Những vũ khí tí hon trong cuộc chiến chống kháng kháng sinh

• Kháng thuốc kháng sinh làm tăng nguy cơ tử vong vì không có thuốc điều trị
• Cơn ác mộng kháng kháng sinh: Kẻ sát nhân thầm lặng

Trong bối cảnh thuốc kháng sinh sẽ sớm trở nên vô hiệu, giới khoa học đã đề xuất nhiều ý tưởng mới nhằm khắc phục hiện tượng kháng kháng sinh. Đó có thể là việc biến đổi gen hay xây dựng một đội quân tế bào nhân tạo trà trộn vào quần thể vi khuẩn gây bệnh, và độc đáo hơn là phát hiện một số chất có tiềm năng thay thế thuốc kháng sinh.

Trà trộn và giấu mình

Lấy ý tưởng từ khả năng "ẩn mình" giữa vi khuẩn, giới khoa học Anh và Italy đã tạo ra một số tế bào nhân tạo có thể giao tiếp hóa học với tế bào sống. Phát hiện đáng kinh ngạc nằm ở chỗ các tế bào nhân tạo được đặt vào giữa các tế bào tự nhiên nhưng hoàn toàn không bị phát hiện, nhờ vậy chúng tồn tại độc lập với các siêu khuẩn gây bệnh. Cấu trúc tí hon của các tế bào nhân tạo khá đặc biệt, chứa các ADN mà các nhà nghiên cứu cho rằng "hoàn toàn là bản sao của ADN thực".

Chúng có thể phát sáng khi "giao tiếp" với vi khuẩn, đồng thời cảm nhận các phân tử, "tư duy", tổng hợp và phát ra những tín hiệu hóa học. Quá trình trao đổi hai chiều với vi khuẩn bên cạnh được duy trì nhờ các protein do tế bào nhân tạo tự sản xuất trước kích thích của môi trường, nhờ vậy giúp loại tế bào kì lạ này vượt qua "phép thử" của vi khuẩn, khiến vi khuẩn coi tế bào nhân tạo là một trong số chúng.

Đây được coi như điểm then chốt để các thử nghiệm tiếp theo sẽ "huấn luyện" tế bào nhân tạo thành các “gián điệp”, từ đó đem theo các hoạt chất nhằm tiêu diệt mầm bệnh. Trà trộn giữa quần thể vi khuẩn gây bệnh, tế bào nhân tạo được kì vọng sẽ giúp phá vỡ màng sinh học của vi khuẩn - nơi cung cấp dinh dưỡng để các tế bào bệnh phát triển. 

Nếu thực sự thành công khi thử nghiệm trên người, các tế bào nhân tạo sẽ giúp chống lại các siêu khuẩn kháng kháng sinh nguy hiểm bằng cách can thiệp vào các chuỗi tín hiệu của khuẩn gây bệnh và toàn bộ tổ chức vi khuẩn, mở ra cơ hội ngăn chặn lây lan tế bào bệnh trong cơ thể.

Tận dụng CRISPR

Cuộc chiến chống lại tình trạng kháng kháng sinh trở nên quyết liệt hơn khi nhiều nhà khoa học đã và đang thử nghiệm sử dụng thể thực khuẩn. 

Được mệnh danh là kẻ thù tự nhiên của vi khuẩn, thể thực khuẩn có thể lây nhiễm và tiêu diệt vi khuẩn bằng cách sinh sản với số lượng lớn bên trong vi khuẩn, cho đến khi màng tế bào vi khuẩn không thể chứa được và phát nổ. Nghiên cứu mới đây của nhóm các nhà khoa học thuộc Viện công nghệ Massachusetts (Mỹ) đã tạo ra một loại thuốc gồm các thể thực khuẩn nhờ công cụ chỉnh sửa gen CRISPR gây nên đột biến trong một protein có vai trò liên kết với tế bào chủ.

