Ngành nuôi trồng thủy sản tại Mỹ Latinh đang trải qua một giai đoạn chuyển đổi cơ cấu sâu sắc, trong đó hoạt động nuôi cá hồi vân (Oncorhynchus mykiss) đóng vai trò là động lực tăng trưởng kinh tế và bảo đảm an ninh lương thực cho hàng triệu người, đặc biệt tại các vùng nông thôn và cao nguyên địa hình phức tạp. Tại Peru, quốc gia đóng đóng góp 3% tổng sản lượng đánh bắt và nuôi trồng thủy sản toàn cầu, tốc độ tăng trưởng của phân khúc này vô cùng ấn tượng. Theo số liệu báo cáo, tổng sản lượng nuôi trồng thủy sản của Peru năm 2022 đạt 140.930 tấn, ghi nhận mức tăng trưởng vượt bậc 95% so với sản lượng 72.292 tấn vào năm 2012.
Trong cơ cấu sản xuất này, cá hồi vân chiếm tỷ trọng áp đảo, đóng vai trò là loài thủy sản nuôi trồng chủ lực của quốc gia bên cạnh các đối tượng có giá trị xuất khẩu cao khác. Các số liệu thống kê chi tiết về cơ cấu sản lượng và việc làm cho thấy quy mô phát triển vượt bậc của ngành này.
Sự phân bổ địa lý của ngành nuôi trồng thủy sản tại Peru tập trung mạnh mẽ tại ba khu vực trọng điểm là Puno (nội địa), Tumbes (ven biển) và Piura (ven biển), cùng nhau chiếm tới 75% tổng sản lượng cả nước. Toàn bộ chuỗi giá trị thủy sản, bao gồm cả khai thác biển, tạo ra việc làm cho 128.011 người, trong đó phân khúc nuôi trồng thủy sản đóng góp 8,8% lực lượng lao động chính thức.
Tại khu vực hồ Titicaca thuộc vùng Puno – hồ nước ngọt nằm ở độ cao lớn nhất thế giới có thể điều hướng giao thông, khoảng 200 cơ sở nuôi trồng thủy sản quy mô vừa và nhỏ đã thiết lập các trang trại lồng bè, cung cấp khoảng 32.000 tấn cá hồi vân mỗi năm. Mặc dù tiềm năng khai thác của hồ Titicaca là rất lớn khi hiện nay mới chỉ có khoảng 5% diện tích mặt nước hồ được sử dụng, các trang trại lồng hở này phải đối mặt với tỷ lệ tử vong tự nhiên của cá thường xuyên vượt quá mức 50%. Thực trạng này đặt ra yêu cầu cấp bách về việc nâng cao năng lực kiểm soát dịch bệnh và quản lý chất lượng môi trường nước bằng các công cụ khoa học tiên tiến.
Thách thức dịch bệnh và sự bùng phát của các tác nhân truyền nhiễm
Môi trường nuôi thả lồng hở trên các sông, hồ, đầm phá tự nhiên và các lồng lưới ven biển khiến cá hồi vân liên tục tiếp xúc với các mầm bệnh lan truyền nhanh qua nguồn nước. Tác nhân gây hại nghiêm trọng nhất đối với phân khúc cá hồi vân là virus gây bệnh hoại tử tuyến tụy truyền nhiễm (IPNV). Bệnh lý này có tính truyền nhiễm cực cao, đặc biệt tấn công mạnh vào nhóm cá bột và cá giống mẫn cảm. Trong các đợt bùng phát IPNV nghiêm trọng, tỷ lệ tử vong ở cá giống có thể dễ dàng vượt quá ngưỡng 50%, thậm chí tiệm cận mức 90% trong các điều kiện môi trường bất lợi. Sự thất thoát sản lượng hàng loạt này không chỉ gây tổn hại nghiêm trọng đến nguồn thu nhập của người nuôi mà còn làm suy giảm nguồn cung cấp protein động vật giàu dinh dưỡng cho các cộng đồng dân cư nghèo ở vùng sâu vùng xa và vùng cao Andes.
Bên cạnh virus IPNV, các trang trại cá hồi vân tại Mỹ Latinh còn đối mặt với các tác nhân nấm và ký sinh trùng nguy hiểm khác. Nghiên cứu dịch tễ học dài hạn đã xác định sự hiện diện phổ biến của mầm bệnh hoại tử cơ do ký sinh trùng gốc nấm Ichthyophonus sp. Clade C trong quần đàn cá hồi vân tại Peru. Khảo sát thực địa cho thấy xu hướng lan rộng của mầm bệnh này từ lưu vực sông Mantaro (nơi ghi nhận tỷ lệ nhiễm bệnh lên tới 50% tại đầm Tranca Grande từ giai đoạn 2007-2008) sang các khu vực nuôi trồng thâm canh khác.
