0
Các công nghệ mới như chụp cắt lớp vi tính (CT scan) khi được ứng dụng trong chương trình chọn lọc di truyền đang mở ra những cơ hội vượt trội trong việc nâng cao độ chính xác của công tác chọn lọc heo đực giống. Nhờ công cụ này, chúng ta có thể thu thập dữ liệu quy mô lớn về cấu trúc bên trong của heo sống mà không gây ảnh hưởng đến phúc lợi động vật. Ngày nay, giữa thời đại mà công nghệ genomics (giải trình tự gen) được nhắc đến rộng rãi và hiển nhiên giữ vai trò then chốt trong chương trình cải tiến giống, có một cụm từ mà chúng ta lặp đi lặp lại như một câu thần chú, nhắc nhở chúng ta về điều quan trọng: "Trong thời đại của công nghệ gen, kiểu hình vẫn là vua". Bởi dù genomics đóng góp to lớn, việc thu thập dữ liệu tại trại và các trung tâm kiểm nghiệm để đánh giá biểu hiện của kiểu gen trong điều kiện môi trường thực tế (kiểu hình) vẫn là yếu tố cốt lõi. Chính vì vậy, độ chính xác và tính đa dạng của dữ liệu thu thập đã tăng trưởng vượt bậc trong những năm gần đây.
Chụp cắt lớp vi tính (CT): Công nghệ ứng dụng trong chọn lọc heo hiện tại và tương lai
Việc ứng dụng chụp cắt lớp vi tính (CT scan) như một phần quan trọng trong chương trình chọn lọc di truyền chính là minh chứng rõ nét nhất cho cách công nghệ tiên tiến có thể giúp chọn lọc những con heo khỏe mạnh, hiệu quả và thích nghi tốt hơn với yêu cầu của ngành chăn nuôi hiện đại.
CT scan là một phương pháp chẩn đoán hình ảnh được sử dụng rộng rãi trong y học người, và ít được sử dụng trong thú y. Kỹ thuật này dựa trên tia X để quét toàn bộ cơ thể heo, ghi nhận các lát cắt ngang (khoảng 1.100 hình ảnh cho một con heo), từ đó tái tạo hình ảnh ba chiều hoàn chỉnh bao gồm toàn bộ cấu trúc xương, cơ và cơ quan nội tạng của con vật.
Ưu điểm của chụp cắt lớp vi tính như một phần của chương trình cải tiến di truyền là gì?
- Phân tích thành phần thân thịt (tỷ lệ các phần cắt và phần nạc) được thực hiện trực tiếp trên heo đực giống tiềm năng, giúp ước tính chính xác hơn giá trị di truyền và phát triển các chỉ tiêu di truyền mới (ví dụ: tỷ lệ thịt đùi hoặc độ dày mỡ phủ đùi). Điều này cho phép chọn lọc heo đực phù hợp với nhu cầu cụ thể của từng nhà sản xuất.
- Phương pháp này tăng đáng kể số lượng cá thể được phân tích so với các công cụ khác như phân tích thân thịt tại lò mổ — hàng nghìn con heo được kiểm tra mỗi năm.
- CT scan còn cho phép ghi nhận các kiểu hình (phenotype) mà không thể đánh giá được bằng bất kỳ phương pháp nào khác trên heo sống, chẳng hạn như sự hiện diện của các tổn thương sụn – khớp (osteochondrosis, viêm khớp) có thể dẫn đến tập tễnh hoặc què chân ở giai đoạn sau của đời heo.
- Ngoài ra, công nghệ này còn mở ra khả năng phát triển các kiểu hình mới giúp chọn lọc những con heo khỏe mạnh và bền vững hơn, dựa trên các đặc điểm khác như thể tích tim, gan, phổi, v.v.
CT được kết hợp vào chương trình chọn lọc di truyền như thế nào?
Công nghệ này lần đầu tiên được áp dụng vào năm 2008, như một phương pháp thay thế để phân tích thành phần thân thịt của heo đực giống trong giai đoạn kiểm định, nhằm thay thế quy trình mổ khảo sát thân thịt tại lò mổ được thực hiện trước đây trên các cá thể có quan hệ họ hàng.
Trong nhiều năm, việc phân tích hình ảnh được thực hiện thủ công, bằng cách xác định thủ công các vùng giải phẫu và loại mô khác nhau (xương, mỡ và cơ), đây đã được xem là một bước tiến lớn. Đến năm 2016, một phương pháp phân tích hình ảnh CT tự động hơn được triển khai, giúp phân biệt được các phần cắt chính như đùi, vai, lưng và ba rọi.
Sự xuất hiện của công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) đóng vai trò then chốt trong việc tự động hóa quy trình này, tạo nền tảng để mở rộng quy mô ứng dụng, tăng số lượng heo được phân tích và nâng cao hiệu quả xử lý dữ liệu.
