Biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến tỷ lệ nhiễm ký sinh trùng và làm suy giảm sự điều hòa của các gen liên quan đến stress oxy hóa và điều hòa ion ở cá Colossoma macropomum
Biến đổi khí hậu toàn cầu là một mối đe dọa nghiêm trọng đối với môi trường vì nó ảnh hưởng đến các tương tác giữa các sinh vật, chẳng hạn như hệ thống vật chủ-KST, chủ yếu ở các sinh vật biến nhiệt bao gồm cả cá. Nhiệt độ và nồng độ CO2 tăng được dự đoán sẽ ảnh hưởng đến tương tác này cũng như các quá trình sinh lý quan trọng khác ở cá. Một nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của các khoảng thời gian phơi nhiễm khác nhau với các kịch bản biến đổi khí hậu và hai mức độ nhiễm sán lá đơn chủ (monogeneans)đối với tương tác vật chủ-KST, cũng như các phản ứng chống oxy hóa và điều hòa ion của cá tambaqui (Colossoma macropomum), một loài quan trọng trong ngành đánh bắt và nuôi trồng thủy sản Nam Mỹ. Giả định rằng sự thay đổi nhiệt độ và CO2 kết hợp với tình trạng nhiễm KST sẽ can thiệp vào các quá trình sinh lý của vật chủ liên quan đến stress oxy hóa và điều hòa ion. Một thí nghiệm cho cá C. macropomum phơi nhiễm với mức độ nhiễm KST thấp và cao trong các kịch bản khí hậu hiện tại và cực đoan (cao hơn mức hiện tại 4.5∘C và 900 ppm CO2) trong khoảng thời gian 7 và 30 ngày, sử dụng các yếu tố được phân tích là thời gian phơi nhiễm, kịch bản khí hậu và mức độ nhiễm KST trong phân tích ANOVA.
Một phân tích về hồ sơ biểu hiện gen và enzyme ở mang đã được thực hiện để đánh giá các phản ứng sinh lý (enzyme SOD, GPx và Na+/K+-ATPase) và phân tử (gen Nrf2, SOD1, HIF-1α và NKA α1a). Sự khác biệt rõ rệt về mức độ nhiễm KST ở các cá thể phơi nhiễm với khí hậu cực đoan đã được quan sát, với sự gia tăng nhanh chóng và mạnh, cao hơn sau 7 ngày phơi nhiễm mặc dù có sự suy giảm sau 30 ngày. Sự kết hợp giữa việc phơi nhiễm với kịch bản biến đổi khí hậu cực đoan và tình trạng nhiễm KST đã gây ra stress oxy hóa và rối loạn điều hòa áp suất thẩm thấu, điều này được quan sát thông qua phân tích biểu hiện gen (Nrf2, SOD1, HIF-1α và NKA α1a) và các enzyme chống oxy hóa và điều hòa ion (SOD, GPx và Na+/K+-ATPase) trên vật chủ, có thể liên quan đến các quá trình viêm gây ra bởi mức độ nhiễm KST cao. Trong những năm tới, những điều kiện này có thể dẫn đến suy giảm hiệu suất của loài này, nên sẽ gây ra thiệt hại về sinh thái và kinh tế, và dẫn đến một nguy cơ tiềm tàng liên quan đến an ninh lương thực.
Những thay đổi khí hậu và vai trò của chúng trong sự xuất hiện và tái xuất hiện của bệnh tật
Sự nóng lên toàn cầu và những thay đổi khí hậu liên quan là có thể dự đoán được. Quá trình này trở nên tồi tệ hơn bởi việc đốt nhiên liệu hóa thạch và phát thải một lượng lớn khí CO2, dẫn đến hiệu ứng nhà kính. Dự kiến nhiệt độ trung bình toàn cầu sẽ tăng từ 2-5°C trong những thập kỷ tới. Kết quả là, trái đất sẽ biểu hiện những thay đổi khí hậu rõ rệt, đặc trưng bởi các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt hơn trong những thập kỷ tới, chẳng hạn như tăng nhiệt độ, lượng mưa, thời gian mùa hè, hạn hán, cùng các cơn lốc xoáy và bão thường xuyên và mạnh hơn. Chu trình dịch tễ của bệnh bao gồm vật chủ, mầm bệnh và trong một số trường hợp là vật chủ trung gian/vector. Một tổ hợp phức tạp của điều kiện môi trường khác nhau gồm nhiệt độ và độ ẩm, quyết định môi trường sống/ổ sinh thái phù hợp cho mỗi loài vector.
