Một số ứng dụng công nghệ sinh học trong chăn nuôi

1. Tình hình ứng dụng CNSH trong chăn nuôi

1.1   Trên thế giới

Chăn nuôi ngày càng trở nên quan trọng hơn trong việc phát triển nông nghiệp ở các nước đang phát triển. Ở các nước này, phần lớn người chăn nuôi với quy mô nông hộ, diện tích đất nhỏ, số lượng gia súc ít. Đồng thời, họ phải chăn nuôi trong điều kiện khó khăn như: không có đủ điều kiện để khắc phục những khó khăn của khí hậu (nóng, ẩm, thiếu nước sạch…), không có đủ thông tin để xác định những nguồn thực phẩm có thể dùng cho gia súc. Vì vậy, khả năng sản xuất và sinh sản của gia súc ở các nước này còn khá thấp so với các nước có nền chăn nuôi phát triển. Tuy nhiên, trong điều kiện đó, nếu áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật, nhất là CNSH, sẽ giúp gia tăng đáng kể năng suất của gia súc ở các nước này.

Đã có nhiều kỹ thuật CNSH được áp dụng trong chăn nuôi ở cả các nước đã phát triển và đang phát triển. Tuy nhiên, những kỹ thuật CNSH chủ yếu đã được áp dụng thành công ở các nước đang phát triển là: công nghệ di truyền, công nghệ sinh sản bao gồm cấy truyền phôi và các kỹ thuật liên quan, công nghệ vắc xin và kỹ thuật chẩn đoán bệnh, công nghệ thức ăn chăn nuôi để cải thiện tính khả dụng của nguồn thức ăn chăn nuôi. Cụ thể là:

– Công nghệ di truyền: việc ứng dụng công nghệ di truyền trên gia súc mang lại nhiều kết quả so với trên cây trồng. Như trong kỹ thuật chuyển gen để tạo ra những sinh vật biến đổi gen (GMO), đã có nhiều cây trồng biến đổi gen (GMP) được đưa vào sản xuất đại trà như lúa, bắp, đậu nành… nhưng chưa có vật nuôi biến đổi gen (GMA) được đưa ra sản xuất trừ một số trường hợp dùng GMA để sản xuất dược phẩm cho ngành Y tế. Trong chăn nuôi, chủ yếu vẫn đang nghiên cứu những gen có tác động trực tiếp đến việc nâng cao năng suất như: HAL, ESR,  RN, BLAD, phytase gene, keratin gene…. Và có lẽ Somatoropin (BST hay PST) là sản phẩm đầu tiên của CNSH có tác dụng hiệu quả đến ngành chăn nuôi. Ngoài ra, hướng ứng dụng khác đang được chú ý mạnh mẽ ứng dụng CNSH trong việc chọn giống gia súc, VD: các nhà khoa học Mỹ và Canada đang thử nghiệm các thẻ sinh học phát quang (llluminar Bovine SNP50 BeadChip) là một miếng kính mỏng có chứa hàng ngàn marker DNA được gọi là những trạng thái khác nhau của nucleotide đơn hay SNPs (single nucleotide polymorphisms), chúng được sử dụng để tìm sự tương quan giữa DNA marker và các tính trạng. BeadChip  đã được nghiên cứu để ứng dụng trên cả bò sữa và bò thịt, nó đang được thử nghiệm ở 23 nơi khác nhau thuộc 11 quốc gia.

– Công nghệ sinh sản:  mục đích trực tiếp là nhằm cải thiện khả năng sinh sản của gia súc, từ đó gián tiếp giúp tăng năng suất, tăng tốc độ cải thiện di truyền và kiểm soát hiệu quả việc lây lan mầm bệnh qua sinh sản. Các kỹ thuật bao gồm: kỹ thuật thụ tinh nhân tạo (Al), kỹ thuật gây đa xuất noãn và cấy chuyển phôi (MOET), kỹ thuật thụ tinh trong ống nghiệm (IVF), kỹ thuật xác định giới tính của phôi (SE), kỹ thuật nhân bản vô tính (Cloning)…

