นาโนซิลเวอร์ ช่วยเพิ่มอัตราการรอดชีวิตของกุ้งขาวจากโรคจุดขาวที่เกิดจากไวรัสโรคจุดขาว (WSSV) ด้วยการกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันของกุ้ง
นาโนซิลเวอร์ ช่วยเพิ่มอัตราการรอดของกุ้งขาวที่ติดเชื้อไวรัส WSSV
คำอธิบายการทดสอบ นาโนซิลเวอร์ ด้วยไวรัส WSSV
อุตสาหกรรมการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำทั่วโลกเติบโตอย่างต่อเนื่องในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา อย่างไรก็ตาม อุตสาหกรรมการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำยังต้องเผชิญกับความยากลำบากมากมาย ซึ่งก่อให้เกิดความเสียหายต่ออุตสาหกรรมทั้งหมด ความยากลำบากประการหนึ่งที่อุตสาหกรรมต้องเผชิญคือโรค โดยทั่วไปแล้วเป็นโรคจุดขาวที่เกิดจากไวรัสโรคจุดขาว (WSSV) ได้มีการพยายามทำการวิจัยมากมาย หนึ่งในนั้นคือการศึกษาวิจัยที่ดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์หลายราย เพื่อศึกษาความสามารถของอนุภาค SILVER NANO ในการส่งเสริมการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันของกุ้งที่ติดเชื้อไวรัส WSSV ผลการทดลองของนักวิทยาศาสตร์พบว่า การใช้ซิลเวอร์นาโนปริมาณต่ำเพียง 12ppb (0.012ppm) จะช่วยเพิ่มอัตราการรอดชีวิตของกุ้งที่ติดเชื้อได้ถึง 20%
บันทึก
นักวิทยาศาสตร์พบว่าอัตราการรอดชีวิตที่เพิ่มขึ้น 20% ของกุ้งที่ติดเชื้อที่ได้รับการรักษาด้วย นาโนซิลเวอร์ มีความเกี่ยวข้องกับการแสดงออกของยีน LGBP เพิ่มขึ้นสองเท่า LGBP (Lipopolysaccharide and beta-1,3-glucan binding protein) เป็นยีนหลักในระบบภูมิคุ้มกันของกุ้งเมื่อติดเชื้อไวรัส WSSV ซึ่งทำให้เกิดโรคจุดขาวในกุ้ง
ธาตุเหล็กส่วนเกินในบ่อที่ปนเปื้อนสารส้มจะก่อให้เกิดสภาพแวดล้อมที่เอื้ออำนวยต่อการพัฒนาของไวรัสโรคจุดขาว ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าอนุภาคนาโนเงินปริมาณเล็กน้อยสามารถเพิ่มการตอบสนองภูมิคุ้มกันในกุ้งเพื่อต่อสู้กับโรคจุดขาวได้ และการใช้อนุภาคนาโนเงินไม่มีผลเสียต่อกุ้งที่มีสุขภาพดี โรคนี้เกิดจากไวรัสจึงยังไม่มีการรักษาที่เฉพาะเจาะจงในปัจจุบัน วิธีแก้ไขขึ้นอยู่กับระบบภูมิคุ้มกันของกุ้งที่ติดเชื้อและการปรับปรุงสภาพแวดล้อมในการดำรงชีวิต ดังนั้นเพื่อป้องกันโรคจุดขาวที่เกิดจากไวรัส WSSV จึงจำเป็นต้องใช้ซิลเวอร์นาโนร่วมกับการควบคุมปริมาณธาตุเหล็ก (เหล็กซัลเฟต) ในสภาพแวดล้อมการทำฟาร์ม
คำอธิบายการทดลอง นาโนซิลเวอร์
- ตัวอย่างกุ้งที่ศึกษาเป็นกุ้งจำนวนชุด ขนาดประมาณ 8 กรัม (125 ตัว/กก.) เลี้ยงในถังที่อุณหภูมิประมาณ 26 องศาเซลเซียส กุ้งจะถูกเลี้ยงดูภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้จนกระทั่งมีน้ำหนักถึง 10 กรัม (100 ตัว/กก.) กุ้งได้รับอาหารสำเร็จรูปเชิงพาณิชย์ทั่วไปที่มีโปรตีนร้อยละ 35.
