Sự hình thành sớm và cân bằng của hệ vi sinh đường ruột đóng vai trò then chốt trong quá trình phát triển miễn dịch, hấp thu dinh dưỡng và hiệu suất tăng trưởng của gia cầm. Tuy nhiên, trong điều kiện chăn nuôi công nghiệp hiện nay, việc ấp nhân tạo và các biện pháp khử trùng vỏ trứng thường làm gián đoạn quá trình hình thành hệ vi sinh tự nhiên, dẫn đến ruột gà con nghèo vi khuẩn có lợi sau khi nở. Nghiên cứu này nhằm đánh giá hiệu quả của phương pháp phun probiotic trực tiếp lên bề mặt vỏ trứng trong quá trình ấp như một giải pháp không xâm lấn để hỗ trợ hình thành hệ vi sinh đường ruột sớm. Kết quả cho thấy, việc bổ sung Lacticaseibacillus paracasei và Lacticaseibacillus rhamnosus đã làm thay đổi đáng kể cấu trúc hệ vi sinh ở vỏ trứng, màng niệu – đệm (CAM) và ruột phôi, với sự gia tăng rõ rệt của các chi vi khuẩn có lợi như Lactobacillus và Enterococcus. Đồng thời, chức năng chuyển hóa carbohydrate, năng lượng và đáp ứng miễn dịch bẩm sinh cũng được cải thiện, góp phần nâng cao tỷ lệ nở, chất lượng gà con và tiềm năng tăng trưởng sau nở. Những kết quả này khẳng định rằng phun probiotic lên vỏ trứng là một chiến lược tiềm năng, an toàn và hiệu quả để tối ưu hóa sức khỏe và hiệu suất của đàn gà thương phẩm trong sản xuất hiện đại.
2. Giới thiệu
Hệ vi sinh đường ruột đóng vai trò nền tảng trong sự phát triển toàn diện của gia cầm, ảnh hưởng sâu sắc đến quá trình tiêu hóa – hấp thu dinh dưỡng, chức năng miễn dịch, khả năng kháng bệnh và hiệu suất tăng trưởng. Ngay từ giai đoạn đầu đời, việc hình thành một hệ vi sinh đa dạng và cân bằng giúp gà con phát triển đường ruột khỏe mạnh, tối ưu hóa đáp ứng miễn dịch và giảm nguy cơ mắc các bệnh đường tiêu hóa.
Tuy nhiên, trong các hệ thống chăn nuôi công nghiệp hiện đại, gà con thường được ấp nhân tạo và nở trong môi trường vô trùng, dẫn đến sự gián đoạn quá trình tiếp nhận vi sinh vật tự nhiên từ mẹ. Việc khử trùng bề mặt vỏ trứng, kết hợp với điều kiện nuôi cách ly khỏi đàn trưởng thành, làm suy giảm đáng kể cơ hội hình thành hệ vi sinh sớm. Hậu quả là ruột gà con nghèo vi khuẩn có lợi trong những ngày đầu sau nở, làm giảm khả năng miễn dịch và ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất chăn nuôi.
Phần lớn các biện pháp hiện nay, như bổ sung probiotic qua nước uống hoặc thức ăn, chỉ tác động sau khi gà đã nở – một thời điểm mà “cửa sổ” vàng cho sự định cư hệ vi sinh đã phần nào khép lại. Trong khi đó, nhiều nghiên cứu cho thấy việc can thiệp sớm trong giai đoạn phôi có thể mang lại hiệu quả vượt trội trong việc định hình hệ vi sinh vật đường ruột và cải thiện sức khỏe tổng thể.
Từ thực tế đó, nghiên cứu này được thực hiện với mục tiêu đánh giá hiệu quả của phương pháp phun trực tiếp chế phẩm probiotic lên bề mặt vỏ trứng trong quá trình ấp. Bằng cách này, chúng tôi hướng tới việc điều chỉnh hệ vi sinh ngay từ giai đoạn phôi, tạo tiền đề cho sự phát triển đường ruột khỏe mạnh và nâng cao hiệu suất sinh trưởng của gà con sau nở.