Đến năm 2012, các phân tích mô bệnh học đã phát hiện mầm nấm hoại tử tại 9 trên tổng số 24 trang trại được khảo sát trải dài trên hai tỉnh của Peru, và các báo cáo gần đây đã xác nhận sự xâm nhập của Ichthyophonus vào lưu vực hồ Titicaca thuộc vùng Puno. Sự xuất hiện đồng thời của nhiều tác nhân dịch bệnh nguy hiểm, kết hợp với các giới hạn về nhiệt độ và lượng oxy hòa tan đặc thù của vùng núi cao, đòi hỏi một hệ thống chẩn đoán phân tử có độ chính xác cao và các chiến lược chọn giống kháng bệnh bền vững để bảo vệ sinh kế người dân.
Dự án ARCAL RLA5086 và đột phá di truyền từ công nghệ di truyền hạt nhân
Để khắc phục tình trạng thiếu hụt năng lực chẩn đoán và ứng phó thụ động trước dịch bệnh, Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) đã hợp tác cùng Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO) triển khai Dự án Hợp tác Kỹ thuật RLA5086. Dự án mang tên “Giảm tỷ lệ tử vong của cá hồi vân liên quan đến virus hoại tử tuyến tụy truyền nhiễm và các bệnh mới nổi bằng cách sử dụng kỹ thuật phân tử và công nghệ OMIC (ARCAL CLXXV)” được phê duyệt bắt đầu từ ngày 1/1/2022. Chương trình này quy tụ sự tham gia của các quốc gia hạt nhân trong khu vực bao gồm Argentina, Brazil, Chile, Ecuador, Mexico, Panama, Peru và Uruguay.
Thông qua dự án này, Trung tâm Liên hợp FAO/IAEA đã hỗ trợ trang bị cho các phòng thí nghiệm quốc gia các kỹ thuật có nguồn gốc hạt nhân tiên tiến, chuyển dịch phương thức quản lý dịch bệnh từ phản ứng thụ động sang chủ động ngăn ngừa bằng khoa học di truyền. Các nhà khoa học khu vực đã áp dụng thành thạo quy trình phân tích DNA nâng cao, giải trình tự gen thế hệ mới và chẩn đoán sinh học phân tử để lập bản đồ cấu trúc di truyền của cả virus IPNV lẫn quần đàn cá hồi vân bản địa.
Một trong những đột phá lớn nhất của dự án là việc phân tích đặc điểm di truyền để xác định và xác nhận các chỉ thị phân tử (molecular markers) liên kết trực tiếp với khả năng kháng di truyền tự nhiên chống lại virus IPNV ở cá hồi vân. Tiến sĩ Carla Bravo de Rueda, Cán bộ kỹ thuật sức khỏe động vật tại Trung tâm Liên hợp FAO/IAEA, chỉ ra rằng việc tuyển chọn cá bố mẹ dựa trên các chỉ thị phân tử ưu việt này giúp tăng tỷ lệ sống sót của cá hồi vân lên khoảng 1,2% ngay cả trong các điều kiện môi trường bất lợi nhất. Hiệu quả di truyền này mang lại lợi ích kinh tế trực tiếp vô cùng rõ rệt: nó tương đương với việc thu thêm 1,2 tấn cá thương phẩm cho mỗi 100 tonnes sản lượng được sản xuất ra trong mỗi thế hệ. Do cá hồi vân đạt kích cỡ thương phẩm trong một khoảng thời gian tương đối ngắn, các cải thiện về tỷ lệ sống sót này sẽ liên tục tích lũy và nhân lên qua các thế hệ tiếp theo.