- เชื้อไวรัสจุดขาว (WSSV) ที่ได้รับจากห้องปฏิบัติการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ ITVY (เม็กซิโก) ได้รับการฉีดเข้าในปล้องที่สามของช่องท้องของกุ้ง.
- ซิลเวอร์นาโน (AgNP) ได้รับการทดสอบที่ความเข้มข้น 120ppm และ 12ppm ภายใต้เงื่อนไขต่างๆ ดังแสดงในตารางที่ 2 ด้านล่าง.
– กลุ่ม S1 ได้รับการทดสอบด้วยความเข้มข้นของนาโนซิลเวอร์ 120ppm ในตัวอย่างกุ้งที่ติดเชื้อไวรัสโรคจุดขาว
– กลุ่ม S2 ได้รับการทดสอบด้วยความเข้มข้นของนาโนซิลเวอร์ 12ppm ในตัวอย่างกุ้งที่ติดเชื้อไวรัสโรคจุดขาว
– กลุ่ม S3 ได้รับการทดสอบด้วยความเข้มข้นของนาโนซิลเวอร์ 120ppm ในตัวอย่างกุ้งที่ติดเชื้อไวรัสโรคจุดขาวในสภาพแวดล้อมที่มีธาตุเหล็ก (FeSO4)
– กลุ่ม S4 ได้รับการทดสอบด้วยความเข้มข้นของนาโนซิลเวอร์ 12ppm ในตัวอย่างกุ้งที่ติดเชื้อไวรัสโรคจุดขาวในสภาพแวดล้อมที่มีธาตุเหล็ก (FeSO4)
– กลุ่ม S5 ทดสอบกับตัวอย่างกุ้งที่ติดเชื้อไวรัสจุดขาวแต่ไม่มีนาโนซิลเวอร์และเหล็ก (FeSO4)
– กลุ่ม S6 ได้รับการทดสอบกับตัวอย่างกุ้งที่มีสุขภาพปกติ โดยไม่ใช้ซิลเวอร์นาโน และในสภาพแวดล้อมที่ไม่มีเหล็ก (FeSO4)
4. การวิเคราะห์การแสดงออกของยีนไวรัสจุดขาว (WSSV) และระบบภูมิคุ้มกันด้วย real-time PCR ยีน Vp24 ของไวรัสโรคจุดขาว (WSSV) เข้ารหัสโปรตีนหลักสำหรับการแสดงออกของไวรัสซึ่งอยู่บนเยื่อหุ้มไวรัส
ผลการทดสอบ นาโนซิลเวอร์
- ผลการวิเคราะห์เนื้อเยื่อกุ้ง
- รูปถ่ายของเนื้อเยื่อแข็งแรงที่สัมผัสกับ นาโนซิลเวอร์ ที่ผ่านการบำบัดตามการทดลองบนเนื้อเยื่อต่างๆ ของกุ้ง ได้แก่ ก) อวัยวะน้ำเหลือง ข) เหงือก และ ค) กระเพาะอาหาร ดังแสดงในรูปที่ 1 ด้านล่าง ภาพถ่ายแสดงให้เห็นว่า นาโนซิลเวอร์ ที่ใช้ในความเข้มข้นที่ศึกษาไม่ได้ก่อให้เกิดผลข้างเคียงใดๆ.
