Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Bảo tồn, lưu giữ nguồn gen vi sinh vật thú y (19/05/2026)

Với mục tiêu bảo tồn, lưu trữ 12 chủng vi khuẩn E. coli kháng kháng sinh bằng phương pháp đông khô để phục vụ đào tạo, chẩn đoán và cung cấp giống vi sinh phục vụ nghiên cứu, đào tạo, hướng tới nghiên cứu sản xuất vắc xin và các chế phẩm sinh học sử dụng trong thú y. Năm 2025 Viện Thú y (Bộ Nông nghiệp và Môi trường) được phê duyệt triển khai nhiệm vụ khoa học và công nghệ cấp Bộ “Bảo tồn, lưu giữ nguồn gen vi sinh vật thú y”, đề tài nghiên cứu do TS. Vũ Thị Kim Huệ làm chủ nhiệm.

Vi khuẩn E. coli thuộc họ Enterobacteriaceae, chi Escherichia, loài coli. Vi khuẩn này được nhà khoa học Theodor Escherich phân lập và mô tả lần đầu tiên vào năm 1885 từ phân trẻ em khỏe mạnh (Quinn et al., 2011). Vi khuẩn có thành tế bào cấu tạo bởi lớp peptidoglycan mỏng nằm giữa màng sinh chất và màng ngoài giàu lipopolysaccharide. Khi nhuộm Gram, vi khuẩn không giữ được phức hợp crystal violet–iodine sau bước tẩy cồn, do đó bắt màu đỏ hồng của thuốc nhuộm đối màu safranin hoặc fuchsin. Hình thái quan sát dưới kính hiển vi thường là trực khuẩn ngắn, kích thước khoảng 0,4–0,7 × 1–3 µm, sắp xếp đơn lẻ hoặc thành đôi, không sinh bào tử. Tính chất bắt màu Gram âm của E. coli là đặc điểm quan trọng phục vụ định hướng chẩn đoán, phân loại và phân biệt với các vi khuẩn Gram dương trong xét nghiệm vi sinh thú y và y học (Quinn et al., 2011; Madigan et al., 2018).

E. coli là vi khuẩn hiếu khí và yếm khí tùy tiện, có thể sinh trưởng ở phổ nhiệt độ khá rộng (5°C –40°C), nhiệt độ thích hợp là 37°C và cũng thích hợp với pH từ 7,2–7,4. Vi khuẩn E. coli dễ dàng phát triển được trên môi trường nuôi cấy thông thường (Bonnet et al, 2020). Trên môi trường thạch máu cừu 5%, khuẩn lạc có kích thước trung bình (đường kính khoảng 1–3 mm), hình tròn, bờ đều, bề mặt nhẵn, hơi lồi, ẩm và hơi bóng. Đa số E. coli thường không gây tan máu (γ-hemolysis); tuy nhiên, một số chủng có thể xuất hiện hiện tượng tan máu nhẹ, biểu hiện bằng quầng mờ xanh xung quanh khuẩn lạc. Một số loại môi trường chọn lọc thường dùng để phát hiện E. coli trong các loại mẫu như môi trường MacConkey, Eosin Methylene Blue (EMB), Endo, desoxycholate,...Trên môi trường MacConkey, E. coli thường tạo khuẩn lạc tròn, nhẵn, ẩm, màu hồng đến đỏ do khả năng lên men lactose và sinh acid. Trên thạch EMB, khuẩn lạc E. coli điển hình có ánh kim loại xanh lục đặc trưng. Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu của E. coli dao động từ 35°C – 37°C, pH thích hợp khoảng 6,5–7,5. Cũng như các loại vi khuẩn không sinh nha bào khác, E. coli không chịu nhiệt, đun 50°C trong 1 giờ, 60°C trong 30 phút, và tại 100°C vi khuẩn chết nhanh. Các chất sát trùng thông thường: axit phenic, biclorua thủy ngân, formol (0,2%) diệt vi khuẩn sau 5 phút. Ở môi trường bên ngoài các chủng E. coli độc tố có thể tồn tại đến 4 tháng. Vi khuẩn E. coli có khả năng đề kháng với sự sấy khô và hun khói. Trong đất và nước E. coli sống được khoảng vài tháng.

Đặc tính sinh hóa của 1 số chủng vi khuẩn sau 6 tháng

bảo quản đông khô bằng KIT API20E.