3. Vật liệu và phương pháp3.1. Thiết kế thí nghiệm
Thí nghiệm được tiến hành nhằm đánh giá tác động của việc phun probiotic lên vỏ trứng trong quá trình ấp đến sự hình thành hệ vi sinh vật ở phôi và gà con sau nở. Tổng cộng 100 trứng giống Ross 308 đã được thu nhận và chia ngẫu nhiên thành ba nhóm thí nghiệm: (i) nhóm đối chứng – phun dung dịch PBS vô trùng, (ii) nhóm LP – phun Lacticaseibacillus paracasei DUP13076, và (iii) nhóm LR – phun Lacticaseibacillus rhamnosus NRRL B-442. Probiotic được chuẩn bị với mật độ khoảng 10⁹ CFU/trứng và được phun trực tiếp lên bề mặt vỏ trứng vào các thời điểm ngày 0, 3, 7, 10, 14 và 18 của quá trình ấp. Mục tiêu của thiết kế này là tạo điều kiện cho sự tiếp xúc sớm giữa vi sinh vật có lợi với môi trường phôi và đánh giá khả năng định cư của chúng trong suốt giai đoạn phát triển.
3.2. Thu mẫu
Để khảo sát toàn diện tác động của probiotic, mẫu được thu thập tại các giai đoạn khác nhau trong quá trình ấp và sau khi gà nở. Cụ thể, các loại mẫu bao gồm: (i) bề mặt vỏ trứng để đánh giá sự thay đổi thành phần vi sinh ban đầu, (ii) màng đệm niệu – đệm phôi (chorioallantoic membrane, CAM) nhằm theo dõi quá trình chuyển giao vi sinh vật từ vỏ vào bên trong phôi, (iii) ruột phôi để phân tích sự định cư vi sinh trong giai đoạn phát triển sớm, và (iv) ruột non và manh tràng của gà con ngay sau khi nở để đánh giá sự hình thành hệ vi sinh cuối cùng.
3.3. Phân tích vi sinh
Các mẫu được xử lý để chiết xuất DNA tổng số, sau đó tiến hành giải trình tự vùng gen 16S rRNA nhằm xác định thành phần và cấu trúc quần thể vi sinh vật. Phân tích đa dạng alpha và beta được sử dụng để đánh giá sự phong phú và khác biệt về cấu trúc hệ vi sinh giữa các nhóm. Công cụ LEfSe (Linear discriminant analysis Effect Size) được áp dụng để xác định các loài vi sinh vật đặc trưng có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các nhóm xử lý. Ngoài ra, thuật toán SourceTracker được sử dụng để truy vết nguồn gốc hình thành hệ vi sinh đường ruột của gà con, xác định tỷ lệ đóng góp từ vỏ trứng, CAM và ruột phôi.
3.4. Phân tích chức năng
Để dự đoán tiềm năng chuyển hóa và chức năng của hệ vi sinh, dữ liệu giải trình tự được phân tích bằng phần mềm PICRUSt2. Các con đường chuyển hóa và chức năng sinh học được dự đoán dựa trên cơ sở dữ liệu KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes), qua đó xác định các nhóm quá trình chính như trao đổi chất carbohydrate, chuyển hóa axit amin, vận chuyển màng, quá trình sao chép – phiên mã, và các con đường liên quan đến đáp ứng miễn dịch. Phân tích này cung cấp cái nhìn sâu hơn về ảnh hưởng sinh lý của probiotic lên sự phát triển của hệ vi sinh và khả năng chuyển hóa của gà con.
