parahaemolyticus CED của hệ thống sinh điện hóa có điện cực ở đáy quy mô 10L
3.3.1 Ảnh hưởng của dịch lọc cột nước SBES gần cathode
Arend và cộng sự (2014) và Gajda và cộng sự (2020) đã báo cáo rằng sự thay đổi pH trong một hệ thống sinh điện hóa có ảnh hưởng nhất định đến sự ức chế vi khuẩn gây bệnh trong khoang cathode [12, 38]. Ngoài ra, nghiên cứu của Lu và cộng sự (2012) cho thấy hệ thống sinh điện hóa có khả năng sinh H2O2 lên tới 78,85 mg/L, là chất oxy hóa mạnh, được sinh ra ở cathode, gây độc với tế bào vi khuẩn [62]. Do
vậy, khả năng ức chế các vi khuẩn Vibrio của dịch lọc cột nước gần điện cực cathode được kiểm tra.
Kết quả (Hình 3.3) cho thấy, đối với cả 3 chủng thử nghiệm, mật độ vi khuẩn không giảm sau 180 phút khi tiếp xúc trực tiếp với dịch lọc cột nước tại vị trí
cathode trong cả trường hợp thí nghiệm và đối chứng. Thậm chí đối với Vh, mật độ vi khuẩn ở các trường hợp đều tăng khoảng hơn 1 log, qua đó cho thấy Vh vẫn có khả năng sinh trưởng trong dịch lọc cathode. Như vậy, có thể thấy dịch lọc cathode không có khả năng ức chế các vi khuẩn Vibrio.
Mặc dù các nghiên cứu của Arend (2014), Gajda (2020) và Lu (2012) cho thấy
tác dụng diệt khuẩn rõ ràng của H2O2 hoặc pH cao nhưng hiệu quả diệt khuẩn nhờ cathode chưa thực sự mạnh [12, 38, 62]. Trong nghiên cứu này, chúng tôi không thể đo được sự xuất hiện của H2O2 [101]. Có lẽ, cột SBES của chúng tôi ở quy mô lớn hơn nhiều (so với những nghiên cứu trước đây) và do đó lượng H+ hoặc H2O2 được tạo ra có thể quá nhỏ để có bất kỳ ảnh hưởng đáng kể nào đến môi trường trong hệ thống. Hơn nữa, pH của cả cột nước SBES (thậm chí cả gần các điện cực) hầu như không thay đổi trong quá trình vận hành (Phụ lục 3). Những hiện tượng này giải thích
39 tại sao trong nghiên cứu của chúng tôi, dịch lọc cột SBES gần vị trí cathode không có khả năng ức chế các vi khuẩn Vibrio.
Hình 3.3. Sự thay đổi số log10 mật độ vi khuẩn của các chủng Vibrio theo thời gian khi tiếp xúc với dịch lọc cột nước SBES gần vị trí cathode Ghi chú: A: Vh, B: Vp, C: Vp CED; TN_C1, TN_C2, TN_C3: mẫu dịch lọc từ 3 cột thí
nghiệm; ĐC: mẫu trộn dịch lọc của 3 cột đối chứng; MB: muối biển
3.3.2 Ảnh hưởng của dịch lọc cột nước SBES gần anode
Một số nhóm nghiên cứu trước đây đã báo cáo rằng thế oxy hóa khử giảm ở điện cực anode có thể gây ra sự tạo thành các chất oxy hóa khử có khả năng ức chế hoạt động trao đổi chất của vi khuẩn gây bệnh [42, 43]. Do đó, khả năng sống sót của các vi khuẩn Vibrio khi cho chúng tiếp xúc với dịch lọc anode được kiểm tra.
40
Hình 3.4. Sự thay đổi số log10 mật độ vi khuẩn của các chủng Vibrio theo thời gian khi tiếp xúc với dịch lọc cột nước SBES gần vị trí anode
Ghi chú: A: Vh, B: Vp, C: Vp CED; TN_C1, TN_C2, TN_C3: mẫu dịch lọc từ 3 cột thí
nghiệm; ĐC: mẫu trộn dịch lọc của 3 cột đối chứng; MB: muối biển Kết quả thu được (Hình 3.4) cho thấy, khi tiếp xúc với dịch lọc anode của các
cột thí nghiệm, mật độ vi khuẩn Vibrio đều giảm dần theo thời gian; trong khi chúng dường như sống sót tốt trong dịch lọc ở phần đáy của cột đối chứng. Cụ thể, mật độ Vh giảm sau 180 phút lần lượt là 2,5, 1,6, 2,6 log khi tiếp xúc với dịch lọc anode của TN_C1, TN_C2, TN_C3 (Hình 3.4A). Khả năng ức chế Vp của dịch lọc anode TN_C3 có vẻ yếu hơn (chỉ làm giảm 0,6 log) so với Vh, tuy nhiên khi tiếp xúc với TN_C1 và TN_C2 thì khả năng ức chế mạnh, mật độ vi khuẩn giảm 1,6 và 1,7 log
41 (Hình 3.4B). Đối với Vp CED, một chủng dại được phân lập từ ao nuôi thực tế, thường có sức chống chịu tốt hơn, mật độ vi khuẩn này trong dịch lọc anode của TN_C2 không giảm đáng kể, giảm ít ở TN_C1 (0,8 log) và giảm 90% ở TN_C3 (1,3
log) (Hình 3.4C). Các kết quả này, nhìn chung, cho thấy khả năng ức chế rõ rệt của SBES đối với các vi khuẩn Vibrio.
