Robot nano sinh học sẽ giúp kết thúc cơn khủng hoảng kháng kháng sinh

Chúng được lắp ráp từ DNA tổng hợp và protein, nên có thể giết chết vi khuẩn kháng thuốc.

Đối mặt với kháng kháng sinh

Kháng kháng sinh là một vấn đề nghiêm trọng đối với nhân loại. Trước những năm 1970, nhiễm trùng do vi khuẩn từng được điều trị dễ dàng với một liều kháng sinh duy nhất. Tuy nhiên đến bây giờ, nhiều loại vi khuẩn đã kháng lại được tất cả các loại thuốc điều trị hiện có.

Các bác sĩ bị bỏ lại cùng bệnh nhân, mà trong tay họ có rất ít lựa chọn điều trị thay thế kháng sinh. Thông thường, nhiễm trùng đa kháng thuốc sẽ khiến bác sĩ bó tay. Cái chết của bệnh nhân là điều khó tránh khỏi.

Theo dự đoán của các nghiên cứu quy mô lớn, nếu không có những phương pháp mới để chống lại vi khuẩn kháng thuốc, nhiễm trùng có thể giết chết khoảng 10 triệu người vào năm 2050. Tháng 9 năm 2016, Liên Hợp Quốc chính thức công nhận kháng kháng sinh là một vấn đề toàn cầu.

Năm 2016, Liên Hợp Quốc gọi kháng kháng sinh là một mối đe dọa toàn cầu.

Tổng thư ký Liên Hợp Quốc, ông Ban Ki-moon gọi kháng kháng sinh là "mối đe dọa cơ bản và lâu dài đối với sức khỏe con người". Đáp lại điều đó, các chính phủ đã tăng cường tài trợ cho các biện pháp chống lại kháng kháng sinh, bao gồm thử nghiệm các loại thuốc mới và nghiên cứu về vi sinh vật.

Ngay sau cuộc họp tháng 9 năm ngoái của Liên Hợp Quốc, Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Bệnh tật Hoa Kỳ (CDC) tuyên bố rằng họ đã tài trợ hơn 14 triệu USD cho các phương pháp tiếp cận mới để chống lại vi khuẩn kháng kháng sinh.

Trong đó, các nhà nghiên cứu đã bắt đầu xem xét sinh học tổng hợp như là một cách tiếp cận mới để chống lại các vi khuẩn. Bằng cách tự tổng hợp lên các vi khuẩn của riêng mình, các nhà nghiên cứu có thể cung cấp giải pháp nhắm mục tiêu cho các vi khuẩn chết người, thứ mà kháng sinh truyền thống ngày càng không làm được.

Eligo Bioscience, một công ty khởi nghiệp tại Pháp đang tạo ra các "robot nano sinh học" để chống lại vi khuẩn kháng kháng sinh. Các robot nano được lắp ráp từ DNA tổng hợp và protein, cho phép chúng nhắm mục tiêu chính xác tới vi khuẩn kháng thuốc.

Sinh học tổng hợp

Trên cơ thể con người có cả vi khuẩn tốt và vi khuẩn xấu. Vì vậy, từng loại kháng sinh chỉ nên được thiết kế để chống lại các loại vi khuẩn đang gây ra vấn đề. Đáng tiếc rằng hầu hết kháng sinh truyền thống của chúng ta đều quét sạch tất cả vi khuẩn – kể cả các vi khuẩn tốt đang bảo vệ chúng ta.

Các vi khuẩn tốt giúp ức chế sự phát triển của vi khuẩn xấu. Đơn giản là vì nếu vi khuẩn tốt phát triển và tranh giành lãnh địa cũng như chất dinh dưỡng, quần thể vi khuẩn xấu sẽ bị giữ trong tầm kiểm soát và không thể lớn mạnh.

Điều ngược lại xảy ra trong kịch bản các vi khuẩn tốt bị quét sạch bởi kháng sinh, trong khi một vài vi khuẩn xấu kháng lại được thuốc điều trị. Khi đó, vi khuẩn xấu sẽ phát triển mạnh trở lại và không còn gì kiểm soát chúng.

Nhiễm khuẩn đường ruột do Clostridium difficile hoặc các vết loét do vi khuẩn Helicobacter pylori phát triển quá mức chính là những vấn đề sức khỏe gây ra bởi nguyên nhân này, khi lợi khuẩn bị tiêu diệt.

Hầu hết các loại kháng sinh truyền thống hiện nay sẽ giết chết cả vi khuẩn xấu và vi khuẩn tốt.

Khắc phục nhược điểm của kháng sinh truyền thống, Eligo mang tới một cách tiếp cận mới. Họ tìm cách để thuốc chỉ tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh, nhắm mục tiêu vào các DNA của chúng với độ chính xác của lính bắn tỉa thay vì một cuộc ném bom kháng sinh truyền thống.

Xavier Duportet, Giám đốc điều hành của Eligo cho biết bệnh nhân sẽ ăn robot nano vào đường tiêu hóa. Các robot sẽ không hoạt động cho đến khi chúng tiến tới đường ruột. Ở đây, robot nano sẽ sử dụng enzyme sinh ra từ gene chỉnh sửa với CRISPR để quét DNA của vi khuẩn.