Sự sẵn có của các vector phù hợp là điều kiện tiên quyết cho sự xuất hiện của các mầm bệnh truyền qua vector. Thay đổi khí hậu và sự nóng lên toàn cầu sẽ có những ảnh hưởng thảm khốc đối với hệ sinh thái của con người, động vật và môi trường. Các mầm bệnh, đặc biệt là tác nhân gây bệnh nhiệt đới bị lãng quên, được dự báo sẽ xuất hiện và tái xuất hiện ở một số quốc gia bao gồm Châu Âu và Bắc Mỹ. Cuộc sống của hàng triệu người, đặc biệt là ở các nước đang phát triển, sẽ bị đe dọa một cách trực tiếp và gián tiếp. Do vậy, vai trò của những thay đổi khí hậu trong sự lây lan của các tác nhân truyền nhiễm và vector của chúng được thảo luận. Các ví dụ về những bệnh do virus, vi khuẩn và KST mới nổi chính cũng được tóm tắt.
Hình 8. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến ngành nông nghiệp và ngư nghiệp
|Nguồn: https://www.mdpi.com/2036-7481/14/3/64
Biến đổi khí hậu và tác động của nó đến sự bùng phát của các bệnh vector truyền
Biến đổi khí hậu toàn cầu ngày nay là một hiện tượng phổ biến. Khí hậu của trái đất đang thay đổi và điều này không chỉ ảnh hưởng đến nhiệt độ, lượng mưa và các hình thái thời tiết, mà còn được dự báo sẽ thúc đẩy sự xuất hiện và lan rộng của một số bệnh truyền nhiễm. Điều này áp dụng cho cả những thay đổi khí hậu nói chung cũng như các yếu tố riêng lẻ như nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm. Những thay đổi về khí hậu và hình thái thời tiết tác động đến sự sinh tồn, phân bố, sinh sản của mầm bệnh, vector và vật chủ cũng như sự sẵn có của môi trường lây truyền. Các bệnh mới trong lĩnh vực y học đang xuất hiện. Chúng gồm Ebola, bệnh Lyme, Hantavirus, …trong khi mối quan tâm toàn cầu là tác động của khí hậu đối với các bệnh truyền qua vector, chẳng hạn như sốt rét, Chikungunya, sốt xuất huyết, sốt vàng và Zika.
Tuy nhiên, dữ liệu quan sát được quá ngắn, tác động của các yếu tố độc lập với khí hậu quá lớn, cùng với sự thiếu hiểu biết về mức độ khí hậu ảnh hưởng đến các hình thái bệnh tật, vẫn còn tồn tại một mức độ không chắc chắn nhỏ đối với chủ đề này. Mối quan hệ giữa các biến số khí hậu khác nhau và mầm bệnh/vector cũng như các biện pháp giảm thiểu nguy cơ mắc các bệnh truyền qua vector đối với sốt xuất huyết, Chikungunya và Zika.Khi chúng ta đối mặt với thực tế của biến đổi khí hậu, việc xây dựng khả năng chống chịu và phục hồi các hệ sinh thái lành mạnh là rất quan trọng. Một môi trường đa dạng sinh học chứa nhiều loại sinh vật gồm thực vật, động vật, nấm và KST.
Ký sinh trùng và bệnh ở biển trong kỷ nguyên biến đổi khí hậu toàn cầu
Biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến các quá trình và tương tác sinh thái, gồm cảquan hệ ký sinh. Bởi vì KST là thành phần tự nhiên của các hệ sinh thái, cũng như tác nhân gây bùng phát dịch và tử vong do bệnh, điều quan trọng là phải tóm lược kiến thức hiện tại về độ nhạy cảm của KST với khí hậu và xác định cách dự đoán tốt hơn các phản ứng của chúng. Nhu cầu này đặc biệt lớn trong các hệ thống biển, nơi các phản ứng của KST đối với các biến số khí hậu được nghiên cứu ít hơn so với các quần xã sinh vật khác. Khi các ví dụ về ảnh hưởng của khí hậu đối với mối quan hệ ký sinh ngày càng tăng, chúng cho phép khái quát hóa các phản ứng dự kiến cũng như cung cấp hiểu biết sâu sắc về các phương pháp nghiên cứu hữu ích, chẳng hạn như đường cong hiệu suất nhiệt so sánh các chỉ số sống của vật chủ và KST khi tiếp xúc với nhiều mức nhiệt độ khác nhau trên một gradient.
