Ngành công nghiệp thức ăn chăn nuôi đã từ lâu khám phá những lợi ích của nấm men và vi sinh – dưới dạng từng phần hoặc toàn bộ – nhằm nâng cao hiệu quả chăn nuôi. Từ những năm 1960, probiotics và prebiotics chủ yếu được sử dụng để cải thiện hiệu suất, chẳng hạn như bổ sung nấm men sống để tăng sản lượng sữa ở bò sữa, hoặc làm giảm tác động của nhiều mầm bệnh; ví dụ như β-glucans kích thích hoạt động thực bào của đại thực bào, hoặc mannan oligosaccharides (MOS) kết dính vi khuẩn có fimbriae type 1 để ngăn chúng bám vào niêm mạc ruột. Tuy nhiên, trong thập kỷ qua, tiềm năng của nấm men và vi sinh đã lên men – được gọi là postbiotics – mới được hiểu rõ hơn. Trong khi prebiotics và probiotics thường có chức năng cụ thể hoặc giới hạn, thì postbiotics lại mang đến một phổ lợi ích rộng hơn góp phần vào sức khỏe tổng thể, khả năng miễn dịch và sức đề kháng của vật nuôi.
Bài viết này nhằm cung cấp cái nhìn toàn diện về sự khác biệt giữa prebiotics, probiotics và postbiotics. Bài viết cũng phân biệt giữa postbiotics có nguồn gốc từ nấm men và từ vi sinh. Một số dữ liệu mới về tác động của postbiotics từ Lactobacillus rhamnosus và L. farciminis lên hiệu suất, các chỉ số miễn dịch và khả năng kết dính Vibrio ở tôm thẻ chân trắng cũng được trình bày.
Định nghĩa và cơ chế hoạt động của prebiotics, probiotics và postbiotics
Thuật ngữ “prebiotic” được Gibson và Roberfroid (1995) giới thiệu, định nghĩa là “một thành phần thức ăn không tiêu hóa được, mang lại lợi ích cho vật chủ bằng cách chọn lọc kích thích sự phát triển và hoạt động của một hoặc một số lượng giới hạn vi khuẩn trong ruột.” Prebiotics thường là những phần của hoặc toàn bộ màng của các tế bào nhân sơ. Ví dụ bao gồm: fructooligosaccharides (FOS), galactooligosaccharides (GOS), mannan oligosaccharides (MOS), β-glucans, peptidoglycans, inulin, v.v. Prebiotics thường được tạo ra bằng cách nuôi cấy vi sinh vật với số lượng lớn, sau đó sử dụng enzyme để cắt bỏ các phần nhất định. Trong quá trình này hầu như không có hoạt động lên men.
Probiotics là những vi sinh vật có lợi hỗ trợ sức khỏe đường ruột bằng cách cạnh tranh với vi khuẩn gây hại, củng cố hàng rào ruột và tạo ra các hợp chất kháng khuẩn. Chúng tăng cường tiêu hóa, miễn dịch và chuyển hóa, ảnh hưởng đến trục ruột-não và giải độc các chất có hại. Một số chủng probiotic phổ biến là Lactobacillus và Bacillus. Các vi khuẩn này đặc biệt hiệu quả vì chúng sản xuất và giải phóng axit lactic trong đường ruột. Axit lactic chưa phân ly là một chất kháng khuẩn mạnh, có thể xâm nhập màng tế bào vi khuẩn, phá vỡ chuyển hóa và cấu trúc của vi khuẩn. Khác với dạng phân ly, axit lactic chưa phân ly có tính ưa mỡ, dễ dàng khuếch tán qua màng vi khuẩn, đặc biệt ảnh hưởng đến vi khuẩn Gram âm và một số Gram dương. Khi vào trong tế bào, nó làm axit hóa tế bào chất, phá vỡ chuyển hóa, làm cạn kiệt năng lượng và sụp đổ gradient proton. Điều này khiến màng tế bào vi khuẩn trở nên thấm và dễ bị các chất kháng khuẩn khác tấn công. Hiệu quả của axit lactic cao hơn trong môi trường pH thấp, điều này giải thích vì sao sử dụng axit hữu cơ là giải pháp tự nhiên hiệu quả trong kiểm soát mầm bệnh.
Postbiotics là các hợp chất sinh học được tạo ra từ quá trình lên men của vi khuẩn có lợi như Lactobacillus farciminis, L. rhamnosus, hoặc từ nấm men như Saccharomyces cerevisiae, L. boulardii. Không giống probiotics, postbiotics không yêu cầu vi khuẩn sống để có tác dụng, nên ổn định hơn và dễ tích hợp vào thức ăn chăn nuôi. Môi trường nuôi cấy chứa hàng trăm chất chuyển hóa như axit béo chuỗi ngắn (SCFAs), peptide, axit hữu cơ, enzyme, mảnh vỡ tế bào vi khuẩn, và nhiều thành phần khác giúp cải thiện sức khỏe đường ruột, điều hòa miễn dịch và nâng cao hiệu suất vật nuôi.