- ในทางกลับกัน กุ้งที่ติดเชื้อไวรัสจุดขาว (กลุ่ม S5) พบว่านิวเคลียสเซลล์หรืออวัยวะในกุ้งขยายตัว ผลลัพธ์มีความคล้ายคลึงกับตัวอย่างทดสอบที่มีธาตุเหล็กของกลุ่ม S3 และ S4 โดยมีอนุภาคนาโนเงินปรากฏอยู่ในรูปที่ 2 ด้านล่าง ผลการถ่ายภาพแสดงให้เห็นว่าไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างกุ้งที่ได้รับการบำบัดด้วย นาโนซิลเวอร์ และกุ้งที่ไม่ผ่านการบำบัด อย่างไรก็ตาม สิ่งที่พิเศษก็คือระยะเวลาการอยู่รอดจะแตกต่างกันเมื่อได้รับการบำบัดด้วยนาโนซิลเวอร์
2. การทดลองกับไวรัส WSSV
- ตัวอย่างทดสอบ (S1-S5) ได้รับการสัมผัสกับไวรัสโรคจุดขาวอีกครั้ง จากนั้นบันทึกอัตราการเสียชีวิตหลังจาก 6 ชั่วโมงหลังการติดเชื้อ (ชั่วโมงหลังการติดเชื้อ: จำนวนชั่วโมงหลังการติดเชื้อไวรัส) จนกระทั่งตัวอย่าง S5 (ไม่ได้ใช้ซิลเวอร์นาโน) ตายสนิท.
- ผลลัพธ์แสดงดังรูปที่ 3 ข้างล่าง:
- ผลลัพธ์ในรูปที่ 3 แสดงอัตราการเสียชีวิต 100% ของตัวอย่าง S5 ที่ไม่ได้รับการรักษาด้วย นาโนซิลเวอร์ ภายหลังการติดไวรัสเป็นเวลา 96 ชั่วโมง
- กลุ่ม S3 และ S4 เป็นกลุ่มทดลองสองกลุ่มที่มีธาตุเหล็กปรากฏเป็นเส้นสีดำและสีเขียว โดยอัตราการเสียชีวิตจะอยู่ในตำแหน่งสูงสุดเสมอเมื่อเทียบกับตัวอย่างทดลองที่เหลือ พิสูจน์ได้ว่าการมีธาตุเหล็กอยู่ในสิ่งแวดล้อมทำให้เกิดเงื่อนไขที่เอื้ออำนวยต่อไวรัส ส่งผลให้มีอัตราการเสียชีวิตเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
- ผลการทดสอบขั้นสุดท้ายแสดงให้เห็นว่ากลุ่ม S5, S3 และ S4 มีอัตราการเสียชีวิต 100% หลังจากการติดเชื้อไวรัส 96 ชั่วโมง อย่างไรก็ตาม กลุ่ม S1 และ S2 ซึ่งเป็นกลุ่มที่ใช้ซิลเวอร์นาโน มีอัตราการเสียชีวิตอยู่ที่ 10% และ 20% ซึ่งหมายความว่า อัตราการเสียชีวิตของกลุ่ม S1 อยู่ที่ 80% และกลุ่ม S2 อยู่ที่ 90%
- กลุ่มควบคุม S6 เป็นกลุ่มที่มีสุขภาพดีโดยมีอัตราการเสียชีวิต 0% เงื่อนไขการทดสอบเหมือนกันทุกประการและไม่มีการปนเปื้อนข้ามกัน ตรวจโดยวิธี real-time PCR.
3. ผลการทดสอบปริมาณไวรัสในตัวอย่าง
- การตรวจสอบปริมาณไวรัสโรคจุดขาวในกุ้งโดยใช้โปรตีนของยีน Vp24 ของไวรัส WSSV โดยวิธี realtime PCR ผลลัพธ์แสดงไว้ในรูปที่ 4C ด้านล่าง.
- ผลการศึกษาพบว่ากลุ่มศึกษา S1 – S4 มีปริมาณไวรัสสูงกว่ากลุ่ม S5 อย่างมีนัยสำคัญ แม้ว่ากลุ่ม S1 – S4 จะเป็นกลุ่มที่ได้รับการบำบัดด้วย นาโนซิลเวอร์ ก็ตาม กลุ่ม S5 คือกลุ่มที่ไม่ได้รับการบำบัดด้วย นาโนซิลเวอร์.
4.ผลการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันกุ้งต่อไวรัสโรคจุดขาว
- การตอบสนองภูมิคุ้มกันของกุ้งต่อการติดเชื้อไวรัสโรคจุดขาวถูกกำหนดโดยใช้โปรตีนในส่วนยีน LGBP และ CuZnSOD ผลลัพธ์แสดงไว้ในรูปที่ 4A และ 4B ด้านล่าง.
