Thuốc bọc vi khuẩn: chìa khóa kéo dài sự sống

Viên thuốc chứa hàng triệu vi khuẩn xâm chiếm đường ruột của con người được kỳ vọng là loại vũ khí mới, chống lại nhiều căn di truyền hiếm gặp.

Vài năm trước, một viên thuốc chứa hàng triệu vi khuẩn xâm chiếm đường ruột của con người còn là một cơn ác mộng. Nhưng giờ đây, nó được kỳ vọng là loại vũ khí mới để chống lại nhiều căn di truyền hiếm gặp, trong đó có rối loạn chuyển hóa đặc trưng bơi tình trạng thừa amoniac trong máu (hyperammonaemia).

Các nhà khoa học của Synlogic, một công ty Kỹ thuật Sinh học do Viện Công nghệ Massachusetts (của Mỹ) thành lập, đã tập trung vào chứng rối loạn chuyển hóa hyperammonaemia.

Căn bệnh này xuất hiện khi lượng ammoniac trong máu dư thừa dẫn đến biến chứng về não. Trong các trường hợp nhẹ, người bệnh có thể cảm thấy mệt mỏi, chán ăn và ngủ li bì. Còn trong các trường hợp nặng hơn, nó có thể gây tổn thương não hoặc chết não.

Vi khuẩn về cơ bản là cơn ác mộng với loài người.

Chỉnh sửa gene vi khuẩn trước khi "gói" vào trong viên thuốc

Trong thử nghiệm điều trị mang tính bước ngoặt, các nhà khoa học đã cho chuột không có khả năng xử lý amoniac sử dụng viên thuốc bọc vi khuẩn nói trên. Kết quả là, vi khuẩn trong thuốc làm giảm một nửa lượng ammoniac trong cơ thể chúng và giúp chúng sống lâu hơn 10 ngày. Trong khi đó, những con chuột không được điều trị bằng loại thuốc này chết trong vòng 1 tuần sau đó.

Bí quyết của viên thuốc này nằm ở những con vi khuẩn E coli Nissle đã được chỉnh sửa gene. Các nhà nghiên cứu của Synlogic, đã ngắt một đoạn gene của vi khuẩn E coli Nissle để khi nó gặp môi trường ô-xi thấp của ruột, E coli Nissle sẽ “ăn” nhiều ammoniac hơn bình thường. Tiếp đó, họ sẽ cấy thêm vài đoạn vi khuẩn cùng loại vào viên thuốc để đảm bảo rằng, chúng không thể sinh sôi nảy nở. Nhờ đó, viên thuốc bọc hàng triệu vi khuẩn E coli Nissle trở nên ổn định trong đường ruột của con người.

“Bằng cách điều chỉnh lại cấu trúc gene của những con vi khuẩn này, chúng tôi có thể kiểm soát hoạt động của chúng trong hệ tiêu hóa của con người”, bà Caroline Kurtz đại diện của Synlogic nói. “Nó cho phép chúng ta suy nghĩ về nhiều căn bệnh khác, khi mà chúng ta có thể tạo ra một cách tiếp cận nào đó có lợi cho cơ thể hoặc loại bỏ những mối đe dọa tới sức khỏe của bệnh nhân”, bà Caroline nói thêm.

Phần lớn bệnh nhân bị rối loạn chuyển hóa hyperammonaemia là do bị tổn thương gan. Điều này ngăn cản gan chuyển hóa ammoniac trong máu thành u-rê. Tình trạng này cũng xảy ra với những người mắc các chứng rối loạn gen hiếm gặp cản trở khả năng hoạt động của gan trong quá trình xử lý ammoniac. Trên thực tế, khoảng một nửa lượng ammoniac trong cơ thể người được tạo ra từ các vi khuẩn kí sinh trong đường ruột.

Trên Tạp chí Y học Tịnh tiến (Science Translational Medicine), các nhà khoa học của Synlogic mô tả, họ sử dụng E coli Nissle là thành phần chủ yếu “viên thuốc sống” của mình. Trên thực tế, E coli Nissle là một trong những vi sinh vật sống trong hầu hết mọi cá thể.

