Hệ vi sinh vật và chăn nuôi heo - Làm thế nào để đọc hiểu các nghiên cứu về hệ vi sinh vật? Phần 2

Trong phần thảo luận trước, chúng tôi đã nhấn mạnh về thách thức của việc tiến hành các nghiên cứu khoa học của hệ vi sinh trên heo. Mặc dù vậy, ngày càng có nhiều nghiên cứu được công bố về chủ đề này (Hình 1). Khi chúng ta có thêm nhiều thông tin hơn, chúng ta phải hiểu – và áp dụng những dữ liệu này tại chuồng nuôi như thế nào?

Bước 1 – Thấu hiểu các thuật ngữ.

Có một số chỉ số chính được sử dụng trong các nghiên cứu về hệ vi sinh vật giúp chúng ta hiểu kết quả rõ hơn. Nhiều thứ được vay mượn từ hệ sinh thái “vĩ mô” – xét cho cùng, một quần thể vi khuẩn trong ruột không khác mấy so với một đàn cá dưới biển. Cả hai đều có mối quan hệ với môi trường và những sinh vật khác chia sẻ không gian/môi trường sống với chúng. Do đó, việc hiểu các chỉ số này sẽ giúp giải thích đúng các thí nghiệm về hệ vi sinh vật. Nói chung, các nghiên cứu như vậy tập trung vào việc xác định loại vi khuẩn nào có hay không có trong một mẫu nhất định – chúng trả lời câu hỏi chung về “thứ gì ở đó” và “có bao nhiêu loại vi khuẩn ở đó”? Các loài/loại vi khuẩn khác nhau trong một môi trường sống nhất định (ví dụ như ruột) thường được gọi là sự đa dạng quần thể. Sự đa dạng của các thực thể (ví dụ: trái cây hoặc vi khuẩn) trong một môi trường sống đơn lẻ (ví dụ: phân từ heo con #495 vào ngày thứ 3 sau cai sữa) được gọi là đa dạng alpha (Hình 2) và xét đến hai khía cạnh chính:

• Sự phong phú của loài: có bao nhiêu loại/loài vi khuẩn khác nhau.
• Sự đồng đều của loài: sự phân bố (sự phong phú) của những loài này, hay có một sinh vật chiếm ưu thế (đông hơn) so với những con khác.

Có nhiều chỉ số được sử dụng để làm thước đo sự đa dạng alpha, phổ biến nhất là chỉ số Shannon, Chao1 hoặc Simpsom . Mỗi cái phản ánh một khía cạnh khác nhau của sự đa dạng alpha. Bạn sẽ thấy các chỉ số này thường xuyên trong các nghiên cứu về hệ vi sinh vật, phản ánh sự đa dạng nội mẫu.

Khi so sánh quần thể vi khuẩn của hai môi trường sống (ví dụ: mẫu phân từ heo được điều trị và không điều trị bằng kháng sinh), chúng tôi điều tra đa dạng beta - sự giống nhau giữa các mẫu. Các quần thể này có nhiều điểm chung không (ví dụ: chúng ta có thể tìm thấy cùng một loại vi khuẩn trong mẫu phân A và B không, Hình 3)? Chúng giống nhau hay không giống nhau? Một lần nữa, có nhiều chỉ số dùng để đo sự đa dạng này, chẳng hạn như Unifrac , Jaccard , sự không giống nhau của Bray - curtis , v.v. từng mẫu. Các chỉ số này tính đến các khía cạnh khác nhau của sự đa dạng quần thể, chẳng hạn như mối quan hệ di truyền (phát sinh loài) giữa các vi khuẩn hoặc sự phong phú của chúng trong từng mẫu.

Nhìn chung, đa dạng alpha của vi khuẩn đường ruột có xu hướng tăng lên và đa dạng beta có xu hướng giảm trong vòng đời heo (Hình 4).

Bước 2 – Các nghiên cứu có sử dụng các biện pháp kiểm soát kĩ thuật không?

Khi nói đến các nghiên cứu về hệ vi sinh vật, cần cố gắng hết sức để giảm thiểu tác động của các chất tạp nhiễm. DNA của vi sinh vật thực sự có ở khắp mọi nơi (ngay cả khi vi khuẩn đã chết, DNA của chúng vẫn tồn tại) và các công nghệ giải trình tự DNA hiện tại đã có thể phát hiện ra lượng DNA rất nhỏ (như đã thảo luận trong Phần 1). Do đó, các nghiên cứu không chỉ phải bao gồm các nhóm thí nghiệm phù hợp (ví dụ: heo được điều trị hoặc không điều trị bằng kháng sinh trong cùng một lô, ăn cùng một chế độ ăn, v.v.), mà còn phải có các biện pháp kiểm soát kỹ thuật phù hợp (ống lấy mẫu rỗng, bộ giải trình tự không có mẫu) để giúp xác định các chất tạp nhiễm và loại bỏ chúng khỏi các phân tích. Nếu trong nghiên cứu không công bố phần này, bất kỳ kết luận nào cũng có thể sai sót.

Bước 3 – Ý nghĩa sinh học và vượt ra khỏi giá trị P (hoặc đơn giản là: nó có thực sự ảnh hưởng đến con vật không?)

Cũng khá dễ làm xáo trộn cấu trúc cộng đồng vi sinh vật. Ví dụ, hệ vi sinh vật đường ruột dễ bị thay đổi trong khẩu phần ăn, không gian sống và kháng sinh. Những can thiệp có thể dễ dàng gây ra những thay đổi đáng kể đối với thành phần của quần thể (cả đa dạng alpha và beta). Đã có nghiên cứu quan trọng trong những thập kỷ qua để xác nhận điều đó. Tuy nhiên, bằng chứng về ý nghĩa sinh học là quan trọng nhất. Vi khuẩn làm rất nhiều “việc” dư thừa. Ví dụ, có nhiều thành viên của hệ vi sinh vật đường ruột có thể tạo ra các axit béo chuỗi ngắn giống nhau. Do đó, sự thay đổi trong thành phần quần thể vi sinh vật (hoặc “thứ gì ở đó”) có thể ít quan trọng hơn chức năng của chúng. Điều quan trọng là phải tìm kiếm bằng chứng gián tiếp cho thấy chức năng vi sinh vật bị ảnh hưởng bởi các can thiệp, có thể theo nhiều phương diện khác nhau: tốc độ tăng trưởng, khả năng chống lại bệnh tật, chức năng hàng rào bảo vệ đường ruột. Tuỳ thuộc vào nghiên cứu, nhưng nó cần được công bố.

Như với bất kỳ công nghệ tiên tiến nào khác, một số khía cạnh quan trọng có thể bị mất đi khi diễn dịch nghiên cứu từ phòng thí nghiệm (lý thuyết) sang trang trại (thực tiễn). Khi việc điều chỉnh hệ vi sinh vật và các ứng dụng của nó trong chăn nuôi heo trở nên rõ ràng hơn, chúng ta sẽ thấy các chiến lược mới giúp tăng năng suất và khả năng phục hồi bệnh tật.