Cụ thể, các gen khác nhau mã hóa cho sợi đuôi được hoán đổi. Sợi đuôi này bản chất là protein mà thể thực khuẩn sử dụng để bám vào thụ thể trên bề mặt của tế bào chủ (vi khuẩn), bao gồm các phân đoạn được gọi là các tấm beta nối với nhau bằng các vòng. Các nhà khoa học bảo tồn cấu trúc tấm beta, nhưng tận dụng CRISPR để gây đột biến các axit amin tạo thành các vòng. Nhóm nghiên cứu cho rằng CRISPR đã giúp xây dựng các cấu trúc siêu nhỏ, xâm nhập vào tế bào vi khuẩn mục tiêu, chọn lọc chính xác các gen rồi ăn ADN của vi khuẩn mục tiêu đó. Nhờ vậy, CRISPR giúp thể thực khuẩn trở thành một thợ săn vi khuẩn mạnh hơn.

Với CRISPR, thể thực khuẩn diệt vi khuẩn thông qua các cơ chế khác so với kháng sinh, có thể nhắm mục tiêu tới các chủng cụ thể. Đây hứa hẹn sẽ trở thành một lựa chọn hấp dẫn để cách mạng hóa việc điều trị nhiễm trùng không cần sử dụng kháng sinh. 

Tuy nhiên, vẫn còn đó những hoài nghi liên quan mức độ an toàn của quá trình chỉnh sửa gen, trong khi các nghiên cứu về thể thực khuẩn vẫn còn ở giai đoạn đầu. Những vấn đề này đặt ra yêu cầu phải có nhiều nghiên cứu chuyên sâu và lâu dài, cùng thử nghiệm kĩ lưỡng trước khi đưa thể thực khuẩn biến đổi gen vào cơ thể người để chắc chắn rằng CRISPR sẽ không biến một vi khuẩn vô hại thành những loài nguy hiểm hơn.

Thuốc mới từ protein

Do sự giảm tốc độ trong phát hiện những thuốc kháng sinh mới, vai trò của thể thực khuẩn trong cuộc chiến chống siêu khuẩn kháng thuốc ngày càng lớn. Điều này được minh chứng qua kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Israel khi họ tách thành công một protein đặc biệt có tác dụng chống nhiễm khuẩn. 

Thí nghiệm với khuẩn đường ruột E.coli cho thấy gene04 của thể thực khuẩn T7 sản xuất một loại protein có khả năng sinh sôi rất nhanh, cản trở việc phân nhánh tế bào bên trong khuẩn E.coli, khiến quá trình phân bào bị gián đoạn, dẫn đến cái chết của khuẩn E.coli.

Tương tự, công trình nghiên cứu protein PlyC tới từ Đại học Monash (Úc) rất được chú ý khi có thể hỗ trợ tiêu diệt vi khuẩn gây ra nhiễm trùng, bao gồm đau cổ họng, viêm phổi và hội chứng sốc độc tố liên cầu khuẩn. Theo đó, loại protein này là bộ máy kháng khuẩn rất mạnh mẽ, có khả năng tiêu diệt vi khuẩn hay kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn hiệu quả gấp 100 lần so với thuốc kháng sinh. Việc giải mã thành công cấu trúc nguyên tử PlyC, cũng như cơ chế hoạt động của protein này, là bước tiến quan trọng trong việc phát triển các loại thuốc thay thế cho thuốc kháng sinh.

Khi mà nhiều siêu khuẩn kháng thuốc được dự báo sẽ cướp đi sinh mạng của khoảng 10 triệu người hàng năm trong thập kỷ sắp tới, các nghiên cứu về protein diệt khuẩn, thể thực khuẩn biến đổi gen và tế bào nhân tạo đều là những bước đột phá lớn, làm nền tảng cho cuộc chiến chống lại kháng kháng sinh vẫn đang tiếp diễn từng ngày. 

Hiện nay, các nhóm nghiên cứu đang triển khai thêm nhiều thí nghiệm về tốc độ hoạt động của gene04 và protein PlyC, cũng như thời gian tiêu diệt khuẩn để chuẩn bị thử nghiệm trên động vật. Mặc dù vậy, vẫn còn một chặng đường rất dài trước khi tới giai đoạn thử nghiệm lâm sàng trên người và chính thức đưa vào áp dụng trong hệ thống khám chữa bệnh toàn cầu...