh viêm phế quản truyền nhiễm (IBV) ở gà an toàn, linh hoạt và đáp ứng tốt hơn nhu cầu thực tiễn của ngành chăn nuôi tại Việt Nam.
Bệnh viêm phế quản truyền nhiễm ở gà do virus IBV gây ra từ lâu đã được xem là một trong những tác nhân gây thiệt hại kinh tế đáng kể đối với ngành chăn nuôi gia cầm. Bệnh thường diễn biến âm thầm nhưng lan rộng nhanh trong đàn, ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ sinh trưởng, đặc biệt là năng suất và chất lượng trứng ở gà đẻ. Chính đặc điểm này khiến bệnh dễ bị xem nhẹ trong giai đoạn đầu nhưng về lâu dài lại gây tổn thất đáng kể với thiệt hại kinh tế ước tính có thể lên tới 15 - 25% tổng giá trị sản xuất.
Điều đáng lo ngại hơn là virus IBV liên tục biến đổi, tạo ra nhiều biến chủng khác nhau. Trong khi đó, các loại vaccine đang sử dụng hiện nay phần lớn được phát triển từ những chủng virus từng xuất hiện trước đây hoặc nhập khẩu từ nước ngoài, nên hiệu quả bảo vệ không phải lúc nào cũng phù hợp với thực tế tại Việt Nam. Điều này khiến việc phòng bệnh trở nên khó khăn và thiếu tính chủ động. Vì vậy, hướng tiếp cận mới trong việc thiết kế những loại vaccine linh hoạt, an toàn và phù hợp hơn với các biến chủng đang lưu hành tại Việt Nam hiện nay là cần thiết.
Một trong những giải pháp đáng được quan tâm nghiên cứu là sử dụng protein Spike, “chìa khóa” giúp virus xâm nhập vào tế bào, làm kháng nguyên để kích thích hệ miễn dịch. Nếu tạo ra được protein này trong phòng thí nghiệm với cấu trúc phù hợp, vật nuôi có thể “học cách nhận diện” virus mà không cần tiếp xúc với mầm bệnh thật. Đặc biệt, với sự phát triển của công nghệ sinh học, các nhà khoa học ngày nay có thể sử dụng thực vật như “nhà máy sinh học” để sản xuất protein mong muốn. Chỉ trong thời gian ngắn, cây thuốc lá có thể tạo ra các kháng nguyên tái tổ hợp phục vụ nghiên cứu và phát triển vaccine, mở ra khả năng sản xuất nhanh, chi phí thấp, hiệu quả và an toàn hơn so với các phương pháp truyền thống.
Từ những yêu cầu thực tiễn đó, TS. Hoàng Thị Thu Hằng và nhóm nghiên cứu Viện Sinh học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu đánh giá đặc tính sinh học của protein Spike tái tổ hợp từ thực vật của virus gây bệnh viêm phế quản truyền nhiễm ở gà (Avian Infectious virus-IBV) (mã số: VAST02.03/21-22). Nghiên cứu tập trung biểu hiện protein Spike tái tổ hợp của virus IBV trên hệ thống thực vật và đánh giá khả năng kích thích miễn dịch trên động vật thí nghiệm. Đây là bước đi quan trọng hướng tới việc chủ động công nghệ và nâng cao hiệu quả phòng chống dịch bệnh trong ngành chăn nuôi gia cầm tại Việt Nam.
Chia sẻ về quá trình triển khai nghiên cứu, TS. Hoàng Thị Thu Hằng cho biết: Đề tài được thực hiện dựa trên sự kế thừa những thành tựu đã đạt được tại Phòng Thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Vắcxin do PGS. TS. Phạm Bích Ngọc đứng đầu. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ biểu hiện tạm thời ở thực vật để phát triển vaccine phòng chống virus gây bệnh trên vật nuôi (virus cúm H5N1, virus gây bệnh tai xanh và bệnh tiêu chảy cấp trên lợn…). Dựa trên cơ sở đó, nhóm đã sử dụng cây thuốc lá Nicotiana benthamiana như một “nhà máy sinh học” để sản xuất protein Spike của virus với cấu trúc và hoạt tính mong muốn trong thời gian ngắn. Cụ thể, dựa trên các trình tự của IBV trên ngân hàng gen và các công cụ tin sinh học, nhóm thiết kế một đoạn gen nhân tạo S1e-COBRA mã hóa kháng nguyên phổ rộng của nhiều chủng IBV đã và đang lưu hành tại Việt Nam, Trung Quốc và Thái Lan trong giai đoạn 2014 - 2021. Sau đó, đoạn gen nhân tạo này được đưa vào lá cây thuốc lá thông qua hệ vector biểu hiện và vi khuẩn trung gian. Khi tiếp nhận được các cấu trúc mang gen S1e-COBRA, các tế bào sẽ tự “sản xuất” protein tương đồng với protein của virus trong tự nhiên. Protein tái tổ hợp được tách chiết, tinh sạch và sử dụng để thử nghiệm trên mô hình động vật nhằm đánh giá khả năng kích thích hệ miễn dịch, tạo tiền đề cho việc phát triển các ứng viên vaccine trong giai đoạn tiếp theo.
Với sự phối hợp chặt chẽ của Phòng Hóa sinh miễn dịch, Viện Sinh học, nhóm nghiên cứu đã bước đầu thu được kết quả khả quan về khả năng kích thích đáp ứng miễn dịch của protein tái tổ hợp S1e-COBRA. Sau khi được tiêm protein tái tổ hợp, gà con có khả năng sản sinh kháng thể đặc hiệu IgY ở mức cao hơn đáng kể so với các nhóm đối chứng. Đặc biệt, sau khi gây nhiễm với chủng IBV độc lực cao đang lưu hành tại Việt Nam, nhóm gà tiêm S1e-COBRA biểu hiện các triệu chứng viêm phế quản ở mức độ nhẹ và nhanh chóng phục hồi về thể trạng. Điều này cho thấy tiềm năng ứng dụng của hướng tiếp cận trong phát triển vaccine phòng bệnh. Điểm đáng chú ý là nhóm đã áp dụng phương pháp thiết kế kháng nguyên có khả năng đáp ứng với nhiều biến chủng virus khác nhau, giúp các protein tạo ra có tính linh hoạt cao, phù hợp với đặc điểm biến đổi nhanh của virus IBV.
Hội đồng nghiệm thu cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đánh giá nghiên cứu đã đạt được các kết quả có ý nghĩa về cả khoa học và thực tiễn. Việc sử dụng hệ thống thực vật để sản xuất kháng nguyên được xem là hướng tiếp cận khả thi, góp phần rút ngắn thời gian, giảm chi phí và đảm bảo độ an toàn so với các phương pháp truyền thống. Đặc biệt, nghiên cứu mở ra khả năng chủ động trong phát triển vaccine đáp ứng tốt hơn với nhiều biến chủng virus IBV đang lưu hành tại Việt Nam, qua đó góp phần nâng cao hiệu quả phòng chống dịch bệnh và giảm thiểu thiệt hại cho ngành chăn nuôi gia cầm trong cả nước.
Hội đồng cũng nhận định kết quả của đề tài đã bước đầu đặt nền tảng cho việc tiếp tục hoàn thiện quy trình công nghệ, mở rộng đánh giá hiệu quả bảo vệ và tiến tới phát triển các ứng viên vaccine phòng IBV có khả năng ứng dụng trong thực tiễn sản xuất tại Việt Nam.
Chu Thị Ngân