Phát hiện những vi khuẩn mới giúp giảm thiểu tình trạng kháng kháng sinh
Các nhà khoa học đang mạo hiểm đi đến những môi trường khắc nghiệt nhất trên thế giới để tìm ra những phương pháp mới giúp chống lại tình trạng kháng thuốc.
Sa mạc Gobi nằm ở phía Bắc Trung Quốc. Mùa đông ở đây kéo dài và khắc nghiệt, nhiệt độ thường tụt xuống dưới –25 độ C, và rất hiếm mưa. Ảnh: Britannica
Ở phía Bắc Trung Quốc, nơi sa mạc Gobi tiếp giáp với cao nguyên Tây Tạng, có một vùng rộng lớn với những cồn cát gợn sóng, núi và đá trơ trọi. Mùa đông ở đây kéo dài và khắc nghiệt, nhiệt độ thường tụt xuống dưới –25 độ C, và lượng mưa rất nhỏ nên chỉ những loài thích nghi tốt mới có thể tồn tại. Trong nhiều thập kỷ, các nhà nghiên cứu đã mạo hiểm đến đây để tìm kiếm sự sống có thể tồn tại trong môi trường thù địch này.
Gần đây họ đang truy tìm một thứ đặc biệt. Các nhà khoa học tin rằng những sinh vật sống trong môi trường khắc nghiệt có thể giúp con người chống lại mối đe dọa khẩn cấp của vi khuẩn kháng kháng sinh, vốn đang ngày càng trở nên nguy hiểm. Đánh giá toàn diện đầu tiên về tác động của chúng, được công bố vào đầu năm nay, ước tính rằng vi khuẩn kháng thuốc đã trực tiếp khiến hơn một triệu người tử vong vào năm 2019 và là yếu tố gián tiếp dẫn đến cái chết của vài triệu người nữa cũng trong năm đó.
Để chống lại mối đe dọa này, giới khoa học cần tìm ra các loại thuốc kháng sinh mới — những chất mà vi khuẩn không có khả năng kháng — và bản thân vi khuẩn là một nguồn tốt để tạo ra những chất này. Nhiều loại thuốc chúng ta sử dụng ngày nay là các chất do vi khuẩn sản xuất để tự bảo vệ mình khỏi các vi khuẩn khác. Do vậy, đã có rất nhiều nghiên cứu tập trung vào việc tìm ra vi khuẩn mới có đặc tính kháng khuẩn — họ quyết định tiến vào sa mạc.
“Chúng tôi nghĩ rằng điều kiện càng khắc nghiệt, thì càng nhiều sinh vật buộc phải tiến hoá và thích nghi để tồn tại”, Paul Dyson, nhà vi sinh vật học phân tử tại Trường Y Đại học Swansea (xứ Wales), cho biết. “Theo lý thuyết, điều kiện khắc nghiệt đồng nghĩa với việc phải cạnh tranh để sinh tồn, bạn sẽ tìm thấy những vi khuẩn với khả năng phòng thủ mạnh mẽ, có khả năng chống lại yếu tố bất lợi”.
Và sâu trong sa mạc, Dyson và các cộng sự của ông tại Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã phát hiện ra một loài vi khuẩn thực sự có tiềm năng. Vào năm 2013, các đồng nghiệp người Trung Quốc của Dyson đã phân lập được một loài vi khuẩn Streptomyces mới mà họ đã phát hiện được ở cực nam của sa mạc Gobi, trong khu vực Cao nguyên Alxa. Sau khi giải trình tự bộ gen của vi khuẩn, họ phát hiện ra rằng nó không chỉ tạo ra kháng sinh tiêu diệt các vi khuẩn khác mà còn phát triển cực kỳ nhanh so với các loài Streptomyces đã biết .
Quá trình giải trình tự cũng cho thấy vi khuẩn sa mạc này sở hữu một gen RNA vận chuyển (tRNA) chưa từng được ghi nhận trước đây. Đây là một phân tử cho phép sinh vật “đọc” vật liệu di truyền của chúng và bằng cách đó, xây dựng các phân tử khác mà chúng cần để tồn tại. Dyson và nhóm của ông đã sớm phát hiện ra rằng gen tRNA mới được phát hiện này đã kích hoạt các công tắc phân tử kiểm soát việc sản xuất kháng sinh hiệu quả hơn nhiều so với các vi khuẩn sản xuất kháng sinh thông thường.