Giáo sư Jose Manuel Yanez Lopez, Trưởng Khoa Thú y và Khoa học Động vật tại Đại học Chile, nhận định rằng những tiến bộ di truyền hạt nhân này đã mở đường cho các chiến lược chọn lọc hỗ trợ bằng chỉ thị phân tử (Marker-Assisted Selection – MAS) cực kỳ chính xác. Thành tựu này giúp củng cố toàn diện sức chống chịu di truyền của nguồn cá giống, giảm thiểu sự phụ thuộc vào các loại vaccine vốn có hiệu quả bảo vệ tương đối thấp đối với virus IPNV và thiết lập các chương trình nhân giống chọn lọc hiệu quả cao tại Chile và Brazil.
| Thông số dự án | Chi tiết triển khai và thông số kỹ thuật | Ý nghĩa sinh học & kinh tế |
| Mã dự án & Tên gọi | RLA5086 – Giảm tỷ lệ tử vong của cá hồi vân liên quan đến virus hoại tử tuyến tụy truyền nhiễm và các bệnh mới nổi bằng công nghệ OMIC | Chuẩn hóa chẩn đoán, thu hẹp khoảng cách công nghệ giữa các quốc gia |
| Kỹ thuật hạt nhân ứng dụng | Giải trình tự gen hạt nhân, phân tích DNA nâng cao, nhận diện chỉ thị phân tử | Xác định chính xác các đặc điểm di truyền kháng virus IPNV tự nhiên |
| Quốc gia tham gia | Argentina, Brazil, Chile, Ecuador, Mexico, Panama, Peru, Uruguay, Venezuela | Thiết lập mạng lưới phòng thí nghiệm khu vực để chia sẻ tri thức |
| Chỉ số sinh học cải thiện | Tăng tỷ lệ sống sót của đàn cá giống lên ~1,2% mỗi thế hệ | Tăng sản lượng thực tế thêm 1,2 tấn cho mỗi 100 tấn cá thương phẩm |
| Đơn vị phối hợp | Đại học Chile, Trung tâm Liên hợp FAO/IAEA, Mạng lưới VETLAB | Chuyển giao các giải pháp chọn giống MAS chuẩn xác từ phòng thí nghiệm ra thực địa |
Ứng dụng kỹ thuật đồng vị bền giám sát dinh dưỡng và truy xuất nguồn gốc
Kỹ thuật phân tích tỷ lệ đồng vị bền (Stable Isotope Ratio Analysis – SIRA) đang khẳng định vai trò là một công cụ phân tích không thể thiếu trong việc thiết lập các công thức dinh dưỡng tối ưu và kiểm định nguồn gốc thương mại của cá hồi vân. Do chi phí sản xuất bột cá và dầu cá biển ngày càng tăng cao, ngành công nghiệp thức ăn thủy sản buộc phải chuyển hướng sử dụng các nguồn protein thực vật thay thế như protein đậu cô đặc và gluten lúa mì. Việc chuyển đổi này đòi hỏi các công cụ chính xác để đánh giá mức độ hấp thụ và tích lũy protein thực tế của cá nhằm tránh tình trạng suy giảm tốc độ tăng trưởng.
Kỹ thuật SIRA khai thác sự khác biệt tự nhiên trong cơ chế cố định carbon giữa thực vật nhóm C3 và C4, cũng như sự làm giàu liên tục của đồng vị nitơ-15 qua các bậc dinh dưỡng của chuỗi thức ăn. Thực nghiệm đối chứng cho thấy chế độ ăn dựa trên bột cá (FM) và chế độ ăn dựa trên protein thực vật (PP) mang những dấu vân tay đồng vị đặc trưng, tích lũy trực tiếp vào cơ thịt (fillet) của cá hồi vân. Nghiên cứu khoa học xác nhận rằng cá hồi vân được nuôi bằng chế độ ăn bột cá biển hoàn toàn biểu hiện giá trị C13 là -20,47 %và giá trị N15 ở mức cao là 12,38%. Ngược lại, khi thay thế 80% protein bột cá bằng hỗn hợp protein đậu và lúa mì, cơ thịt cá hồi vân ghi nhận các giá trị sụt giảm rõ rệt, với C13 đạt -24% và N15 chỉ còn 7%. Phương pháp này cung cấp cho các nhà quản lý một cơ chế truy xuất nguồn gốc sinh học cực kỳ nhạy bén, giúp phát hiện chính xác các hành vi gian lận dán nhãn sản phẩm, phân biệt cá hồi nuôi hữu cơ với cá nuôi thông thường hoặc cá đánh bắt tự nhiên trên thị trường quốc tế.