Đông khô (lyophilization) là một trong những phương pháp bảo quản vi sinh vật được sử dụng phổ biến và hiệu quả nhất hiện nay, đặc biệt trong việc lưu giữ lâu dài các chủng vi khuẩn có giá trị phục vụ nghiên cứu, chẩn đoán và sản xuất. Nguyên lý của phương pháp này dựa trên việc loại bỏ nước khỏi tế bào vi sinh vật thông qua quá trình thăng hoa của nước đá dưới điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất chân không, từ đó hạn chế tối đa các phản ứng hóa sinh bất lợi và sự phát triển của vi sinh vật trong quá trình bảo quản (Morgan et al., 2006). So với các phương pháp bảo quản lạnh thông thường (-20°C hoặc -80°C), đông khô có nhiều ưu điểm nổi bật như khả năng bảo quản trong thời gian dài, giảm chi phí năng lượng, thuận tiện cho vận chuyển và hạn chế nguy cơ mất mẫu do sự cố mất điện.

Tính ổn định của vi khuẩn sau đông khô thường được đánh giá thông qua khả năng sống, hình thái khuẩn lạc, đặc điểm sinh hóa và tính ổn định kiểu gen. Đối với các chủng vi khuẩn kháng kháng sinh, đặc biệt là vi khuẩn mang plasmid chứa các gen kháng thuốc, việc đánh giá tính ổn định sau đông khô càng có ý nghĩa quan trọng. Một số nghiên cứu cho thấy rằng quá trình đông khô, nếu không kiểm soát tốt, có thể ảnh hưởng đến khả năng duy trì plasmid hoặc làm thay đổi mức biểu hiện kiểu hình kháng kháng sinh (Carattoli, 2009; Frost et al., 2005). Vì vậy, việc kết hợp đánh giá khả năng sống, đặc điểm sinh học và tính ổn định di truyền sau đông khô là yêu cầu cần thiết trong công tác bảo tồn nguồn gen vi sinh vật kháng thuốc. Bên cạnh việc bảo tồn, đánh giá lại đặc tính sinh học, đặc tính kháng kháng sinh của các chủng E. coli kháng thuốc sau đông khô và đánh giá khả năng truyền plasmid mang gene ESBL không chỉ giúp đảm bảo chất lượng nguồn gen được lưu giữ mà còn cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho các nghiên cứu sâu hơn về vi khuẩn kháng kháng sinh.

Từ kết quả nghiên cứu khoa học của bộ môn Vệ sinh Thú y các năm trước đây, 12 chủng E. coli đã được giải trình tự toàn bộ hệ gen để phát hiện/phân tích và so sánh đặc điểm gen kháng một số loại kháng sinh quan trọng và nguy cơ lây truyền gen kháng thuốc của vi khuẩn E. coli phân lập từ gia súc và người tại Việt Nam. Trong đó có nhiều chủng vi khuẩn mang nhiều gen kháng thuốc khác nhau, bao gồm gen kháng beta lactam phổ rộng, gen kháng quinolone, colistin là những kháng sinh có vai trò quan trọng trong điều trị bệnh trên người do vi khuẩn đa kháng thuốc gây nên. Với mục tiêu bảo tồn, lưu trữ nguồn gen bản địa quý hiếm phục vụ cho công tác nghiên cứu sâu về đặc điểm sinh học phân tử gen gây kháng thuốc, bổ sung ngân hàng gen các chủng được phân lập tại Việt Nam, đồng thời các chủng này có thể đóng vai trò là các chủng đối chứng dương bản địa cho nhiều nghiên cứu sâu hơn về về loại huyết thanh học, kiểu trình tự gen (sequence type- ST), kiểu hình, kiểu gen kháng thuốc, nghiên cứu cơ chế kháng kháng sinh và truyền gen kháng thuốc của plasmid thông qua biến nạp…

Nhiệm vụ được triển khai theo cách tiếp cận bảo tồn – đánh giá – khai thác bền vững nguồn gen vi sinh vật thú y, trong đó 12 chủng E. coli kháng thuốc được xem là đối tượng nguồn gen có giá trị khoa học và thực tiễn cao. Trước hết, các chủng vi khuẩn được khôi phục từ nguồn lưu giữ, kiểm tra và đánh giá lại các đặc tính sinh học cơ bản, đặc tính kháng kháng sinh và khả năng truyền plasmid mang gen mã hóa ESBL, nhằm xác nhận tính ổn định của các đặc điểm sinh học và di truyền trước khi đưa vào bảo tồn lâu dài. Song song với đó, các chủng E. coli kháng kháng sinh được bảo quản bằng phương pháp đông khô, kết hợp theo dõi điều kiện lưu giữ, kiểm tra định kỳ khả năng sống và tính ổn định đặc tính nhằm đảm bảo chất lượng nguồn gen trong quá trình bảo tồn. Cuối cùng, nhiệm vụ thực hiện tư liệu hóa đầy đủ hồ sơ nguồn gen (nguồn gốc, đặc điểm nuôi cấy, đặc tính sinh học, đặc tính kháng thuốc…), tạo cơ sở cho việc khai thác, cung cấp giống vi sinh phục vụ nghiên cứu khoa học, đào tạo sau này.