Tuy nhiên, AI cần được “huấn luyện” trước, nghĩa là phải có một cơ sở dữ liệu khổng lồ các hình ảnh CT đã được phân tích để làm mẫu tham chiếu. Trong trường hợp này, nguồn dữ liệu quý giá đó đã có sẵn nhờ nhiều năm tích lũy hình ảnh CT trước đây, trong đó đã đạt được tiến bộ đáng kể trong phân tách mô và xác định voxel (đơn vị nhỏ nhất cấu thành hình ảnh ba chiều, tương tự như pixel trong ảnh hai chiều) thuộc các loại mô khác nhau.
Chất lượng của quy trình tự động hóa dựa trên AI có thể được đánh giá thông qua các phân tích di truyền, bằng cách ước tính hệ số di truyền (heritability) của các tính trạng được tính toán từ hình ảnh CT. Hệ số di truyền càng cao, nghĩa là mức nhiễu do các yếu tố khác càng thấp, từ đó thông tin thu được càng đáng tin cậy và giá trị di truyền được tính toán càng chính xác. Đối với tỷ lệ nạc và thành phần nạc của các phần cắt khác nhau, hệ số di truyền nằm ở mức trung bình đến cao (dao động từ 0,33 đến 0,75), cho thấy giá trị ứng dụng lớn của công nghệ này.
Nhờ quy trình phân tích được tự động hóa và tiêu chuẩn hóa, cùng với quy trình quản lý heo đực giống được thống nhất, hơn 15.000 heo đực giống (thuộc 4 dòng di truyền, gồm cả dòng bố và dòng mẹ) được phân tích mỗi năm bằng công nghệ CT này.
CT giúp chúng ta cải thiện sức khỏe của heo như thế nào?
Khả năng quan sát chi tiết cấu trúc bên trong của heo sống đã mở ra cơ hội đánh giá những yếu tố mà trước đây chúng ta chưa từng nghĩ đến. Tiềm năng ứng dụng của công nghệ này là vô hạn, và chúng ta mới chỉ ở giai đoạn bắt đầu khám phá và tận dụng những lợi ích đó. Hiện nay, nhiều nghiên cứu tập trung vào việc xác định các đặc điểm ở heo khi còn nhỏ có thể liên quan đến khả năng khỏe mạnh, bền bỉ và sống lâu hơn. Một số yếu tố đang được đánh giá gồm có:
Sự hiện diện của tổn thương ở đầu xương đùi và xương cẳng tay để xác định tình trạng viêm khớp hoặc bệnh loạn sản sụn (osteochondrosis). Đánh giá này được đưa vào mục tiêu chọn lọc của tất cả các dòng di truyền. Quy trình hiện tại vẫn bao gồm bước đánh giá thủ công, nhưng trong tương lai gần sẽ được thay thế bằng quy trình tự động hóa, cho phép phân tách và định lượng tổn thương chính xác hơn, đồng thời mở rộng phạm vi đánh giá các bề mặt xương.
Kích thước và hình dạng của xương bả vai cũng đã được đánh giá và chứng minh có mối tương quan với tuổi thọ của heo nái, cũng như sự xuất hiện của vết loét hoặc các tổn thương khác ở vùng vai của heo nái trưởng thành.
Các kiểu hình khác có thể được quan tâm: Hiện nay, nhiều nghiên cứu đang được tiến hành nhằm phát triển các kiểu hình mới liên quan đến nội tạng của heo, chẳng hạn như thể tích của các cơ quan như tim và phổi, những yếu tố có thể liên quan đến mức độ khỏe mạnh tổng thể và khả năng chịu stress của vật nuôi. Tuy nhiên, việc tự động hóa quá trình phân tích các kiểu hình này gặp nhiều thách thức, do các cơ quan nội tạng có tính chất động, liên tục thay đổi hình dạng và kích thước theo nhịp thở và nhịp tim, khiến việc xử lý và phân tích hình ảnh tự động trở nên phức tạp. Hiện tại, các nhà nghiên cứu đang hợp tác với Khoa Thú y của Đại học NMBU (Na Uy) để kết hợp dữ liệu chụp cắt lớp vi tính (CT) với dữ liệu điện tâm đồ (ECG), nhằm nâng cao độ chính xác và khả năng ứng dụng của công nghệ này trong chọn lọc di truyền heo.
Chụp cắt lớp vi tính (CT) là một ví dụ điển hình cho thấy công nghệ tiên tiến có thể được ứng dụng như một phần cốt lõi trong chương trình chọn lọc di truyền heo, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về những đặc điểm chi tiết bên trong cơ thể heo, những điều mà trước đây khó có thể hình dung được. Bởi vì, “trong thời đại của công nghệ gen, kiểu hình vẫn là yếu tố quyết định.”