- ผลลัพธ์ในรูปที่ 4A แสดงให้เห็นว่า เมื่อทดสอบตัวอย่าง S1 และ S2 กิจกรรมของส่วนยีน LGBP จะถึงระดับสูงสุดที่ 36 ชั่วโมงของการติดเชื้อ WSSV หลังจากผ่านไป 36 ชั่วโมง กิจกรรมของยีน LGBT ลดลงสู่ระดับปกติ สำหรับตัวอย่าง S3 และ S4 ผลลัพธ์จะคล้ายกับผลลัพธ์ของตัวอย่าง S1 และ S2 ถึงแม้ว่าจะมีเหล็กอยู่ในสภาพแวดล้อมของตัวอย่าง S3 และ S4 ก็ตาม ดังนั้นตัวอย่าง S1 – S4 ที่ใช้ซิลเวอร์นาโนจึงมีผลในเชิงบวกต่อการเพิ่มภูมิคุ้มกันผ่านการกระตุ้นการทำงานของยีน LGBP.
- ตรงกันข้ามกับภูมิคุ้มกันที่เพิ่มขึ้นของตัวอย่าง S1 – S4 ตัวอย่าง S5 กลับมีการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันที่ต่ำมาก คือเพียงครึ่งเดียวของตัวอย่าง S1 – S4 สาเหตุก็เพราะว่าตัวอย่าง S5 ได้รับการติดเชื้อไวรัสโรคจุดขาว WSSV แต่ไม่ได้ใช้ซิลเวอร์นาโน.
- ตัวอย่าง S6 ไม่ได้รับการติดเชื้อ WSSV และไม่ได้ใช้ซิลเวอร์นาโน การตอบสนองภูมิคุ้มกันของร่างกายต่ำมากเนื่องจากไม่มีเชื้อโรค การพิสูจน์ว่านาโนซิลเวอร์ ช่วยสนับสนุนการตอบสนองภูมิคุ้มกัน ไม่ใช่สาเหตุโดยตรงของการกระตุ้นยีน LGBT.
- ผลลัพธ์ในรูปที่ 4B แสดงให้เห็นว่าคอลัมน์สีดำหลังจากผ่านไป 30 ชั่วโมงนับจากเวลาที่เกิดการติดเชื้อ ตัวอย่างจากกลุ่ม S1 – S5 มีค่าใกล้เคียงกันและเป็นสองเท่าของตัวอย่าง S6 (ตัวอย่างควบคุมที่ไม่มีการติดเชื้อ) พิสูจน์ได้ว่า นาโนซิลเวอร์ ที่ใช้ในตัวอย่าง S1 – S4 ไม่มีผลต่อยีน Cu,Zn-SOD การเพิ่มขึ้นสองเท่าข้างต้นเป็นผลมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าตัวอย่าง S6 ไม่ได้รับการติดเชื้อ หลังจากผ่านไป 36 ชั่วโมง กิจกรรมของยีนดังกล่าวข้างต้นกลับมาเป็นปกติในตัวอย่าง S3 และ S4 เท่านั้น เนื่องจากมีธาตุเหล็กอยู่ในตัวอย่าง S3 และ S4 ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าเมื่อกุ้งได้รับการติดเชื้อ ยีน CuZn-SOD จะออกฤทธิ์สูงในช่วง 30 ชั่วโมงแรก และกลับมาเป็นปกติหลังจาก 36 ชั่วโมง ในสภาพแวดล้อมที่มีธาตุเหล็ก กิจกรรมของยีนนี้จะลดลง ส่งผลให้กุ้งมีอัตราการตายของเพิ่มมากขึ้น.
เอกสารอ้างอิง
Alba R. Ochoa-Meza, Ana R. Álvarez-Sánchez, Carlos R. Romo-Quiñonez, Aarón Barraza, Francisco J. Magallón-Barajas, Alexis Chávez-Sánchez, Juan Carlos García-Ramos, Yanis Toledano-Magaña, Nina Bogdanchikova, Alexey Pestryakov, Claudio Humberto Mejía-Ruiz, Silver nanoparticles enhance survival of white spot syndrome virus infected Penaeus vannamei shrimps by activation of its immunological system, Fish and Shellfish Immunology 84 (2019) 1083–1089.