Trong ruột của các sinh vật khác, vi khuẩn E coli Nissle chuyển hóa ammonia thành arginine (một axit amin cần thiết trong quá trình tổng hợp Protein). Bởi thế, hơn 1 thế kỷ qua, con người vẫn sử dụng vi khuẩn có lợi E coli Nissle như một loại probiotic.

Các nhà khoa học sử dụng một nhóm vi khuẩn E Coli Nissle để làm điểm khởi đầu cho viên thuốc sống của mình

Sau khi thử nghiệm trên chuột, các nhà khoa học bước đến giai đoạn thử nghiệm lâm sàng 1 trên người. 52 tình nguyện viên khỏe mạnh đã được cho sử dụng thuốc bọc vi khuẩn.

Kết quả là, vi khuẩn E coli Nissle hoạt động thân thiện như kỳ vọng và không gây ra bất kỳ tác dụng phụ không mong muốn nào. Khi tình nguyện viên sử dụng thuốc, vi khuẩn trong thuốc chuyển hóa ammoniac thành arginine.

Sau đó, amonio axit này bị bẻ gãy thành Ni-trat và được đào thải ra ngoài cơ thể gần như ngay lập tức qua nước tiểu. Thử nghiệm này cũng cho thấy, những người càng dùng nhiều thuốc bọc vi khuẩn thì nước tiểu của họ càng chứa nhiều ni-trat. Tức là có nhiều ammoniac được đào thải ra khỏi cơ thể hơn.

Giám đốc của Synlogic, ông Aoife Brennan cho biết, những con vi khuẩn được “gói” trong viên thuốc sống này sẽ được “tống” ra khỏi cơ thể hoàn toàn sau 2 tuần ngừng sử dụng thuốc. Như vậy có nghĩa là, việc chỉnh sửa gene đã khiến vi khuẩn E coli Nissle không có cơ hội “xây tổ cố định” trong ruột của người.

Hiện các nhà khoa học vẫn đang tiến hành thêm các thử nghiệm để kiểm tra xem, những loại vi khuẩn khác sinh sống trong đường ruột của người có biến đổi để thành loại gene mới giống như những vi khuẩn được chỉnh sửa gen trong viên thuốc sống kia không.

Vi khuẩn, về cơ bản không “kén cá chọn canh” với những ai chia sẻ gen với chúng và vi khuẩn thường có khuynh hướng tráo đổi AND thông qua một quá trình gọi là chuyển gen ngang.

Vi khuẩn được gói trong viên thuốc sống này sẽ được đào thải hoàn toàn khỏi cơ thể sau 2 tuần ngừng sử dụng thuốc

Mở ra triển vọng áp sinh vật học nhân tạo trong điều trị

Sau các thử nghiệm, các nhà nghiên cứu khẳng định, vi khuẩn E coli được sử dụng trong viên thuốc sống không có xu hướng “kết đôi” với những vi khuẩn khác. Điều đó có nghĩa là nó an toàn với sức khỏe của con người.

“Chỉ mới vài năm trước, ý tưởng sử dụng vi khuẩn chỉnh sửa gene trong liệu pháp probiotic được xem là “ảo diệu”, thì giờ đây, chúng tôi đã bắt đầu nhìn thấy những hứa hẹn bước đầu của việc áp dụng sinh vật học nhân tạo trong điều trị.

"Phương pháp chỉnh sửa một vi khuẩn đường ruột để loại bỏ hoặc chuyển hóa mức độ ammoniac thành amino axit arginine vô hại đối với cơ thể, thật là diệu kỳ”, ông Paul Freemont, đồng giám đốc của Trung Tâm Kiến Thức và Sáng kiến về Công nghệ sinh học nhân tạo thuộc Đại Học Hoàng Gia Anh cho biết.

Tuy nhiên, một trong những rào cản khi sử dụng vi khuẩn biến đổi gen chính là vấn đề an toàn. Giống như các loại thực phẩm biến đổi gen, cần có những quy định nghiêm ngặt của FDA để đảm bảo các dòng vi khuẩn này an toàn khi chúng được ứng dụng cho mục đích chữa bệnh.