Việc bảo tồn thành công 12 chủng E. coli kháng kháng sinh có ý nghĩa quan trọng trong việc tạo lập nguồn vật liệu sinh học phục vụ nghiên cứu khoa học, đào tạo và phát triển các phương pháp chẩn đoán. Các chủng vi khuẩn này, với đặc điểm sinh học và dữ liệu di truyền đã được xác định, có thể được sử dụng làm chủng đối chứng, kiểm chuẩn kỹ thuật, đặc biệt trong các nghiên cứu phát hiện và phân tích gen kháng kháng sinh, đồng thời hỗ trợ nghiên cứu sâu về cơ chế kháng kháng sinh. Đồng thời, kết quả này góp phần bổ sung và hoàn thiện ngân hàng nguồn gen vi sinh vật thú y, tạo cơ sở cho việc lưu trữ, khai thác và chia sẻ nguồn gen phục vụ công tác giám sát dịch tễ học và phòng chống kháng kháng sinh. Đây cũng là hướng tiếp cận phù hợp với chiến lược “Một sức khỏe” (One Health), nhằm kiểm soát hiệu quả sự lan truyền của vi khuẩn kháng thuốc giữa động vật, con người và môi trường.

- Tất cả 24 chủng giống vi sinh vật đã được bảo tồn trong giai đoạn 2015–2024 tiếp tục được lưu giữ và bảo quản ổn định. Các ống đông khô đáp ứng đầy đủ yêu cầu về cảm quan, độ chân không và khả năng hòa tan; nhiệt độ bảo quản được theo dõi định kỳ và duy trì trong giới hạn cho phép, đảm bảo chất lượng và tính ổn định của các chủng giống trong suốt thời gian bảo quản.

- Tất cả 12 chủng E. coli kháng thuốc phát triển ổn định trên các môi trường nuôi cấy với hình thái khuẩn lạc, tính chất bắt màu Gram âm, đặc điểm sinh hoá điển hình của của E. coli. Hầu hết các chủng mang kiểu hình đa kháng với nhiều kháng sinh quan trọng như ampicillin, cephalosporin thế hệ 3, aminoglycoside, sulfonamide và tetracycline. Kết quả phân tích lại trình tự toàn bộ hệ gen cho thấy sự phù hợp giữa các gen kháng thuốc và kiểu hình kháng, khẳng định tính ổn định và nhất quán của các đặc điểm sinh học và di truyền trước bảo tồn.

- Sau 6 tháng bảo quản đông khô, 12 chủng E. coli đều hồi phục tốt và duy trì ổn định các đặc điểm hình thái, tính chất bắt màu Gram, đặc tính sinh hóa và kiểu hình kháng kháng sinh so với thời điểm trước đông khô. Mật độ vi khuẩn sống sau 6 tháng bảo quản dao động từ 3,77×10⁶–1,89×10⁸ CFU/ml, với tỷ lệ sống đạt 9,76%–78,53%; đáp ứng tiêu chí theo TCVN 9298:2014. Thử nghiệm tiếp hợp xác nhận khả năng truyền plasmid mang blaCTX-M (91,67%) và blaTEM (44,44%) sang E. coli J53, phản ánh nguy cơ lan truyền mạnh các gen ESBL trong các chủng vi khuẩn được bảo tồn.

- Hồ sơ giống của 12 chủng E. coli kháng thuốc đã được tư liệu hóa đầy đủ, chuẩn hóa theo quy định lưu giữ nguồn gen vi sinh vật thú y, đảm bảo khả năng truy xuất, khai thác, sử dụng và cung cấp phục vụ nghiên cứu, đào tạo và giám sát kháng kháng sinh trong lĩnh vực thú y.

Dựa trên các kết quả nghiên cứu thu được, nhóm tác giả đã kiến nghị: Tiếp tục áp dụng và chuẩn hóa phương pháp đông khô trong bảo tồn các chủng vi khuẩn kháng sinh theo TCVN 9298:2014, đồng thời nghiên cứu bổ sung sột số chất bảo vệ thích hợp nhằm nâng cao tỷ lệ sống và độ ổnđịnh của vi khuẩn sau bảo quản dài hạn; Thay đổi nhiệt độ bảo quản xuống thấp hơn (-20⁰C hoặc -30⁰C), đồng thời mở rộng thời gian theo dõi sau đông khô (12 tháng, 24 tháng hoặc dài hơn) nhằm đánh giá toàn diện hơn nhiệt độ bảo quản tối ưu và tính ổn định lâu dàu của các đặc tính sinh học, di truyền và khả năng truyền gen kháng sinh của các chủng được bảo tồn.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu tại Trung tâm Công nghệ thông tin và truyền thông Hải Phòng.