Vi khuẩn đường ruột ở gia súc đóng góp cho phát thải khí nhà kính

Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ (EPA), nồng độ khí mê-tan trong khí quyển, khí nhà kính mạnh hơn khoảng 28 lần so với khí CO2 đã tăng đều kể từ thế kỷ 18 và hiện đã tăng 50% so với mức tiền công nghiệp, vượt quá 1.800 phần tỷ.

EPA quy cho 1/5 lượng phát thải khí mê-tan từ chăn nuôi các loài gia súc như trâu, bò, cừu và các loài gia súc nhai lại khác. Trong thực tế, chăn nuôi động vật nhai lại là nguồn phát thải khí mê-tan lớn nhất, và tại một đất nước như Niu-di-lân (NZ) – nơi số lượng cừu đông hơn dân số của người với tỉ lệ 7-1, thì đó là một vấn đề lớn. Tuy nhiên, không phải tất cả động vật nhai lại đều có lượng phát thải khí nhà kính như nhau. Lượng khí mê-tan thay đổi đáng kể ở các loài động vật riêng lẻ trong nhóm loài động vật nhai lại. Để tìm hiểu nguyên nhân, một nhóm các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Viện Nghiên cứu Gien thuộc Bộ Năng lượng Mỹ (DOE JGI) đã triển khai giải trình tự ADN thông lượng cao và kỹ thuật phân tích chuyên sâu để khám phá sức chứa của dạ cỏ của cừu phối hợp với tổ chức AgResearch của Niu-di-lân để xem xét vai trò của vi khuẩn trong ruột (microbiomes) của động vật nhai lại (các vi khuẩn sống trong dạ cỏ) quá trình này. Nghiên cứu được công bố trực tuyến ngày 6 tháng 6 năm 2014 trên Genome Research.

Các nhà nghiên cứu muốn tìm hiểu lý do tại sao một số con cừu lại sản sinh ra rất nhiều khí mê-tan và một số con lại sản sinh ra ít khí mê-tan, Eddy Rubin – giám đốc DOE JGI cho biết. Nghiên cứu cho thấy rằng chính các vi sinh vật trong ruột gia súc là nguyên nhân của sự khác biệt này. Để tìm hiểu lý do tại sao một lượng khí mê-tan mà động vật nhai lại tạo ra lại có sự khác biệt, các nhà nghiên cứu đã tận dụng chương trình sàng lọc và lai tạo giống cừu lớn ở Niu-di-lân nhằm lai tạo ra những động vật nhai lại phát thải ít khí mê-tan hơn mà không ảnh hưởng đến những đặc tính khác như sinh sản, len và chất lượng thịt. Nhóm nghiên cứu đã đo lại sản lượng khí mê-tan từ một nhóm 22 con cừu, và từ nhóm này, họ đã chọn ra 4 con cừu với lượng phát thải khí mê-tan thấp nhất, 4 con cừu có lượng khí thải cao nhất và 2 con cừu có phát thải khí ở mức trung bình.

Nghiên cứu giải trình tự chuyên sâu đóng góp cho chương trình nhân giống này bằng cách xác định sự đóng góp của vi sinh vật cho các đặc điểm về khí mê-tan, có thể được sử dụng bổ sung cho các biện pháp về khí mê-tan để hỗ trợ chọn lọc vật nuôi, Graeme Attwood – nhà khoa học cấp cao của AgResearch, một tác giả của bài báo cho biết. Nhóm nghiên cứu sau đó đã kiểm tra để xem xét liệu có một mối tương quan nào giữa tỷ lệ vi khuẩn sinh khí mê-tan (methanogens) trong 8 con cừu với lượng phát thải khí mê-tan cao nhất và thấp nhất được ghi nhận hay không. Ở những con cừu có lượng khí thải mê-tan thấp, họ đã phát hiện thấy sự gia tăng số lượng một loài cụ thể của methanogens (Methanosphaera) trong khi những con cừu có lượng phát thải khí mê-tan cao có sự gia tăng tăng số lượng của một nhóm methanogens khác (Methanobrevibacter gottschalkii).

Nghiên cứu thêm, nhóm nghiên cứu sau đó đã xác định được một con đường tạo khí mê-tan và 3 biến thể của gien mã hóa một phản ứng hình thành khí mê-tan quan trọng đã tham gia vào gia tăng lượng khí mê-tan. Trong khi những thay đổi về cấu trúc tổng thể của quần thể vi khuẩn tạo khí mê-tan và sự phong phú của chúng ở cừu là không dễ phát hiện, nhóm nghiên cứu cho biết rằng mức độ biểu hiện gien có liên quan đến quá trình tạo khí mê-tan thay đổi đáng kể ở cừu, cho thấy quy định gien khác biệt có lẽ được kiểm soát bởi nồng độ hyđro trong dạ cỏ hoặc các biến thể trong thời gian dừng ăn. Không có quá nhiều thành phần thực tế của microbiome quyết định sự phát thải khí mà chủ yếu là quy định phiên mã trong các vi khuẩn hiện có tạo ra sự khác biệt, đó là một khái niệm tương đối mới trong nghiên cứu metagenomic, Rubin nói.

Phát hiện của nhóm nghiên cứu đề xuất các mục tiêu mới có thể giảm thiểu phát thải khí mê-tan ở cấp microbiome. Sàng lọc và nhân giống để tạo ra những con cừu phát thải ít khí mê-tan vẫn được tiến hành, và quan trọng là lai tạo ra những giống phát thải ít khí mê-tan sau đó cần phải được kiểm tra cho tính ổn định của tính trạng này, cũng như thiếu sót của bất kỳ tác động nào đến khả năng sinh sản sản xuất thịt hoặc sản xuất len của cừu. Hơn nữa, cần phải khuyến khích nông dân kết hợp nuôi động vật phát thải khí mê-tan thấp trong đàn vật nuôi của họ để đạt được năng suất tốt hơn với các loài động vật có phát thải khí mê-tan thấp hoặc có thể yêu cầu các khoản tín dụng các-bon.