Đối với những loài KST không bị tiêu diệt bởi nhiệt độ tăng, một số quy luật sinh lý đơn giản, gồm xu hướng nhiệt độ làm tăng quá trình trao đổi chất của sinh vật biến nhiệt và tăng stress oxy đối với vật chủ, cho thấy rằng cường độ và bệnh lý do KST có thể gia tăng. Ngoài nhiệt độ, những thay đổi do khí hậu gây ra về oxy hòa tan, độ axit của đại dương, độ mặn và sự phân bố của vật chủ và KST cũng ảnh hưởng đến mối quan hệ ký sinh và bệnh tật, nhưng những yếu tố này được nghiên cứu ít hơn nhiều. Cuối cùng, vì KST là thành phần của các quần thể sinh thái, chúng ta phải xem xét các tác động gián tiếp và thứ cấp xuất phát từ những thay đổi do khí hậu gây ra trong tương tác vật chủ-KST, vốn có thể không rõ ràng nếu tương tác này được nghiên cứu riêng lẻ.
Mối quan hệ giữa biến đổi khí hậu và các bệnh nhiễm KST phần lớn được thúc đẩy bởi những thay đổi về nhiệt độ, độ ẩm, các hình thái mưa và các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt. Những thay đổi này có những ảnh hưởng sâu sắc đến môi trường, tạo điều kiện cho sự lây lan của các bệnh do KST trước đây chỉ giới hạn trong một số khu vực nhất định.
Biến đổi khí hậu và Fasciola: Tổng quan về tác động trên toàn bộ vòng đời của KST
Bệnh sán lá gan lớn do Fasciola spp. gây ra, là một bệnh KST quan trọng ở gia súc và người trên toàn thế giới. Sự lây truyền và vòng đời của Fasciolaspp. phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện khí hậu, đặc biệt là nhiệt độ và độ ẩm. Sự phụ thuộc này đã trở nên có ý nghĩa hơn trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang diễn ra. Xem xét các bằng chứng về ảnh hưởng của sự biến đổi nhiệt độ đối với các giai đoạn phát triển của Fasciola spp. và vật chủ trung gian là ốc. Các giai đoạn ấu trùng tự do trong quá trình phát triển của Fasciola spp., cũng như các vật chủ trung gian là ốc, đồng thời khảo sát các yếu tố liên quan đến khí hậu ảnh hưởng đến từng giai đoạn.
Hình 9. Tương tác giữa vật chủ với ký sinh trùng ở người và dộn vật hoang dại |Nguồn: https://www.researchgate.net/publication/363318566
Sự phát triển và nở của trứng Fasciola spp. bị ức chế dưới 10°C và tối ưu trong khoảng 20-30°C, thời gian nở của ấu trùng lông giảm khi nhiệt độ cao hơn và sự phóng thích ấu trùng đuôi của vật chủ ốc được đẩy nhanh ở khoảng 27°C. Hơn nữa, khả năng sống của ấu trùng nang giảm ở nhiệt độ cao hơn nhưng được kéo dài nhờ độ ẩm cao hơn. Tốc độ tăng trưởng của vật chủ trung gian là ốc đạt đỉnh ở 25°C, và tính độ nhạy của chúng với Fasciolaspp. phụ thuộc vào nhiệt độ, nhấn mạnh tầm quan trọng của yếu tố này trong động lực lây truyền. Nhìn chung, vòng đời của Fasciolaspp. và sự phát triển của vật chủ ốc biểu hiện các ngưỡng nhiệt độ đặc trưng cho từng giai đoạn, cho thấy một mối quan hệ phức tạp giữa sự biến động nhiệt độ và tiềm năng lây truyền của KST. Nghiên cứu này nêu bật vai trò then chốt của nhiệt độ và độ ẩm đối với sự phát triển của Fasciola spp. và ốc, làm sáng tỏ những hậu quả tiềm tàng của biến đổi khí hậu đối với sự sống sót, phát triển và lây truyền bệnh của chúng.Những hạn chế về dữ liệu, chủ yếu do sự khan hiếm của các thí nghiệm liên quan đến khí hậu có độ phân giải cao, cần thúc đẩy các nghiên cứu trong tương lai để tăng cường các mô hình dự báo và làm sâu sắc thêm hiểu biết của chúng ta về tác động của biến đổi khí hậu đối với bệnh ký sinh trùng này.