Đưa gen tRNA từ vi khuẩn sa mạc sang vi khuẩn Streptomyces thông thường
Các loài vi khuẩn quan trọng nhất thường thuộc chi Streptomyces: một nhóm bao gồm hơn 500 loài đã biết. Chúng được tìm thấy trong lòng đất nhiều đến nỗi các phân tử do Streptomyces tạo ra chính là thứ khiến cho đất có mùi đất đặc trưng. Quan trọng hơn, Streptomyces là một nguồn quan trọng để tạo ra thuốc. Hơn hai phần ba số kháng sinh tự nhiên được sử dụng ngày nay có nguồn gốc từ nhóm vi khuẩn này.
Có rất nhiều vi khuẩn có thể cung cấp cho chúng ta những loại thuốc kháng sinh mới hữu ích để sử dụng. Nhưng nếu bạn thấy một vi khuẩn có vẻ hứa hẹn, bước tiếp theo là phải khiến nó tạo ra đủ lượng kháng sinh để phân tích — và đây có thể là một thách thức thực sự.
“Điều này thường cản trở quá trình phát hiện ra kháng sinh”, Laura Piddock, giám đốc khoa học của tổ chức Đối tác Nghiên cứu và Phát triển Kháng sinh Toàn cầu (GARDP) tại Geneva, phân tích. Thêm vào đó, đôi khi vi khuẩn có tiềm năng tạo ra các chất hữu ích, nhưng “bộ máy di truyền bị tắt, vậy nên không có kháng sinh nào được tạo ra,” Piddock cho biết thêm.
Biết được điều này, Dyson và các cộng sự của ông đã quyết định lấy gen tRNA từ vi khuẩn sa mạc phát triển nhanh và thêm nó vào vi khuẩn Streptomyces thông thường đã được sử dụng để sản xuất thuốc kháng sinh lâm sàng. Giả thuyết của nhóm nghiên cứu là gen từ vi khuẩn phát triển nhanh sẽ giúp tăng cường sản xuất kháng sinh của những vi khuẩn khác — và đó chính xác là những gì đã xảy ra. Các vi khuẩn đã biến đổi tạo ra các hợp chất kháng sinh trong vòng 2 đến 3 ngày – nhanh gấp đôi so với các loài Streptomyces thông thường.
Những phát hiện này, được công bố trên tạp chí Nucleic Acids Research, có thể sẽ hỗ trợ các nhà khoa học rất nhiều trong việc tìm kiếm các phương pháp điều trị mới. Nếu các nhà khoa học tìm thấy một loại vi khuẩn mới có thể tạo ra chất có tiềm năng được sử dụng làm thuốc, nhưng chúng không tạo ra số lượng nhiều (như thường lệ), thì có thể xem đây là một công cụ giúp gia tăng năng suất. “Đây là một kỹ thuật đơn giản, có thể tích hợp nó trong bất kỳ chương trình khám phá kháng sinh mới nào”, Dyson nói.
Piddock cũng đồng ý với quan điểm này. Theo bà, trong tương lai, các nhà nghiên cứu sẽ quan tâm hơn đến việc “bắt ép” vi khuẩn sản xuất ra khối lượng lớn các chất kháng sinh, bởi nó có tác động tích cực đến sức khỏe con người. “Kỹ thuật này hỗ trợ họ trong việc tìm kiếm các loại thuốc kháng sinh mới – làm cơ sở cho các loại thuốc mới để điều trị các bệnh nhiễm trùng.”
Đây là một tin vui, vì hiện tại, Ngân hàng Thế giới ước tính rằng kháng kháng sinh là một trong những mối đe dọa lớn nhất đối với sức khỏe toàn cầu, an ninh lương thực và sự phát triển bền vững. Theo một báo cáo của Liên hợp quốc vào năm 2019, nếu chúng ta không có hành động nào cụ thể để chống lại những siêu vi khuẩn đang tràn lan này, đến năm 2050, sẽ có 10 triệu người chết mỗi năm vì tình trạng kháng kháng sinh. Thêm vào đó, việc sử dụng kháng sinh để bảo vệ bệnh nhân COVID-19 khỏi nhiễm trùng thứ phát đã khiến tình trạng kháng thuốc trở nên trầm trọng hơn.
Kháng kháng sinh xảy ra khi vi khuẩn tiếp xúc nhiều lần với thuốc kháng sinh và phát triển các cách để chống lại chúng. Hiện tượng này càng trầm trọng và tăng nhanh hơn do hiện tượng lạm dụng thuốc kháng sinh ở cả người và gia súc — kể cả khi con người dùng thuốc kháng sinh để chữa bệnh do virus thông thường (chúng chỉ có tác dụng chống lại vi khuẩn) và khi vật nuôi khỏe mạnh được tiêm thuốc để phòng bệnh.