Một khi robot nano tìm thấy vi khuẩn gây bệnh, nó sẽ tiêu diệt chúng bằng cách cắt gen mục tiêu khiến vi khuẩn khó có thể sửa chữa, nhưng tất cả các vi khuẩn tốt không mang gen mục tiêu sẽ đều không bị ảnh hưởng. Các robot nano sau đó trở thành một phần lành mạnh của hệ vi sinh vật, giúp ngăn chặn các cuộc tấn công trong tương lai từ các vi khuẩn mục tiêu.

Nếu các robot nano của Eligo có thể nhắm mục tiêu vào một số vi khuẩn có hại, công ty này có thể tránh được bẫy tài chính mà rất nhiều công ty dược phẩm đang rơi vào khi cố gắng phát triển các loại kháng sinh mới, vẫn tiêu diệt một phổ rộng vi khuẩn như kháng sinh truyền thống.

"Hiện nay, sẽ rất rất khó để kiếm tiền từ chất kháng sinh vì nguyên tắc yêu cầu chúng ta phải có loại kháng sinh chính xác hơn mà sẽ không tiêu diệt hàng loạt vi khuẩn", Duportet giải thích.

“Thậm chí, nếu có thể làm được điều đó, loại thuốc mới của bạn sẽ không được sử dụng như là một loại thuốc kháng sinh phổ thông. Nó chỉ được dùng phòng cho các trường hợp cuối cùng, khi các loại kháng sinh khác đã mất tác dụng. Đó là thị trường cực kỳ nhỏ và không ai sẵn sàng trả tiền để lao vào đó".

Thuốc Eligo, mặt khác, có thể trở thành loại thuốc được ưu tiên dùng đầu tiên. Thậm chí, nó có thể được sử dụng trước cả khi bệnh nhân phát bệnh để phòng ngừa. Duportet cho biết: "Nó có thể được sử dụng như một loại thuốc dự phòng, loại bỏ tất cả các vi khuẩn kháng kháng sinh từ một người trước cả khi họ bị bệnh".

Ngoài ra, các robot nano cũng có thể được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác, chẳng hạn như ở bệnh viện. Các bác sĩ phẫu thuật thường khá thận trọng với các bệnh nhân mang vi khuẩn kháng kháng sinh. Mặc dù các vi khuẩn này chưa gây bệnh, nhưng sự xuất hiện của chúng để lại một nguy cơ nhiễm trùng hậu phẫu. Robot nano của Eligo có khả năng tiêu diệt những vi khuẩn này, làm giảm nguy cơ cho bệnh nhân khi phẫu thuật.

Loại thuốc mới mà Eligo đang phát triển có khả năng nhắm mục tiêu tới đúng vi khuẩn gây hại.

Timothy Lu là một giáo sư về kỹ thuật sinh học tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT). Ông là người rất ấn tượng với những gì mà Eligo làm được cho đến nay. Cả trong môi trường phòng thí nghiệm và trong sinh vật sống, công nghệ của Eligo đã cho thấy nó có thể diệt vi khuẩn như những gì công ty tuyên bố, giáo sư Timothy Lu cho biết.

Tuy nhiên, ông cũng thừa nhận rằng Eligo sẽ phải đối mặt với những thách thức trong việc đưa công nghệ của mình ra thực tế, đến với những phòng khám. Thách thức lớn nhất giáo sư Lu nêu ra là "tối ưu hóa việc cung cấp phương pháp điều trị ở người".

Đó là, làm thế nào Eligo có thể đảm bảo các robot nano của họ được đưa vào đường ruột và thực hiện công việc của chúng ở đó? Công ty vẫn chưa giải quyết được vấn đề đó. Để làm như vậy, Eligo ít nhất sẽ phải mất vài năm nghiên cứu nữa.

Tương lai

Vào tháng 9 vừa rồi, công ty đã được đầu tư 20 triệu USD cho giai đoạn nghiên cứu tiếp theo. Các nhà nghiên cứu rất vui mừng khi họ biết rằng mình sẽ tiếp tục tiến về phía trước, Duportet nói.

"Chúng tôi tin tưởng bởi vì chúng tôi có dữ liệu thực sự tốt từ những thử nghiệm trên động vật”, anh cho biết thêm. Nếu nhiều thử nghiệm trên động vật tiến triển tốt, bước tiếp theo sẽ là thử nghiệm những robot trên con người, điều mà công ty hy vọng sẽ làm được vào năm 2020.

Đội ngũ các nhà nghiên cứu và nhân viên tại Eligo.

Tuy nhiên, con đường tiến đến một sự chấp thuận cho liệu pháp này có thể sẽ khá dài; Duportet không thể đưa ra lời tiên đoán, khi nào thì robot nano của Eligo mới được sử dụng rộng rãi.

Nhưng cho rằng rằng sự phát triển của sinh học tổng hợp có thể giúp công việc tại Eligo tiến triển mạnh mẽ. "Sinh học tổng hợp thực sự đang trở thành một ngành công nghiệp lớn. Có thể còn một thời gian dài nữa, trước khi chúng ta có thể được chứng kiến liệu pháp của Eligo trong các bệnh viện địa phương. Tuy nhiên, sinh học tổng hợp đã cho chúng ta một lời hứa để đối mặt với vi khuẩn kháng kháng sinh".