Cơ chế khiến khuẩn lao sống hàng thập kỷ trong cơ thể người
Các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Ấn Độ (IISc), Trung tâm Khoa học Sinh học Quốc gia Ấn Độ (NCBS) và InStem đã khám phá ra một cơ chế quan trọng khiến cho vi khuẩn lao (TB) có thể tồn tại trong cơ thể con người hàng thập kỷ. Kết quả nghiên cứu mới đây được công bố trên tạp chí Science Advances.
Bệnh lao là bệnh do vi khuẩn Mycobacterium tuberculosis (Mtb) gây ra. Vi khuẩn này có thể tồn tại trong cơ thể con người trong nhiều thập kỷ mà không gây ra bất kỳ triệu chứng nào. “Mtb cần con người để sống sót. Trong nhiều trường hợp nhiễm Mtb, hệ miễn dịch có thể phát hiện ra vi khuẩn và loại bỏ nó”, nghiên cứu sinh tiến sỹ Mayashree Das tại Khoa Vi sinh và Sinh học Tế bào (MCB), IISc và là tác giả thứ nhất của nghiên cứu, cho biết.
Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp không triệu chứng, Mtb ẩn náu trong các túi sâu hạn chế oxy của phổi và đi vào trạng thái ngủ, không phân chia và không có hoạt động trao đổi chất. Bằng cách này, Mtb lẩn trốn thành công khỏi hệ miễn dịch và thuốc điều trị lao.
“Do tính dai dẳng của Mtb, luôn có một ổ vi khuẩn tồn tại trong một nhóm nhỏ dân số, có thể hoạt động trở lại và gây bệnh. Nếu không hiểu rõ được về sự tồn tại dai dẳng này, chúng ta sẽ không thể loại bỏ được bệnh lao”, PGS. Amit Singh tại MCB và là tác giả liên hệ của nghiên cứu, cho biết.
Nhóm nghiên cứu đã nuôi cấy Mtb trong môi trường nuôi cấy lỏng – có chứa chất bổ sung đặc biệt cần thiết cho sự phát triển của vi khuẩn – trong phòng thí nghiệm an toàn sinh học cấp 3 hiện đại tại Trung tâm Nghiên cứu Bệnh Truyền nhiễm (CIDR), IISc. Một số protein trong Mtb phụ thuộc vào các cụm sắt-lưu huỳnh để hoạt động. Những cụm này bao gồm các nguyên tử sắt và lưu huỳnh được sắp xếp theo nhiều cấu hình khác nhau như chuỗi hoặc hình khối. Các nguyên tử sắt trong cụm có thể truyền electron từ vị trí này của phức hợp protein sang vị trí khác trong các phản ứng tế bào như hô hấp hay chuyển hóa carbon.
“Các protein chứa cụm sắt-lưu huỳnh rất quan trọng đối với các quá trình thiết yếu như tạo ra năng lượng thông qua hô hấp, giúp vi khuẩn tồn tại trong điều kiện khắc nghiệt của phổi và gây nhiễm trùng. Do đó, chúng tôi muốn nghiên cứu cơ chế mà Mtb sử dụng để tạo ra các cụm sắt-lưu huỳnh này”, Singh giải thích.
Các cụm sắt-lưu huỳnh chủ yếu được tạo ra bởi operon SUF ở Mtb – một tập hợp các gene được “bật lên” cùng với nhau. Tuy nhiên, có một gene duy nhất khác, có tên IscS, cũng có thể sản xuất ra các cụm như vậy. Vậy tại sao vi khuẩn lại cần cả hai?
Để giải mã bí ẩn này, các nhà nghiên cứu đã tạo một phiên bản đột biến của Mtb thiếu gene IscS. Họ phát hiện ra, trong điều kiện bình thường và hạn chế oxy, các cụm sắt-lưu huỳnh được tạo ra chủ yếu do hoạt động của gene IscS. Tuy nhiên, khi vi khuẩn gặp nhiều ứng kích oxy hóa, các nguyên tử sắt trong cụm sẽ bị oxy hóa và giải phóng, làm tổn hại đến các cụm này. Do đó, nhu cầu sản xuất các cụm sẽ tăng lên, “bật” hoạt động của SUF operon.
Sau đó, nhóm nghiên cứu đã tìm cách hiểu xem gene IscS góp phần vào sự tiến triển của bệnh như thế nào. Các nhà khoa học đã làm cho mô hình chuột lây nhiễm phiên bản đột biến Mtb thiếu gene IscS. Sự vắng mặt của gene IscS đã gây bệnh nặng cho những con chuột nhiễm bệnh thay vì tình trạng nhiễm trùng mãn tính và dai dẳng thường thấy ở các bệnh nhân mắc lao. Điều này là do, khi không có gene IscS, operon SUF được kích hoạt mạnh mẽ – mặc dù không được kiểm soát – dẫn đến tình trạng tăng độc lực. Việc làm suy giảm cả hệ thống IscS và SUF làm giảm đáng kể sự tồn tại của Mtb ở chuột. Do đó, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng gene IscS kiểm soát hoạt động kích hoạt của operon SUF, khiến bệnh lao tồn tại dai dẳng.
Các nhà nghiên cứu cũng lưu ý rằng vi khuẩn thiếu gene IscS dễ bị tiêu diệt bởi một số loại kháng sinh nhất định hơn. “Vi khuẩn này sẽ trở nên nhạy cảm hơn với một số kháng sinh và kháng lại một số kháng sinh khác”, Das cho biết. Do đó, nhóm nghiên cứu đề xuất, việc kết hợp các loại kháng sinh với thuốc nhắm vào IscS và SUF có thể sẽ mang lại hiệu quả tốt hơn.□
Kim Dung dịch
Nguồn: https://iisc.ac.in/events/battling-persistence-in-tb-bacteria/
Bài đăng Tia Sáng số 1/2024