4.1. Hệ vi sinh vật trên bề mặt vỏ trứng
Kết quả giải trình tự 16S rRNA cho thấy việc phun probiotic đã làm thay đổi đáng kể cấu trúc hệ vi sinh vật trên bề mặt vỏ trứng trong suốt quá trình ấp. So với nhóm đối chứng (phun PBS), cả hai nhóm xử lý LP và LR đều ghi nhận sự giảm rõ rệt đa dạng alpha (Shannon, Simpson index; p ≤ 0.05), phản ánh sự hình thành một cộng đồng vi sinh chuyên biệt hơn. Phân tích PCoA và PERMANOVA xác nhận sự khác biệt có ý nghĩa trong cấu trúc cộng đồng vi sinh giữa các nhóm (p ≤ 0.01).
Đáng chú ý, ở nhóm được xử lý probiotic, họ Lactobacillaceae và đặc biệt là chi Lactobacillus chiếm ưu thế áp đảo, chiếm hơn 99% tổng số vi khuẩn so với chỉ khoảng 22% ở nhóm đối chứng. Sự thay đổi này thể hiện khả năng định cư mạnh mẽ của vi khuẩn probiotic được phun lên vỏ trứng và sự duy trì ổn định của chúng suốt thời gian ấp.
4.2. Hệ vi sinh vật trên màng CAM (chorioallantoic membrane)
CAM – màng đệm phôi đóng vai trò trung gian vận chuyển khoáng chất và chất dinh dưỡng – cũng cho thấy sự thay đổi đáng kể khi xử lý probiotic. Cộng đồng vi sinh vật tại đây không thay đổi đáng kể về đa dạng alpha, nhưng cấu trúc beta thể hiện sự khác biệt rõ rệt, đặc biệt ở nhóm LP (p ≤ 0.05).
Tại mức độ phân loại, Lactobacillaceae và Enterococcus trở thành hai nhóm chiếm ưu thế với tỉ lệ cao hơn đáng kể so với nhóm đối chứng, trong khi Proteobacteria giảm rõ rệt. Phân tích LEfSe và mô hình Random Forest chỉ ra rằng Lactobacillaceae là vi khuẩn chỉ thị quan trọng nhất để phân biệt giữa các nhóm xử lý.
Phân tích chức năng dự đoán bằng PICRUSt2 cho thấy các con đường chuyển hóa carbohydrate và năng lượng như glycolysis/gluconeogenesis, galactose metabolism, starch và sucrose metabolism được kích hoạt mạnh ở nhóm LP. Điều này chứng tỏ probiotic không chỉ thay đổi thành phần hệ vi sinh mà còn tăng cường tiềm năng chuyển hóa sinh học của CAM, có thể hỗ trợ quá trình phát triển của phôi.
4.3. Hệ vi sinh vật đường ruột ở gà con
Ở giai đoạn sau nở, hệ vi sinh đường ruột của gà con nhóm probiotic thể hiện cấu trúc cộng đồng hoàn toàn khác biệt so với nhóm đối chứng (p ≤ 0.01). Trong khi Firmicutes chiếm ưu thế ở tất cả các nhóm, tỷ lệ Proteobacteria giảm mạnh ở nhóm probiotic, phản ánh sự chuyển dịch tích cực hướng đến một hệ vi sinh ổn định và có lợi.
Đặc biệt, Lactobacillus, Enterococcus faecium, và Enterococcus mundtii tăng mạnh trong cả manh tràng và hồi tràng của nhóm LP và LR, trong khi các chi không mong muốn như Clostridiaceae và Bacillaceae giảm rõ rệt. Phân tích LEfSe xác nhận Enterococcaceae và Lactobacillaceae là các chỉ dấu sinh học chủ chốt ở nhóm LP, trong khi Bacillus là chỉ dấu chính ở nhóm LR.
Phân tích chức năng cho thấy sự kích hoạt mạnh mẽ các con đường trao đổi chất năng lượng, nucleotide, acid amin và quá trình miễn dịch. Đặc biệt, các con đường liên quan đến vận chuyển màng, sao chép – phiên mã, và kích hoạt tế bào miễn dịch như đại thực bào và tế bào T được tăng cường đáng kể, cho thấy sự phát triển chức năng miễn dịch sớm hơn ở nhóm probiotic.