Trong các nghiên cứu trước đây, Ieropoulos và cộng sự (2017) đưa ra giả thuyết rằng, sự hình thành của các chất oxy hóa khử có thể tạo ra môi trường khắc nghiệt đối với vi khuẩn gây bệnh [42, 43]. Theo đó, môi trường anode của BES có thể làm giảm mạnh mẽ số lượng các vi khuẩn Samonella enteritidis (tới 10-100 lần) [43], Samonella typhimurium, Pseudomonas aeruginosa và Staphylococcus aureus
(trung bình giảm 100-1000 lần với mỗi tác nhân) [42]. Điều này được minh chứng rõ hơn với kết quả nghiên cứu của Vasieva và cộng sự (2019) cho thấy sự giảm mạnh về tỷ lệ DNA của các vi khuẩn gây bệnh phổ biến như Shigella, Yersinia, Vibrio, Haemophilus và Pseudomonas khi phân tích metagenome quần xã vi sinh vật ở môi
trường anode của BES [97]. Bên cạnh đó, trong quá trình làm giàu quần xã vi sinh vật tại anode, dưới điều kiện điện hóa, các vi sinh vật điện hóa phát triển tạo nên các màng sinh học (biofilm) của anode. Để thực hiện việc này, có thể vi sinh vật điện hóa
phải cạnh tranh với các vi sinh vật khác, bằng cách tạo ra các chất trung gian có khả năng gây độc với các vi sinh vật khác. Ví dụ như Pseudomonas aeruginosa, có khả năng sinh điện hóa, sản sinh ra các pyocyanin hoặc pyoverdine để tiêu điệt các vi sinh vật cạnh tranh [49, 113]. Đây là các lý do có thể giải thích cho tác dụng ức chế các vi khuẩn Vibrio của dịch lọc cột nước SBES tại anode trong các cột thí nghiệm có lắp đặt hệ thống sinh điện hóa, trong khi đối chứng không lắp đặt hệ thống thì không có khả năng này.
Trong một số thí nghiệm, ba cột nước SBES không phải lúc nào cũng thể hiện các hoạt động ức chế giống nhau đối với vi khuẩn Vibrio (đôi khi một trong số chúng
không thể hiện hoạt động ức chế rõ ràng). Chúng tôi vẫn chưa giải thích được hiện tượng này nhưng theo các nghiên cứu trước đây, đôi khi một sự thay đổi nhỏ về điện trở trong (do ngắt kết nối) có thể dẫn đến hiệu suất không ổn định của BES [61]. Sự
42 thay đổi như vậy thậm chí có thể dẫn đến sự thay đổi đáng kể khả năng oxy hóa khử
của hệ thống, từ đó có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến tác dụng diệt khuẩn của SBES, như đã đề cập ở trên [43]. Trong nghiên cứu này, chúng tôi không thể kiểm tra điện
trở bên trong và thế oxy hóa khử của SBES và do đó cần có các thử nghiệm sâu hơn để đánh giá tính ổn định của hệ thống. Tuy nhiên, nhìn chung, ít nhất hai trong số ba mô hình thử nghiệm luôn cho thấy hoạt động ức chế đáng kể đối với các chủng Vibrio, và điều này ủng hộ giả thuyết của chúng tôi rằng, SBES có tác dụng diệt khuẩn đối với vi khuẩn Vibrio.
Căn cứ vào khả năng ức chế mạnh mẽ các vi khuẩn Vibrio của dịch lọc cột
SBES tại anode, trong các thí nghiệm sau, dịch lọc nước tại anode sẽ được lấy ra để đánh giá khả năng kiểm soát vi khuẩn này với các điều kiện thử nghiệm khác nhau;
từ đó hiểu rõ hơn bản chất khả năng xử lý của SBES và đánh giá khả năng vận hành SBES ở các quy mô lớn hơn trong thực tế.