Postbiotics từ nấm men so với từ vi khuẩn
Các chất chuyển hóa postbiotic từ nấm men khác biệt rõ rệt so với các chất từ vi khuẩn.
Điều này có liên quan đến sự khác biệt trong cơ chế phòng vệ giữa vi khuẩn và nấm men.
Nấm men, đặc biệt là Saccharomyces cerevisiae, qua hàng triệu năm đã phát triển nhiều cơ chế phòng vệ chống lại tấn công từ vi khuẩn và virus. Hàng rào phòng vệ đầu tiên là thành tế bào vững chắc gồm β-glucans, mannoprotein và chitin – hoạt động như một lớp bảo vệ. Nấm men còn có thể kích hoạt tự thực hoặc chết theo chương trình để hạn chế lây lan trong quần thể. Để cạnh tranh với vi khuẩn, nấm men làm giảm dinh dưỡng thiết yếu như đường, amino acid và thay đổi pH môi trường nhằm tạo điều kiện không thuận lợi cho vi khuẩn phát triển. Một cơ chế khác là sản xuất protein sốc nhiệt (HSPs), giúp tế bào sống sót trong điều kiện căng thẳng do vi khuẩn hay virus gây ra bằng cách tái cấu trúc protein. Cơ chế cuối cùng là sản xuất enzyme chống oxy hóa (như superoxide dismutase và catalase) để trung hòa các gốc oxy hóa (ROS) hình thành khi bị tấn công.
Các chủng nấm men khác nhau có những cơ chế bảo vệ khác nhau với virus. Một số chủng bị nhiễm virus sợi đôi (dsRNA) sản xuất độc tố để tiêu diệt virus. Một số chủng có khả năng ngăn chặn RNA virus (RNA interference), nhưng S. cerevisiae không còn khả năng này. Ngoài ra, nấm men có thể ức chế quá trình sao chép virus, hạn chế sự nhân lên quá mức.
Cơ chế phòng vệ của vi khuẩn khác biệt cơ bản so với nấm men. Vi khuẩn có nhiều chiến lược phòng vệ, được chia thành 3 nhóm: cấu trúc, hóa học và di truyền.
Cơ chế cấu trúc giống nấm men: Cạnh tranh dinh dưỡng và không gian sống.
Cơ chế hóa học: Sản xuất các chất kháng khuẩn như bacteriocin, kháng sinh, axit hữu cơ, hydrogen peroxide, enzyme phân giải như protease, lysozyme,... Tuy nhiên, cơ chế mạnh mẽ nhất là tạo màng sinh học (biofilm) – cộng đồng vi khuẩn được bao bọc bởi chất nền bảo vệ. Màng sinh học giúp vi khuẩn chống lại các mối nguy như kháng sinh, chất kháng khuẩn và căng thẳng môi trường. Một số màng sinh học còn sử dụng hệ thống “quorum sensing” – cơ chế giao tiếp giúp vi khuẩn phối hợp hành động để sống sót.
Hình 1. Tỷ lệ sống của tôm thẻ chân trắng trong 5 thí nghiệm môi trường khác nhau ở giai đoạn PL30 (nhiệt độ thấp, nhiệt độ cao, độ mặn thấp, độ mặn cao, formalin cao)
Chiến lược phòng vệ mạnh mẽ khác là hệ thống phòng vệ di truyền CRISPR-Cas nhận biết và tiêu diệt vật liệu di truyền ngoại lai từ thể thực khuẩn (virus lây nhiễm vi khuẩn). Hệ thống này cho phép vi khuẩn phát triển khả năng miễn dịch đối với các đợt nhiễm virus trước đó bằng cách lưu trữ các đoạn DNA virus và sử dụng chúng để nhận diện kẻ xâm nhập trong tương lai. Một chiến lược phòng vệ di truyền khác là sử dụng enzyme cắt DNA ngoại lai, như hệ gen của thể thực khuẩn, đồng thời bảo vệ DNA của chính vi khuẩn bằng các mẫu methyl hóa đặc hiệu (hệ thống Restriction–Modification). Những chiến lược này giúp vi khuẩn cạnh tranh với các vi sinh vật khác, chống lại sự nhiễm bệnh và thích nghi với môi trường thay đổi, đảm bảo sự sống còn lâu dài trong các hệ sinh thái đa dạng.
