Phát triển loại kháng sinh tổng hợp mới có thể tiêu diệt cả vi khuẩn kháng thuốc

Kháng kháng sinh là một trong những vấn đề lớn đe dọa đến sức khỏe của con người. Vì vậy, nhiều nghiên cứu đã được tiến hành về vấn đề này, và nhiều nhà khoa học trên toàn thế giới đang không ngừng phát triển những nghiên cứu nhằm chấm dứt vấn đề này, nhất là khi thế giới liên tục bị đe dọa bởi dịch bệnh.

Các nhà khoa học từ Đại học Rockefeller đã nuôi cấy tổng hợp được một loại kháng sinh mới với sự trợ giúp của các sản phẩm gene vi khuẩn. Gene vi khuẩn này được phát triển để tiêu diệt các vi khuẩn kháng với loại thuốc kháng sinh khác. Phân tử được gọi là cilagicin đã được thử nghiệm trên chuột, và nó sử dụng như một cơ chế mới ngăn chặn hoạt động kháng kháng sinh và một số mầm bệnh chết người khác.

Theo ông Sean F. Brady, tác giả của nghiên cứu cho biết: “Đây không chỉ là một phân tử mới tuyệt vời có khả năng tiêu diệt các vi khuẩn khác, mà nó còn là sự xác nhận của một phương pháp mới để khám phá một loại thuốc điều trị mới”.

Không có gì ngạc nhiên khi hầu hết các loại thuốc kháng sinh đều dựa trên vi khuẩn.

Vì sự phát triển của vi khuẩn thường bao gồm việc chúng tự phát sinh ra cơ chế để tiêu diệt lẫn nhau, nên không có gì ngạc nhiên khi hầu hết các loại thuốc kháng sinh đều dựa trên vi khuẩn. Tuy nhiên, chính vì sự kháng thuốc ngày càng tăng khi các vi khuẩn liên tục phát triển, kết hợp với nhau để tạo ra kháng thể mới. Điều đó dẫn đến việc, để ngăn chặn tình trạng này cần các nhà khoa học phải tạo ra cơ chế hoạt động mới đối với vi khuẩn.

Một điểm khó khăn là nhiều loại thuốc kháng sinh có thể ẩn bên trong bộ gene của những vi khuẩn mà rất khó hoặc không thể kiểm tra trong phòng thí nghiệm. Brady nói: “Nhiều loại thuốc kháng sinh đến từ vi khuẩn, nhưng hầu hết vi khuẩn này không thể được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm. Có thể là chúng ta đang bỏ lỡ hầu hết các loại thuốc kháng sinh".

Trong 15 qua, phòng thí nghiệm của Brady đã áp dụng một phương pháp thay thế, bao gồm cả việc tìm kiếm các gene kháng khuẩn trong đất và nuôi cấy chúng cùng với những vi khuẩn khác trong phòng thí nghiệm. Nhưng cách tiếp cận này cũng có những hạn chế riêng của nó. Khi trình tự di truyền có trong cụm gene sinh học tổng hợp, là các nhóm gene hoạt động cùng nhau để tạo ra một số protein, là nơi bắt nguồn của hầu hết các loại kháng sinh. Nhưng với công nghệ hiện nay, những cụm gene đó thường không thể truy cập để tạo ra một công thức kháng sinh chống lại các các vi khuẩn kháng kháng sinh.

Không thể mở khóa nhiều cụm gene vi khuẩn, Brady và các đồng nghiệp của ông đã chuyển sang sử dụng các thuật toán trên chính những bộ gene. Các thuật toán hiện đại có thể dự đoán cấu trúc của các hợp chất giống như kháng sinh mà vi khuẩn có các trình tự này sẽ tạo ra bằng cách tách rời các chỉ dẫn di truyền trong chuỗi DNA. Và sau đó, các nhà hóa học hữu cơ có thể sử dụng dữ liệu và tổng hợp cấu trúc dự đoán trong phòng thí nghiệm.

Zonggiang Wang và Bimal Koirala, các đồng nghiệp sau tiến sĩ từ phòng thí nghiệm Brady, bắt đầu làm việc trên một cơ sở dữ liệu chuỗi gene khổng lồ với mục đích tìm kiếm các gene vi khuẩn tiềm năng quan trọng trong việc tiêu diệt các vi khuẩn khác và chưa được điều tra trước đó. Các nhà nghiên cứu đưa các trình tự liên quan của cụm gene mang tên "cil" vào một thuật toán đề xuất một số ít các hợp chất mà "cil" có thể tạo ra. Một hợp chất, được đặt tên thích hợp là cilagicin, được chứng minh là một chất kháng sinh hiệu quả.

Hóa ra Cilagicin hoạt động bằng cách liên kết hai phân tử, C55-P và C55-PP, cả hai đều hỗ trợ thành tế bào vi khuẩn. Vi khuẩn thường xuyên phát triển khả năng đề kháng với các loại kháng sinh hiện có bằng cách kết hợp thành tế bào với thành phần còn lại. Nhóm nghiên cứu cho rằng khả năng “đóng cửa” cả hai phân tử của cilagicin thực sự có thể là một rào cản không thể vượt qua ngăn cản sự kháng thuốc.

Mặc dù cilagicin chưa trải qua thử nghiệm trên người, nhưng phòng thí nghiệm Brady sẽ thực hiện nhiều tổng hợp hơn để cải thiện hợp chất này trong các nghiên cứu tiếp theo và thử nghiệm nó trên các mô hình động vật, và nó đem lại những kết quả tốt trong việc chống lại các bệnh viêm nhiễm, nhiễm trùng, đây cũng là tín hiệu tốt trong nền nghiên cứu y học.

Kết quả của nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science.

Cập nhật: 20/07/2022 Vietq