4.4. Nguồn hình thành hệ vi sinh vật đường ruột
Phân tích nguồn gốc bằng thuật toán SourceTracker cung cấp bằng chứng rõ ràng rằng màng CAM là nguồn đóng góp chính (>60%) cho sự hình thành hệ vi sinh đường ruột của gà con. Trong nhóm LP, tới 79,6% hệ vi sinh manh tràng được dự đoán bắt nguồn từ CAM ở ngày thứ 7, trong khi khoảng 65,3% hệ vi sinh hồi tràng có nguồn gốc từ CAM cùng thời điểm.
Bên cạnh đó, vi sinh vật từ vỏ trứng và ruột phôi cũng góp phần đáng kể vào cộng đồng vi sinh cuối cùng của gà con, đặc biệt ở các thời điểm cuối của quá trình ấp. Việc phát hiện các trình tự đặc trưng của Lacticaseibacillus paracasei và L. rhamnosus trong hệ vi sinh ruột chứng minh khả năng chuyển giao thành công vi khuẩn probiotic từ bề mặt trứng vào ruột gà con.
Tổng thể, kết quả cho thấy việc phun probiotic lên vỏ trứng không chỉ định hình hệ vi sinh ở từng ngăn sinh học (vỏ trứng, CAM, ruột) mà còn định hướng sự hình thành hệ vi sinh đường ruột sớm, mang lại lợi ích lớn về chuyển hóa và miễn dịch ngay từ giai đoạn đầu đời.
5. Thảo luận
5.1. Ý nghĩa của việc can thiệp sớm đối với sự hình thành hệ vi sinh
Kết quả của nghiên cứu này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc can thiệp sớm vào quá trình hình thành hệ vi sinh vật đường ruột ở gà con. Trong điều kiện chăn nuôi công nghiệp, việc ấp nhân tạo và cách ly khỏi đàn trưởng thành đã làm mất đi cơ hội truyền vi sinh tự nhiên từ mẹ sang con, dẫn đến hệ vi sinh nghèo nàn trong những ngày đầu đời. Việc phun probiotic trực tiếp lên vỏ trứng – một giai đoạn rất sớm của quá trình phát triển phôi – đã chứng minh khả năng định hình hệ vi sinh khỏe mạnh ngay từ trong trứng, giúp tăng cường sự hiện diện của các vi khuẩn có lợi như Lactobacillus và Enterococcus. Điều này không chỉ hỗ trợ phát triển đường ruột mà còn kích hoạt các chức năng miễn dịch bẩm sinh, cải thiện khả năng hấp thu dinh dưỡng và tạo nền tảng cho tăng trưởng tối ưu sau nở.
5.2. Vai trò trung tâm của màng CAM trong quá trình truyền vi sinh
Một phát hiện nổi bật của nghiên cứu là vai trò then chốt của màng CAM (chorioallantoic membrane) như một cầu nối sinh học giữa môi trường bên ngoài và phôi đang phát triển. CAM không chỉ đảm nhận các chức năng sinh lý truyền thống như trao đổi khí, vận chuyển khoáng chất và hấp thu chất dinh dưỡng, mà còn là kênh trung gian cho sự di chuyển của vi sinh vật từ vỏ trứng vào hệ tuần hoàn và ruột phôi. Phân tích nguồn gốc bằng SourceTracker cho thấy hơn 60% hệ vi sinh đường ruột gà con có nguồn gốc từ CAM, chứng minh đây là mắt xích quan trọng trong việc hình thành hệ vi sinh nội sinh. Việc hiểu rõ vai trò của CAM mở ra hướng tiếp cận mới trong các chiến lược can thiệp vi sinh sớm để nâng cao sức khỏe gà con.