Bên cạnh đó, việc sử dụng nitơ-15 dưới dạng protein đánh dấu đường uống kết hợp với các mô hình stochastic đo lường lượng amoniac bài tiết qua nước tiểu và mang cá đã cho phép các chuyên gia tính toán chính xác tốc độ tổng hợp và chuyển hóa protein nội bào của cá hồi vân một cách không xâm lấn trong thời gian dài. Đây là cơ sở khoa học quan trọng để thiết kế các loại thức ăn thủy sản thân thiện với môi trường, hạn chế tối đa việc lãng phí tài nguyên nitơ và giảm thiểu tác động tiêu cực đến chất lượng nước xung quanh lồng nuôi.
Đánh giá tác động sinh thái và phú dưỡng hóa bằng công cụ dấu vân tay đồng vị
Sự gia tăng nhanh chóng của các lồng nuôi cá hồi vân thâm canh tại các vùng hồ tự nhiên, điển hình như hồ Titicaca, đang đặt ra những thách thức môi trường to lớn. Việc phát sinh khoảng 10.000 tấn chất thải rắn từ các lồng nuôi cá hồi vân mỗi năm đã làm dấy lên những lo ngại về nguy cơ phú dưỡng hóa và suy thoái chất lượng nước. Nhằm kiểm soát tác động này, kỹ thuật phân tích đồng vị bền carbon (C13) và nitơ (N15) trong chất thải hữu cơ thu thập từ lồng cá và trầm tích đáy hồ đã được triển khai rộng rãi.
Kết quả nghiên cứu đồng vị chỉ ra rằng tác động sinh thái lớn nhất đến môi trường nước không xuất phát từ bản thân quá trình bài tiết tự nhiên của cá hồi vân, mà bắt nguồn từ lượng thức ăn thương mại dư thừa không được tiêu thụ hết rơi xuống đáy hồ. Kỹ thuật dấu vân tay đồng vị này cho phép phân biệt rõ rệt mức độ ảnh hưởng của lồng nuôi tại các vùng vịnh kín (nơi tốc độ tích lũy hữu cơ rất cao, gây hiện tượng phú dưỡng làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan) so với các vùng hồ mở (nơi các dòng chảy nội lưu mạnh mẽ giúp khuếch tán và giảm thiểu đáng kể tác động sinh thái).
Để bổ trợ cho các phân tích sinh thái này, các đơn vị tiên phong như Titikaka Trout Peru đã lần đầu tiên lắp đặt hệ thống cảm biến oxy hòa tan RDO Pro-X liên tục truyền dữ liệu thời gian thực về máy chủ đám mây HydroVu. Hệ thống này kết hợp với kế hoạch lắp đặt 10 trạm quan trắc tự động sử dụng công nghệ đo lường từ xa (telemetry) của chính phủ Peru giúp đánh giá chính xác ngưỡng chịu đựng sinh thái của hồ, từ đó đưa ra dự báo về khả năng mở rộng quy mô sản xuất mà không làm suy thoái chất lượng nước.
Sự hiện diện của cá hồi vân – một loài cá ngoại lai được du nhập vào hệ sinh thái Andes từ cuối thế kỷ 19 – cũng tạo ra sự cạnh tranh sinh thái gay gắt với các loài bản địa. Bằng cách áp dụng phân tích đồng vị bền kết hợp phân tích thành phần dạ dày, dự án bảo tồn loài chim lặn Titicaca (Rollandia microptera) đã chứng minh cá hồi vân và các loài cá hồi nhập cư khác đã làm thay đổi nghiêm trọng cấu trúc chuỗi thức ăn của vùng hồ. Hoạt động nuôi thả cá hồi vân đã gây ra sự chồng chéo lớn về nhu cầu dinh dưỡng, làm suy giảm các quần thể cá bản địa như suche và karachi.
Điều này đẩy chim lặn Titicaca vào tình thế khan hiếm thức ăn, buộc chúng phải săn mồi gần các khu vực lồng nuôi của con người, dẫn đến xung đột với các cộng đồng ngư dân Aymara do chim bị mắc kẹt vào lưới đánh cá. Nhằm khôi phục cân bằng sinh thái, chính quyền vùng Puno (Peru) và La Paz (Bolivia) đang phối hợp nhân rộng các kỹ thuật hỗ trợ sinh sản nhân tạo cho các loài cá bản địa dựa trên các quy chuẩn quản lý chất lượng nước nghiêm ngặt.