Một số loài thích nóng hơn: Sự lây truyền của sán lá trong điều kiện nhiệt độ thay đổi
Sự gia tăng nhiệt độ liên quan đến biến đổi khí hậu sẽ ảnh hưởng đến các tương tác giữa các sinh vật, bao gồm cả động lực học nhiễm KST trong các hệ sinh thái. Sự phân bố và lây truyền của KST được dự kiến sẽ tăng lên khi nhiệt độ ấm hơn, nhưng mức độ ảnh hưởng của điều này đến các đơn vị phân loại KST có quan hệ họ hàng gần sống cùng khu vực hiện không thể dự đoán được, do sự hiểu biết cực kỳ hạn chế của chúng ta về sự biến thiên giữa các loài trong tiềm năng lây truyền giữa các loài KST trong các hệ sinh thái đang thay đổi. Ở đây, phân tích các hình thái lây truyền của bốn loài sán lá từ ốc bùn New Zealand Potamopyrgus antipodarum với các vòng đời và chiến lược lây truyền khác nhau trong hai kịch bản nhiệt độ, mô phỏng nhiệt độ hiện tại và nhiệt độ ấm hơn trong tương lai.
Trong một nghiên cứu thực nghiệm so sánh, chúng tôi đã khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến năng suất, sự di chuyển và khả năng sống của các giai đoạn lây nhiễm của KST (ấu trùng đuôi) để định lượng tác động ròng của nhiệt độ lên tổng thể tiềm năng lây truyền của chúng. Kết quả cho thấy sự gia tăng nhiệt độ ảnh hưởng tích cực đến động lực học lây truyền của ấu trùng đuôi, tuy nhiên những tác động này thay đổi đáng kể giữa các ấu trùng đuôi của các loài sán lá khác nhau, tùy thuộc vào hành vi tìm kiếm vật chủ của chúng. Những khả năng lây truyền đặc trưng cho từng loài khác nhau này cũng như các hình thái riêng biệt về năng suất, hoạt động và tuổi thọ có khả năng gây ra những tác động sâu rộng đối với động lực học bệnh tật trong các hệ sinh thái đang thay đổi, vì sự gia tăng nhiệt độ có thể làm thay đổi cấu trúc quần thểKST. DoKST có khả năng điều hòa chức năng của toàn bộ quần thể sinh thái và chúng có tác động tiềm tàng như là những tác nhân gây bệnh, việc hiểu rõ các đặc điểm lây truyền đặc trưng của từng loài KST này vẫn là một yêu cầu cơ bản để dự đoán động lực học của KST trong điều kiện môi trường thay đổi.
Bệnh sán lá gan lớn quan trọng ở gia súc và người trên toàn thế giới. Sự lây truyền và vòng đời của Fasciolaspp. phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện khí hậu, đặc biệt là nhiệt độ và độ ẩm. Sự phụ thuộc này đã trở nên có ý nghĩa hơn trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang diễn ra. Các bằng chứng về ảnh hưởng của sự biến đổi nhiệt độ đối với các giai đoạn phát triển của Fasciola spp. và vật chủ trung gian là ốc. Các giai đoạn ấu trùng tự do trong quá trình phát triển của Fasciola spp., cũng như các vật chủ trung gian là ốc, đồng thời khảo sát các yếu tố liên quan đến khí hậu ảnh hưởng đến từng giai đoạn.
(Hết)
CN. Nguyễn Thái Hoàng và TS.BS. Huỳnh Hồng Quang
Viện Sốt rét-KST-CT Quy Nhơn