– Công nghệ vắc xin và chẩn đoán bệnh: 90% các kỹ thuật CNSH liên quan đến vấn đề sức khỏe đều tập trung vào việc nghiên cứu giải quyết các vấn đề liên quan tại các nước phát triển, nơi chỉ chiếm 10% dân số trên thế giới. Chủ yếu là sản xuất các vắc xin tái tổ hợp (Recombinant DNA), bao gồm: xác định và xóa bỏ những gen sản xuất chất độc trên mầm bệnh (vi khuẩn hay virus) để sản xuất được những vắc xin sống an toàn, đồng thời xác định những cấu trúc phân tử của những protein từ mầm bệnh có tác dụng kích thích hệ miễn dịch của vật chủ. Ngoài ra, những kỹ thuật CNSH khác như ELISA, PCR, kháng thể đơn dòng, kháng nguyên tái tổ hợp… đã trở thành những công cụ hữu hiệu và không thể thiếu trong việc chẩn đoán bệnh ở mức độ phân tử trên gia súc.

– Công nghệ thức ăn chăn nuôi (TACN): để tăng tính khả dụng và hiệu quả của TACN, hai vấn đề đặt ra là công nghệ tồn trữ TACN trong điều kiện khí hậu khó khăn và tăng giá trị dinh dưỡng của các nguyên liệu sử dụng. Ngoài ra, các hoạt chất như enzyme, probiotic, protein đơn bào, kháng sinh… đã được thêm vào trong TACN để trợ giúp cho quá trình dinh dưỡng của gia súc. Các chất hỗ trợ quá trình biến dưỡng cũng được sử dụng như rBST (recombinanat Somatotropin).

1.2 Tại Việt Nam

Cũng như các nước đang phát triển, CNSH trong chăn nuôi ở Việt Nam chưa có những thành tựu đáng kể như trong cây trồng. Các kết quả đạt được như sau:

– Công nghệ di truyền: chủ yếu là các nghiên cứu trên heo như: gen Halothan, gen thụ thể Estrogen và Prolactin, tính đa hình của 3 gen khác là PSTF1, Myogenin và HFA-BP. Điều đáng chú ý là chưa thấy những công trình nghiên cứu ứng dụng công nghệ di truyền trong chọn lọc giống gia súc và chưa có nhiều các nghiên cứu trên gia súc khác. Một số các công trình đã thực hiện:

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của gen Halothane trên khả năng sinh trưởng, sinh sản và chất lượng thịt heo của Nguyễn Ngọc Tuân và Trần Thị Dân (2001); Nguyễn Văn Cường và ctv (2002).

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của 2 gen thụ thể estrogen và prolactin trên khả năng sinh sản (số con sơ sinh/ lứa đẻ) của heo: Lê Thị Thúy và ctv (2002); Trần Thị Dân và ctv (2005);

+ Nghiên cứu tính đa hình của 3 gen: PSTF1 gene, myogenin gene và heart fatty axit BP gene liên quan đến khả năng sinh trưởng, sự biệt hóa cơ và mỡ trong cơ: Phạm Thu Thủy và ctv (2003); Nguyễn Văn Anh (2005); Nguyễn Thu Thủy và ctv (2005).