Rõ ràng cơ chế phòng vệ giữa nấm men và vi khuẩn là rất khác nhau. Trong quá trình lên men, vi sinh vật chịu áp lực từ thiếu oxy, thiếu dinh dưỡng, nhiệt độ cao và cạnh tranh không gian sống; điều này kích thích chúng sản xuất và giải phóng các chất chuyển hóa có lợi. Các chất này được chứng minh có tác dụng lớn trong việc cải thiện sức khỏe đường ruột ở nhiều loài động vật.
Postbiotics trong nuôi tôm
Hiệu quả của postbiotic Metalac (STI Biotechnologie) đã được kiểm chứng trong một nghiên cứu gần đây trên tôm thẻ chân trắng. Metalac là sản phẩm postbiotic được sản xuất nhờ quá trình lên men kép của 2 chủng Lactobacillus (L. farciminis và L. rhamnosus). Trong 4 thử nghiệm trước (Orapint và cộng sự, 2021), Metalac cho thấy khả năng cải thiện rõ rệt sức đề kháng của tôm trước các điều kiện môi trường khắc nghiệt.
Trong 4 thử nghiệm này, 2 nhóm tôm được nuôi từ PL5 đến PL30, với một nhóm được cho ăn thức ăn đối chứng, nhóm còn lại cho ăn thức ăn trộn 1 kg Metalac/tấn thức ăn. Kết quả cho thấy tỷ lệ sống tăng lần lượt 62%, 8%, 22%, 23% và 10% trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt (nhiệt độ thấp, nhiệt độ cao, độ mặn thấp, độ mặn cao, formalin cao), trung bình tăng 20% tổng thể (Hình 1).
Những kết quả này cho thấy postbiotic từ Lactobacillus giúp tôm tăng khả năng chống chịu với các stress môi trường. Điều này đặc biệt quan trọng tại Đông Nam Á, nơi nhiệt độ ao tôm thường thay đổi đột ngột.
Trong một nghiên cứu gần đây (Sritunyalucksana và cộng sự, 2025), tôm được cho ăn thức ăn bổ sung Metalac (0,5 kg/MT) trong 4 tuần. Ảnh hưởng của Metalac đến đường ruột, hệ vi sinh vật và miễn dịch tôm được đánh giá. Ngoài ra, khả năng ngưng kết cũng được kiểm tra nhằm đánh giá hoạt động kháng khuẩn tự nhiên của huyết thanh tôm.
Kết quả sau 1 tháng cho thấy tôm ăn thức ăn có Metalac có kích thước lớn hơn nhóm đối chứng (Metalac: 4.16 ± 0.6 g; đối chứng: 3.64 ± 0.6 g, không có sự khác biệt đáng kể về thống kê - NS).
Không có sự khác biệt đáng kể về tổng số tế bào máu (THC) và số lượng tế bào máu khác biệt (DHC), nhưng hoạt động thực bào và chỉ số thực bào của tế bào máu đều tăng đáng kể (p<0,016, p<0,004; Hình 2).
Hình 2. Hoạt động và chỉ số thực bào ở tôm thẻ chân trắng được cho ăn không có (T1) và có bổ sung Metalac (T2)
Hình 3. Hình ảnh cho thấy hiện tượng ngưng kết vi khuẩn trong huyết tương của tôm thẻ chân trắng ở nhóm đối chứng (T1) và nhóm sử dụng Metalac (T2)
Nồng độ enzyme phenoloxidase không tăng đáng kể ở nhóm Metalac so với nhóm đối chứng, nhưng biểu hiện gen liên quan đến prophenoloxidase (proPO) lại tăng đáng kể ở nhóm Metalac.
Kết quả từ xét nghiệm ngưng kết vi khuẩn trong huyết tương cho thấy hiệu giá ngưng kết trung bình dao động từ 683 đến 1.280 ở hai nhóm ăn thử nghiệm. Nhóm sử dụng Metalac cho thấy hiệu giá ngưng kết vi khuẩn cao hơn đáng kể so với nhóm đối chứng T1 (p=0,002). Hiệu quả in vitro của Metalac đối với sự ngưng kết VP-AHPND cũng đã được chứng minh.
Hiệu giá ngưng kết trung bình của nhóm không sử dụng Metalac là 0 đối với VP-AHPND và 230 ± 166 khi sử dụng Metalac.
Tôm cũng được thử thách với vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus (VP-AHPND) trong phòng thí nghiệm, với kết quả cho thấy tỷ lệ sống là 55% so với 30% ở nhóm đối chứng.
Kết luận
Có thể kết luận rằng postbiotics từ Lactobacillus có tiềm năng giúp giảm thách thức vi khuẩn và căng thẳng môi trường trong nuôi tôm.
