Protein điều khiển quá trình sinh sôi của vi khuẩn: tương lai của thuốc kháng sinh mới

Một nhóm các nhà khoa học thuộc Đại học Johns Hopkins đã giải bài toán quan trọng làm cách nào một số loại protein nhất định chỉ đạo quá trình sinh sôi của vi khuẩn. Phát hiện này có thể dẫn đến một loại thuốc kháng sinh mới.

Trong công trình mới xuất bản trên tờ Current Biology, các nhà khoa học đã tường trình lại cách thức một cấu trúc hình đai được gọi là vòng Z, bó chặt vi khuẩn hình que để tách thành hai cá thể con, có thể bị một loại protein tên MinC vô hiệu hóa. Bằng cách khai thác tính chất dễ tổn thương này, các nhà khoa học cho biết các công ty dược phẩm có thể tìm ra cách chống lại những căn bệnh truyền nhiễm mà những biện pháp trị liệu cũ đã không còn hiệu quả.

Theo Alex Dajkovic, tác giả chính của công trình nghiên cứu “Những ứng dụng y tế tiềm năng từ phát hiện của chúng tôi rất quan trọng. Vì các phân tử tham gia vào quá trình phân chia tế bào hầu như đều giống nhau ở phần lớn các vi khuẩn, tiến trình mà chúng tôi phát hiện ra đem lại mục tiêu mới cho những người sản xuất thuốc kháng sinh. Điều này cực kỳ quan trọng vì sự kháng thuốc kháng sinh ngày càng gia tăng, và nhiều ca tử vong có thể được ngăn ngừa, đặc biệt là ở các nước đang phát triển, đều do các căn bệnh truyền nhiễm vi khuẩn gây ra.”

Dajkovic đã tham gia khám phá trên với cương vị nghiên cứu sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Denis Wirtz, giảng viên môn kỹ thuật sinh học phân tử và hóa học tại trường Kỹ thuật Whiting thuộc Đại học Johns Hopkins. Dajkovic hiện là nghiên cứu viên tại Viện Curie ở Paris.

Wirtz, hiện là phó giám đốc của Viện Nghiên cứu Công nghệ sinh học nano Johns Hopkins, lưu ý rằng “phần lớn các thuốc kháng sinh nhắm vào khả năng xây dựng màng tế bào hay sản xuất protein hoặc ADN của vi khuẩn. Trong công trình này, Alex và cộng sự đã xác định những mục tiêu phân tử mới có thể phá hoại sự phân chia tế bào. Nếu vi khuẩn không thể sinh sôi, bệnh truyền nhiễm sẽ được dập tắt.”

Trong tương lai sẽ có một loại thuốc kháng sinh mới? (Ảnh: wordpress.com)

Các nhà nghiên cứu tập trung vào vi khuẩn hình que E. coli, thường thấy trong ống tiêu hóa của người, đóng vai trò làm sinh vật mẫu cho các quá trình nghiên cứu vi khuẩn căn bản. Khi những sinh vật đơn bào này muốn nhân lên, một cấu trúc tên là vòng Z hình thành, sau đó bám chặt như một sợi dây chun xung quanh vùng giữa của vi khuẩn. Vòng Z giúp chia phần thân hình que này thành hai đoạn vi khuẩn mà sau đó sẽ tách ra và tạo thành hai tế bào mới.

Trong khoảng 20 năm, các nhà khoa học đã biết về vòng Z nhưng vẫn chưa hiểu chính xác cách hoạt động của nó và tại sao nó luôn được hình thành ở giữa những tế bào hình que. Thành phần chính của những vòng Z là các sợi phân tử protein mang tên FtsZ.

Trên bài báo mới, các nhà khoa học thuộc Johns Hopkins lần đầu tiên có thể tường trình rằng sự thay đổi của các sợi FtsZ từ dạng lỏng sang dạng rắn hơn bên trong tế bào có vai trò quan trọng đối với sự hình thành vòng Z. Họ đã phát hiện các sợi FtsZ đan nhau thành một loại khung hoặc dàn giáo có thể giữ lại tất cả các phân tử khác tham gia vào quá trình phân chia tế bào. Các sợi Ftsz có thể dệt nên tấm thảm này vì chúng có khuynh hướng thu hút từng phân tử lại và tương tác dọc chiều dài sợi.

Nhóm nghiên cứu cũng nhận thấy MinC, một loại protein khác bên trong tế bào, phá hủy cấu trúc này bằng cách hóa lỏng cấu trúc được dùng để hình thành vòng Z. “MinC cản sức hút giữa các sợi FtsZ dọc theo độ dài sợi và nó cũng khiến sợi mỏng manh hơn. Điều này có tác động xé nát các mối dệt trong tấm thảm vòng Z, khiến cho cả cấu trúc sụp đổ.”

MinC có nhiều nhất ở cuối bên ngoài tế bào vi khuẩn hình que, và điều này giải thích tại sao vòng Z luôn luôn hình thành và phân tách tế bào ở vị trí giữa, nơi mà nó ít khả năng gặp phải kẻ thù protein của mình. Thành viên trong nhóm cũng cho biết phát hiện này đem lại cơ hội đầy hứa hẹn: một loại thuốc mới mô phỏng tác động của MinC có thể can thiệp vào quá trình sinh sản của vi khuẩn và vì vậy kết thúc căn bệnh truyền nhiễm.

Công trình này được Viện sức khỏe Quốc gia tài trợ.