– Công nghệ sinh sản: là lĩnh vực được tập trung nghiên cứu nhiều hơn cả, điều này thể hiện qua nhiều công trình nghiên cứu tầm cỡ trong và ngoài nước như: nghiên cứu về việc đông lạnh phôi (Viện CNSH), sản xuất phôi in-vitro và in-vivo, kỹ thuật cấy truyền phôi, kỹ thuật cắt phôi, xác định giới tính phôi, sản xuất phôi bằng tinh đã phân loại (sorted semen)…  Khác với công nghệ di truyền, công nghệ sinh sản lại được thực hiện chủ yếu trên bò thịt và sữa, vì đây là loài đơn thai, nên việc cải thiện khả năng sinh sản là cần thiết hơn cả loài đa thai. Tuy nhiên, các kỹ thuật trong công nghệ sinh sản hiện cũng chỉ dừng ở mức độ nghiên cứu thử nghiệm, vẫn chưa được áp dụng đại trà vì nhiều nguyên nhân như: Thiếu nguồn kinh phí hỗ trợ để thực hiện các biện pháp khuyến nông nhằm chứng minh cho người chăn nuôi thấy rõ hiệu quả của chúng (điều này đã từng được làm rất tốt khi phổ biến kỹ thuật thụ tinh nhân tạo trên bò vào những năm 80); thiếu đội ngũ kỹ thuật viên chuyên nghiệp (vì đa số các kỹ thuật này rất khó, đòi hỏi phải được đào tạo và có nhiều kinh nghiệm thực tiễn), Thiếu kinh phí đầu tư để sản xuất những nguyên liệu có chất lượng cao (trứng, tinh, phôi…); Thiếu các trung tâm thực nghiệm đủ tiêu chuẩn sản xuất con giống tốt…

Một số các công trình đã thực hiện:

Nghiên cứu quy trình nuôi chín trứng (IVM), quy trình thụ tinh trong vi giọt (IVF), quy trình sản xuất phôi in vitro (IVP), quy trình sử dụng tinh phân tách để sản xuất phôi in vitro trên các đối tượng gia súc khác nhau như: Nguyễn Quốc Đạt và ctv (2003); Bùi Xuân Nguyên (2004); Trần Thị Dân và ctv (2005); Chung Anh Dũng và ctv (2008) đã thực hiện NC trên bò; Huỳnh Thị Lệ Duyên (2003); Chung Anh Dũng và ctv (2008) đã thực hiện NC trên heo; Trần Thị Dân và ctv (2005) đã thực hiện NC trên chó…

– Công nghệ vắc xin và chẩn đoán bệnh: Các kỹ thuật CNSH trong chẩn đoán bệnh gia súc đã được ứng dụng mạnh mẽ và rộng khắp, vì gần đây tình hình dịch bệnh trên gia súc ngày càng có nhiều diễn biến phức tạp. Các kỹ thuật PCR khác nhau đã được ứng dụng trong việc chẩn đoán các mầm bệnh như: E. coli, Campylobacter(gây bệnh tiêu chảy trên gia súc); Mycoplasma trên heo (gây bệnh thứ phát trên phổi); Hog Cholera virus trên heo; Lở mồm long móng trên trâu, bò, hep; PRRS virus, Circovirus type 2 trên heo; Gumboro virus hay virus cúm trên gà… Bên cạnh đó, đã tiến hành sản xuất một số kháng nguyên tái tổ hợp như: VT2e từ E.coli, antigen từ Gumboro virus… Một số các công trình nghiên cứu đã thực hiện:

+ Ứng dụng PCR và nuôi cấy tế bào trong chẩn đoán bệnh: NC trên E.coli (Nguyễn Ngọc Tuân và ctv, 2005); trên Campylobacter (Võ Ngọc Bảo và ctv, 2006); Nhiễm Mycoplasma trên heo (Nguyễn Thị Phướng Ninh và ctv, 2006) trên gà (Nhu Văn Thu, 2006); Tác hại của FMD trong chăn nuôi trâu, bò và heo (Tô Long Thành và ctv, 2004); bệnh dịch tả heo (Nguyễn Thị Thu Hồng, 2003)….

+ Sản xuất kháng nguyên tái tổ hợp (recombinant antigen): Nguyễn Ngọc Hải và Milon (2005); Nguyễn Hồng Thanh và ctv (2004); Chu Hoàng Hà và ctv (2005)…

+ Sản xuất kháng sinh và chất kháng kháng sinh: Nguyễn Phương Nhuệ và ctv (2004)…

– Công nghệ TACN: các nghiên cứu để sản xuất các dòng vi sinh vật có lợi cho tiêu hóa như: Bacillus, Aspergillus, Saccharomyces… từ đó sản xuất các chế phẩm probiotic đã bước đầu đạt những kết quả nhất định. Ngoài ra, các enzyme như: phytase, bromelase…. Cũng đã được sản xuất thử nghiệm thành công. Tuy nhiên, chất lượng và giá thành của các chế phẩm trong nước vẫn còn đang là vấn đề cần cải thiện và tiếp tục nghiên cứu. Một số các công trình nghiên cứu đã thực hiện:

+ Nghiên cứu vi khuẩn Bacillus subtitis: Tô Minh Châu và ctv (2005) để sản xuất chế phẩm probiotic; Đỗ Thị Bích Thủy và Trần Thị Xô (2004) để sản xuất protease; Tăng Thị Chinh (2006) để sản xuất alkaline alpha amylase từ Bacillus HA401…

+ Nghiên cứu sản xuất enzyme phytase từ Aspergillus niger: Trần Thị Tuyết và ctv (2004);

+ Nghiên cứu sản xuất S-adenosyl –l – methionine (SAM) từ Saccharomyces cerevisiae: Trần Thị Hương và ctv (2005).

2/ Định hướng ứng dụng CNSH trong chăn nuôi đến năm 2020

2.1 Mục tiêu

Ứng dụng CNSH trong chăn nuôi nhằm cải thiện nhanh khả năng sản xuất, sinh sản của gia súc. Từ đó góp phần tăng thu nhập cho người chăn nuôi, hạ giá thành sản xuất, tạo điều kiện cho sản phẩm chăn nuôi trong nước đứng vững trong giai đoạn hội nhập và giúp ngành chăn nuôi phát triển ổn định, bền vững.

Xác định tầm quan trọng của ứng dụng CNSH trong nông nghiệp nói chung và chăn nuôi nói riêng, Chính phủ đã ban hành Quyết định số 11/2006/QĐ-TTg, ngày 12 tháng 01 năm 2006, phê duyệt “chương trình trọng điểm phát triển và ứng dụng công nghệ sinh học trong lĩnh vực nông nghiệp và phát triển nông thôn đến năm 2020”, trong đó nêu rõ việc ứng dụng CNSH trong chăn nuôi, bao gồm:

– Nghiên cứu ứng dụng công nghệ gen (công nghệ chuyển gen và phương pháp chỉ thị phân tử) để tạo một số giống vật nuôi (gia cầm, lợn, bò) mới: ở mỗi loài tạo được 1 – 2 dòng có năng suất, chất lượng tốt, sức chống chịu và kháng bệnh cao trước các điều kiện bất lợi của môi trường.

– Nghiên cứu cải tiến và ứng dụng các công nghệ tế bào động vật tiên tiến để nâng cao hiệu quả sinh sản của vật nuôi phục vụ tốt cho công tác lưu giữ, bảo quản, bảo tồn các tế bào sinh dục và đánh giá chất lượng vật nuôi; ứng dụng phương pháp cắt phôi và cải tiến phương pháp thụ tinh trong ống nghiệm phục vụ lĩnh vực sinh sản động vật. Ứng dụng  rộng rãi các côn nghệ tinh, phôi đông lạnh trong việc lưu giữ, bảo quản và bảo tồn lâu dài quỹ gen bản địa, quý hiếm ở động vật nuôi. Ứng dụng công nghệ gen để xác định giới tính phôi bò ở 7 ngày tuổi.

– Nghiên cứu sản xuất vắc xin phòng bệnh cho vật nuôi và thức ăn chăn nuôi chức năng; phấn đấu để sản xuất và đáp ứng được nhu cầu cơ bản về vắc xin cho vật nuôi vào năm 2015.

2.2 Một số hướng dẫn ứng dụng cụ thể CNSH trong chăn nuôi

a) Công nghệ di truyền

– Tiếp tục đẩy mạnh việc nghiên cứu xác định gen kiểm soát (chất lượng và số lượng) các tính trạng sản xuất quan trọng (thịt, trứng, sữa).

– Nghiên cứu xác định các kiểu gen bất lợi làm giảm khả năng sản xuất, sức đề kháng của gia súc. Từ đó đề xuất kiểu phôi giống thích hợp, phục vụ cho công tác chọn giống gia súc.