Bảo đảm an toàn vệ sinh thực phẩm và quản lý dư lượng kháng sinh
Để hỗ trợ các chương trình kiểm soát quốc gia đối với dư lượng dược phẩm và hóa chất độc hại trong thủy sản xuất khẩu, dự án RLA5079 mang tên “Ứng dụng kỹ thuật phân tích phóng xạ và các kỹ thuật bổ trợ để giám sát chất gây ô nhiễm trong nuôi trồng thủy sản (ARCAL CLXXI)” đã được triển khai rộng rãi. Dự án này phối hợp chặt chẽ với các chương trình RLA5080 và RLA5081 nhằm nâng cao năng lực cho các phòng thí nghiệm quốc gia trong việc giám sát chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm, tạo điều kiện thuận lợi cho các hoạt động thương mại quốc tế. Dưới sự bảo trợ của sáng kiến Atoms4Food và các dự án thuộc Quỹ Sáng kiến Sử dụng Hòa bình (PUI), các phương pháp sàng lọc nhanh sử dụng kỹ thuật đánh dấu phóng xạ đã được phát triển. Điển hình là việc sử dụng các chất đánh dấu phóng xạ Tritium hoặc Carbon-14 kết hợp với kỹ thuật đếm nhấp nháy lỏng (Liquid Scintillation Counting – LSC) để phát hiện cực kỳ nhanh và nhạy dư lượng các nhóm kháng sinh bị cấm hoặc hạn chế như beta-lactam, chloramphenicol và tetracycline trực tiếp trong mô cơ cá.
Thực nghiệm sử dụng sulfadiazine đánh dấu phóng xạ kẽm-65 (Zn65) hoặc carbon-14 (C14) phóng thích vào cơ thể cá hồi vân đã giúp các chuyên gia tại các cơ quan nghiên cứu của Argentina và Brazil đo lường chính xác động học đào thải thuốc thú y. Việc thu thập mẫu phiến cơ thịt, da và máu cá hồi vân ở các khoảng thời gian từ 1 giờ đến 14 ngày sau khi sử dụng thuốc, sau đó đo lường hoạt độ phóng xạ bằng đầu dò bán dẫn germanium siêu tinh khiết (High-Purity Germanium – HPGe), đã cung cấp các thông số chính xác về sự phân bổ sinh học và thời gian bán thải của kháng sinh dưới các điều kiện nhiệt độ nước khác nhau. Ngoài ra, các kỹ thuật pha loãng đồng vị bền kết hợp sắc ký lỏng ghép khối phổ kép (LC-MS/MS) ban đầu được phát triển tại Phòng thí nghiệm Kiểm soát An toàn Thực phẩm (FSCL) của IAEA đối với nhóm chất bảo vệ thực vật neonicotinoid cũng đang được chuyển giao thành công cho Ecuador và các quốc gia thành viên khác nhằm bảo vệ toàn diện chuỗi cung ứng thực phẩm xuất khẩu khỏi các tác nhân ô nhiễm môi trường.
Sự can thiệp của khoa học hạt nhân đã tạo ra một bước chuyển mình mang tính bước ngoặt cho ngành nuôi cá hồi vân tại Mỹ Latinh, nâng tầm một phương thức canh tác truyền thống trở thành một ngành công nghiệp công nghệ cao bền vững và có độ chính xác cao. Việc làm chủ các công cụ hạt nhân phân tử giúp giải quyết đồng thời ba bài toán cốt lõi của ngành nuôi trồng thủy sản hiện đại: phát hiện sớm và chủ động chọn giống kháng virus IPNV để giảm thiểu thiệt hại dịch bệnh; tối ưu hóa dinh dưỡng và truy xuất nguồn gốc thức ăn bằng đồng vị bền và bảo vệ an toàn sinh thái nguồn nước cũng như kiểm soát dư lượng hóa chất độc hại.
Sự hợp tác chặt chẽ giữa các quốc gia trong khu vực Mỹ Latinh thông qua mạng lưới phòng thí nghiệm được IAEA và FAO chuẩn hóa không chỉ giúp thu hẹp khoảng cách kỹ thuật giữa các hộ nuôi trồng quy mô nhỏ và các tập đoàn lớn, mà còn xây dựng một nền tảng vững chắc hướng tới một nền kinh tế tuần hoàn, an toàn và có khả năng chống chịu cao trước các biến đổi khí hậu toàn cầu. Những nỗ lực liên tục trong việc cải thiện quy trình chọn giống di truyền và giám sát môi trường tự động hứa hẹn sẽ đưa Mỹ Latinh trở thành một trong những khu vực đi đầu thế giới về nuôi trồng thủy sản thông minh và bền vững trong những thập kỷ tới.
Từ khóa: hạt nhân;
– CMD –