“Không thể ngăn chặn hoàn toàn kháng kháng sinh, nhưng chúng ta có thể giảm thiểu và kiểm soát phần nào rủi ro”, Hatim Sati thuộc Bộ phận Kháng Kháng sinh của Tổ chức Y tế Thế giới cho biết.
Vi khuẩn sa mạc Dyson là một trong những loài có thể góp phần giảm thiểu tình trạng này, ngoài ra còn có rất nhiều loài khác thích nghi với môi trường khắc nghiệt cũng có thể cung cấp giải pháp cho ta. Được mệnh danh là sinh vật ái cực (extremophiles), những sinh vật này sống trong những môi trường khắc nghiệt nhất trên Trái đất: núi lửa ngầm, biển sâu và giữa những đụn cát của nơi khô cằn nhất trên Trái đất . Những môi trường sống này có nhiệt độ, độ pH, áp suất hoặc độ mặn rất cao hoặc rất thấp, hoặc kết hợp của tất cả những yếu tố này.
Các chủng vi khuẩn Streptomyces, được tìm thấy trong đất ở Bắc Ireland, được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm tại Đại học Swansea ở xứ Wales. Ảnh: Jason Pietra
Cách đây vài năm, Dyson khi đó là thành viên của một nhóm nghiên cứu khác; họ đã phát hiện ra một số loài Streptomyces mới ở Cao nguyên Boho, Bắc Ireland, một khu vực với mức độ đa dạng sinh học cao. Cảnh quan được tạo thành từ đá vôi, đầm lầy có tính axit cao và đồng cỏ có tính kiềm. Tương tự như sa mạc Gabi, chính các đặc điểm khắc nghiệt này đã tạo ra một môi trường độc đáo cho các vi khuẩn “bền bỉ” hơn có khả năng phát triển. Trong nhiều thế kỷ, vùng đất – bị nhóm người Druid chiếm đóng cách đây 1.500 năm – được truyền tụng như một vùng đất thần bí, với loại đất đặc biệt có khả năng chữa bệnh, thường được sử dụng trong cồn thuốc và điều trị vết thương.
Gerry Quinn, một nhà khoa học trong nhóm từng nghiên cứu ở Boho, kể rằng ông của anh là một thầy lang địa phương trong khu vực và là người nắm giữ phương pháp bí truyền chữa trị một số bệnh. “Chúng ta thường nghe những câu chuyện về các thầy thuốc với phương pháp kỳ diệu”, Quinn chia sẻ, “bài thuốc được truyền từ đời này sang đời khác, cùng những công thức nghiêm ngặt”.
Khi hồi tưởng lại câu chuyện đó, Quinn quyết định trở về quê hương để thu thập các mẫu vi khuẩn. Các nhà khoa học sau đó đã phát hiện ra rằng một trong những chủng vi khuẩn mà nhóm nghiên cứu đặt tên là Streptomyces sp. myrophorea, có thể giúp chống lại bốn trong sáu mầm bệnh kháng kháng sinh hàng đầu, bao gồm cả Tụ cầu vàng kháng methicillin.
Song, cần nhớ rằng việc phát hiện ra những vi khuẩn này chỉ là bước đầu tiên trên hành trình dài phát triển các loại thuốc kháng sinh mới. Không phải chất nào được phát hiện cũng có khả năng trở thành thành phần của thuốc, bởi cần phải xét đến độc tính của chúng đối với con người hay một loạt các yếu tố khác. Và ngay cả khi chúng đã đáp ứng được những điều kiện cần, các nhà khoa học vẫn phải mất thêm nhiều năm để tiến hành các thử nghiệm lâm sàng tiếp theo.
Dù vậy, Dyson hy vọng rằng gen tRNA mới được phát hiện sẽ là chìa khóa để khắc phục phần nào tình trạng kháng kháng sinh. Hiện tại, giới khoa học vẫn đang nỗ lực tìm kiếm vi khuẩn có triển vọng – điều này đồng nghĩa với việc họ sẽ tiếp tục mạo hiểm tiến vào những môi trường khắc nghiệt nhất của Trái đất.
Anh Thư tổng hợp
Nguồn: A Tool for Fighting Superbugs Has Been Found Deep in the Desert