– Nghiên cứu xác định các gen điều khiển các tính trạng sản xuất tốt trên gia súc như: khả năng thích nghi với môi trường, khả năng chống chịu bệnh tật, khả năng mắn đẻ… của những giống gia súc, gia cầm đặc trưng của từng vùng sinh thái.

– Tiến hành thu thập và lưu trữ nguồn gen của các giống gia súc, gia cầm này bằng các kỹ thuật CNSH khác nhau (bảo tồn dưới dạng tế bào soma, trứng, tinh dịch, phôi…).

– Nghiên cứu ứng dụng các kỹ thuật trong sinh học phân tử như: DNA markers (microsatellites), microarray, SNPs… để xác định nhanh và chính xác các gen có lợi trong những con giống năng suất cao, từ đó rút ngắn đáng kể thời gian chọn giống, giảm chi phí chọn giống (so với chọn giống theo kiểu hình trên quần thể).

– Bắt đầu nghiên cứu kỹ thuật chuyển gen trên gia súc, để từ đó có thể chuyển những gen tốt của gia súc địa phương vào những gia súc ngoại nhập có tiềm năng sản xuất cao. Tạo tiền đề phục vụ cho sản xuất dược phẩm sinh học phục vụ cho ngành y tế.

b) Công nghệ sinh sản

– Tiếp tục đẩy mạnh công tác thụ tinh nhân tạo trên bò, heo… nghiên cứu bổ sung những kỹ thuật mới, quy trình kỹ thuật nhằm nâng cao tỷ lệ thụ thai ngang bằng với các nước chăn nuôi phát triển (khoảng 70%).

– Tiếp tục nghiên cứu quy trình kỹ thuật sản xuất phôi có chất lượng cao (tiềm năng sản xuất cao từ những con đực và cái cao sản, phôi có giới tính phù hợp định hướng chăn nuôi…), có giá thành thấp hơn phôi ngoại nhập, có thể sản xuất đại trà để phục vụ cho cấy truyền phôi.

– Nghiên cứu kỹ thuật và phương thức phổ biến kỹ thuật cấy truyền phôi ra thực tiễn sản xuất. Bước đầu bắt buộc áp dụng kỹ thuật cấy truyền phôi ở những trại sản xuất con giống gốc, giống cha mẹ để bảo đảm cung cấp con giống tốt cho sản xuất, đồng thời tiết kiệm ngoại tệ nhập con giống sống từ nước ngoài.

c) Công nghệ TACN

– Tiếp tục nghiên cứu công nghệ sản xuất các chất hỗ trợ cho quá trình biến dưỡng như enzyme: phytase, cellulase, protease… để giúp sử dụng hiệu quả TACN và giảm ô nhiễm môi trường.

– Tiếp tục nghiên cứu phân lập và sản xuất các vi sinh vật có lợi cho tiêu hóa, từ đó làm cơ sở xây dựng các công trình phối hợp VSV này thành những chế phẩm probiotic phù hợp cho từng loài gia súc, từng giai đoạn sinh lý, từng vùng sinh thái…

– Nghiên cứu để sản xuất các hormone có lợi cho quá trình tiêu hóa như BST hay PST tái tổ hợp, xác định tỷ lệ, phương thức sử dụng trong TACN.

d) CNSH trong thú ý

– Tiếp tục đẩy mạnh ứng dụng các kỹ thuật CNSH mới và hiện đại như ELISA (Direct ELISA; Indirect ELISA; Competitive ELISA; Sandwich ELISA; Multiplex ELISA…), PRR (real – time PCR, nếtd PCR, competitive PCR…), Sequencing… để chẩn đoán nhanh và chính xác, cả định tính và định lượng, kháng nguyên và kháng thể… các bệnh trên gia súc, gia cầm.

– Tiếp tục nghiên cứu sản xuất các kháng nguyên tái tổ hợp, tiến tới tự sản xuất một số loại vắc xin quan trọng, phục vụ cho nhu cầu trong nước.

Tác giả bài viết: Lê Xuân Cương, Chung Anh Dũng