5.3. So sánh với các phương pháp bổ sung vi sinh truyền thống
So với các biện pháp hiện nay như tiêm trực tiếp vào túi ối (in-ovo) hay bổ sung probiotic qua thức ăn, nước uống sau khi gà nở, phương pháp phun probiotic lên vỏ trứng thể hiện nhiều ưu điểm vượt trội. Thứ nhất, đây là phương pháp không xâm lấn, dễ áp dụng trong sản xuất công nghiệp và không gây tổn thương phôi. Thứ hai, nó cho phép can thiệp sớm hơn, trước khi hệ vi sinh vật định cư hoàn chỉnh, giúp tối ưu hóa quá trình định hình cộng đồng vi sinh. Cuối cùng, chi phí thực hiện thấp và có thể kết hợp linh hoạt với các quy trình ấp hiện có, biến đây thành một chiến lược khả thi trong quy mô thương mại.
5.4. Hạn chế và định hướng nghiên cứu tương lai
Mặc dù kết quả nghiên cứu rất hứa hẹn, vẫn còn một số hạn chế cần được giải quyết trong các nghiên cứu tiếp theo. Thứ nhất, chưa có đánh giá cụ thể về khả năng định cư lâu dài của các chủng probiotic trong hệ vi sinh đường ruột sau nở. Thứ hai, việc xác định liều lượng tối ưu, thời điểm phun và tần suất can thiệp vẫn cần nghiên cứu thêm để đảm bảo hiệu quả và an toàn ở quy mô công nghiệp. Ngoài ra, nghiên cứu hiện tại chủ yếu dựa vào dữ liệu 16S rRNA, vốn có hạn chế về độ phân giải ở cấp độ loài và chủng. Các nghiên cứu trong tương lai nên sử dụng các kỹ thuật phân tích chuyên sâu hơn (như qPCR hoặc metagenomics) để xác minh chức năng của probiotic ở cấp độ chủng, từ đó mở rộng ứng dụng trong chọn lọc và thiết kế các chế phẩm vi sinh thế hệ mới phục vụ chăn nuôi gia cầm.
6. Kết luận
Nghiên cứu này khẳng định rằng phun probiotic lên bề mặt vỏ trứng trong quá trình ấp là một chiến lược can thiệp sớm đầy tiềm năng, không xâm lấn và hiệu quả cao trong việc định hình hệ vi sinh vật đường ruột ở gà con. Phương pháp này không chỉ tạo ra sự thay đổi rõ rệt trong cấu trúc hệ vi sinh ở các giai đoạn phát triển – từ vỏ trứng, màng CAM đến ruột phôi và ruột gà con – mà còn thúc đẩy sự gia tăng mạnh mẽ của các vi khuẩn có lợi như Lactobacillus và Enterococcus. Kết quả là tỷ lệ nở được cải thiện đáng kể, gà con khỏe mạnh hơn, có khả năng miễn dịch tốt hơn và các quá trình chuyển hóa năng lượng – dinh dưỡng diễn ra hiệu quả hơn. Bên cạnh đó, việc ứng dụng phương pháp này còn giúp giảm sự phụ thuộc vào kháng sinh trong chăn nuôi gia cầm, góp phần xây dựng một nền sản xuất bền vững và thân thiện với sức khỏe cộng đồng. Nhờ những lợi ích vượt trội, kỹ thuật phun probiotic lên vỏ trứng có tiềm năng lớn để trở thành một phần quan trọng trong chiến lược quản lý sức khỏe và năng suất gia cầm trong tương lai.
Tài liệu tham khảo Gao, M., Ren, Y., Lu, S., Reddyvari, R., & Amalaradjou, M. A. R. (2025). Probiotic application to hatching egg surface supports microbiota development and acquisition in broiler embryos and hatchlings. Poultry Science, 104(5), 105391. https://doi.org/10.1016/j.psj.2025.105391