Ngành chăn nuôi heo có vai trò quan trọng trong việc cung ứng nguồn thực phẩm dinh dưỡng ở Việt Nam. Tuy nhiên, từ khi ngành chăn nuôi heo xuất hiện, bệnh tiêu chảy sau cai sữa (post-weaning diarrhea, PWD) là một trong những bệnh thường gặp nhất ở heo con. Bệnh ảnh hưởng đến heo con hai tuần đầu sau cai sữa, gây chết đột ngột hoặc chậm phát triển ở heo còn sống. Bệnh mang tính chất cục bộ nhưng cũng có thể phát thành dịch với tỷ lệ tử vong gần 30% (Rhouma et al., 2017). Triệu chứng bệnh là heo con tiêu chảy nặng, mất nước và chết do sốc giảm thể tích hoặc do suy tim (Holland, 1990). Có nhiều nguyên nhân gây bệnh như: điều kiện môi trường, khẩu phần ăn và quan trọng nhất là tác nhân vi sinh vật (Morin et al., 1983). Trong các tác nhân vi sinh vật, Enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) là vi khuẩn gây bệnh chiếm tỷ lệ cao nhất (Do et al., 2006). ETEC tiết ra các nội độc tố, gây ra sự tăng tiết nước, chất điện giải, hạn chế sự hấp thụ nước, dẫn đến mất nước, tiêu chảy và tử vong. Chủng E. coli này gồm hai yếu tố gây độc là các độc tố và nhân tố bám dính. Các độc tố được tìm thấy chủ yếu là Heat-labile enterotoxin (31,9%), Heat-stable enterotoxin A (38,1%) và Heat-stable enterotoxin B (59,1%). Nhân tố bám dính được tìm thấy phổ biến là tiêm mao F4 (45,1%), và tiêm mao F18 (33,9%) (Luppi et al., 2016). Nhân tố bám dính có vai trò rất quan trọng, việc liên kết chất kết dính với phối tử của nó trên thành ruột cho phép ETEC tồn tại và gây tiêu chảy (Xia et al., 2015).

Phương pháp điều trị chủ yếu là sử dụng kháng sinh. Tuy nhiên, phương pháp này tồn tại một số nhược điểm như chi phí cao, tỷ lệ tử vong cao nếu không được điều trị kịp thời hoặc không đúng cách, cũng như hiện tượng kháng kháng sinh. Các báo cáo về kháng colistin ở E. coli cùng với việc phát hiện cơ chế chuyển khả năng kháng colistin theo chiều ngang đòi hỏi chúng ta cần có các liệu pháp điều trị mới, hoặc xây dựng biện pháp phòng ngừa hiệu quả, đơn cử là vaccine (Kempf et al., 2013). Vaccine là chế phẩm có chứa kháng nguyên, có thể tạo miễn dịch đặc hiệu chủ động. Có hai loại vaccine chủ yếu hiện nay là vaccine tiêm với khả năng kích thích miễn dịch hệ thống và vaccine uống với ưu điểm kích thích miễn dịch niêm mạc. Các loại vaccine chống lại PWD được thương mại hóa hiện nay chỉ bảo vệ heo con khỏi ETEC/F4, hoàn toàn không thể chống lại ETEC/F18 (Fairbrother et al., 2017). Nguyên nhân của vấn đề này đến từ tính sinh miễn dịch kém, sự bất ổn định về cấu trúc của kháng nguyên (Verdonck et al., 2007; Tiels, 2007). Do đó, F18 là kháng nguyên đang thu hút được sự quan tâm.

PWD là bệnh lây nhiễm qua đường ruột, vì vậy vaccine uống là phương pháp phòng ngừa hoàn hảo. Tuy nhiên, việc phát triển vaccine uống gặp phải rất nhiều rào cản như: điều kiện khắc nghiệt ở ruột, sự phân tán vaccine và dung nạp miễn dịch (Zhu & Berzofsky, 2013). Việc nâng cao hiệu quả của vaccine uống có thể thực hiện thông qua việc vận chuyển kháng nguyên nguyên vẹn đến tế bào M. Tế bào M (Microfold cells) là tế bào thu nhận kháng nguyên ở ruột. Với cấu trúc đặc biệt như lớp glycocalyx mỏng, ít các enzyme tiêu hóa, cấu trúc vòm, tế bào M sẽ duy trì cấu trúc, thu nhận và vận chuyển kháng nguyên vào bên trong lòng ruột. Tuy nhiên, số lượng tế bào M ở ruột là rất thấp (khoảng 5%), đòi hỏi phải nhắm trúng đích thông qua các thụ thể trên bề mặt tế bào. Hiện nay, có nhiều cặp phối tử - thụ thể được biết đến như: lectin, kháng thể đơn dòng và các protein có nguồn gốc từ vi sinh vật (Kim & Jang, 2014). Với các ưu điểm như an toàn, dễ thu nhận, giá thành thấp, protein từ vi sinh vật nhận được nhiều sự quan tâm. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng protein có nguồn gốc vi sinh vật như Heat Shock Protein 60 (Hsp60) từ Brucella abortus tương tác với thụ thể Cellular Prion Protein (PrPC) trên tế bào M. Tuy nhiên, kích thước lớn của Hsp60 (60 kDa) là một trở ngại cho việc dung hợp với kháng nguyên, cũng như có khả năng ảnh hưởng đến tính sinh miễn dịch của kháng nguyên. Với tiêu chí “nhỏ nhưng còn hoạt tính”, dựa trên cấu trúc Hsp60 và các công cụ dự đoán tinh sinh học như: SWISSMODEL, ClusPro2.0, GROMACS, peptide PEP được dự đoán là có khả năng tương tác với PrPC (dữ liệu không được trình bày).

Nhằm phát triển hệ thống vaccine uống chống lại ETEC/F18, kháng nguyên F18 dung hợp với peptide PEP được tiến hành dòng hóa và biểu hiện trên vi khuẩn E. coli. Sau đó, protein tái tổ hợp PEP-F18 được tinh sạch bằng phương pháp sắc ký ái lực ion kim loại (Immobilized metal affinity chromatography, IMAC). Kết quả của nghiên cứu này sẽ mở ra một kỉ nguyên vaccine uống mới, sử dụng dễ dàng hơn với hiệu quả cao hơn.

Qua quá trình nghiên cứu, có kết luận như sau: Vector tái tổ hợp pET22b-pep-f18 mã hóa cho protein PEP-F18 đã được cấu trúc thành công, trong đó peptide PEP có nguồn gốc từ Hsp60 và F18 là kháng nguyên mục tiêu từ ETEC. Xây dựng thành công chủng biểu hiện E. coli BL21(DE3)/pET22bpep-f18 mang vector tái tổ hợp pET22b-pep-f18. Protein tái tổ hợp PEP-F18 đã biểu hiện dạng tan với nồng độ IPTG 0,5 mM, ở 16OC, trong 16 giờ. Cuối cùng, protein này được thu nhận và tinh sạch với độ tinh sạch cao, đủ điều kiện để tiến hành các thử nghiệm tiếp theo.