Cách tiếp cận đơn giản có thể giúp tiêu diệt vi khuẩn kháng kháng sinh

Từ lâu, các nhà khoa học đã nhận thức được sự nguy hiểm của việc lạm dụng kháng sinh và số lượng vi khuẩn kháng kháng sinh ngày càng tăng. Trong khi việc kê đơn quá nhiều thuốc kháng sinh để điều trị đã gây ra ảnh hưởng đáng lo ngại đến sức khỏe con người, do đó ngày càng tăng thuốc kháng sinh trong môi trường tự nhiên. Điều thứ hai có thể xuất phát từ việc xử lý thuốc không đúng cách, nhưng cũng có thể xuất phát từ lĩnh vực công nghệ sinh học, vốn phụ thuộc vào kháng sinh như một công cụ lựa chọn trong phòng thử nghiệm.

Michelle O'Malley, kỹ sư hóa học của UC Santa Barbara cho biết: "Trong công nghệ sinh học, từ lâu chúng ta đã dựa vào kháng sinh và hóa chất để tiêu diệt các tế bào mà chúng ta không muốn phát triển. Nếu chúng ta có một tế bào biến đổi gen và chỉ muốn tế bào đó phát triển trong một quần thể tế bào, chúng ta đưa vào tế bào này một gen kháng thuốc kháng sinh. Việc đưa một loại kháng sinh vào sẽ giết chết tất cả các tế bào không được biến đổi gen và chỉ cho phép những tế bào biến đổi gen mà chúng ta muốn — sinh vật biến đổi gen [GMO] — tồn tại.

Tuy nhiên, nhiều sinh vật đã phát triển khả năng kháng kháng sinh của chúng ta và các sinh vật này ngày càng tăng trong lĩnh vực công nghệ sinh học và môi trường tự nhiên. Vấn đề về kháng kháng sinh là một thách thức lớn của thời đại chúng ta và ngày càng trở nên quan trọng”.

O'Malley giải thích: "Nếu GMO đó được đưa ra khỏi phòng thử nghiệm và tái tạo thành công trong môi trường, bạn sẽ không thể hình dung được nó sẽ đi vào thế giới sinh vật tự nhiên những đặc tính gì. Với sự ra đời của sinh học tổng hợp, ngày càng có nhiều nguy cơ rằng những thứ chúng ta thực hiện trong phòng thử nghiệm có thể thoát ra ngoài và sinh sôi nảy nở trong các hệ sinh thái, nơi không dành cho chúng".

Hiện nay, thực hiện nghiên cứu trong phòng thử nghiệm của O'Malley và được công bố trên tạp chí Nature Communications mô tả cách tiếp cận đơn giản để giải quyết cả việc lạm dụng kháng sinh cũng như ngăn chặn GMO. Cần thiết thay thế kháng sinh trong phòng thử nghiệm bằng florua.

O'Malley mô tả florua là "một chất hóa học khá lành tính có nhiều trên thế giới, kể cả trong nước ngầm". Tuy nhiên, bà lưu ý, nó cũng độc hại đối với vi sinh vật, chúng đã phát triển một gen mã hóa một “nhà xuất khẩu” florua bảo vệ tế bào bằng cách loại bỏ florua gặp trong môi trường tự nhiên.

Bài báo mô tả một quá trình phát triển của Justin Yoo, một cựu nghiên cứu sinh tốt nghiệp tại phòng thử nghiệm của O'Malley sử dụng kỹ thuật phổ biến được gọi là tái tổ hợp tương đồng để làm cho gen không có chức năng trong GMO mã hóa một “nhà xuất khẩu” florua, do đó tế bào không thể sản sinh ra nó nữa. Một tế bào như vậy sẽ vẫn phát triển mạnh trong phòng thử nghiệm, nơi thường sử dụng nước cất không chứa florua, nhưng nếu tế bào này thoát ra môi trường tự nhiên sẽ chết ngay khi gặp florua, do đó ngăn chặn sự lan truyền.

Trước nghiên cứu này, Yoo đã cộng tác với đồng tác giả của bài báo là Susanna Seppala, một nhà khoa học trong phòng thử nghiệm của O'Malley, sử dụng nấm men để biểu thị đặc biệt các protein vận chuyển florua mà Seppala đã xác định được ở nấm kỵ khí. Bước đầu tiên trong dự án này là Yoo loại bỏ các chất vận chuyển florua trong nấm men tự  nhiên.

Ngay sau khi tạo ra chủng nấm men loại trực tiếp, Yoo đã tham dự một hội nghị sinh học tổng hợp về cơ chế kiểm soát sinh học mới nhằm ngăn chặn vi khuẩn E.coli biến đổi gen thoát khỏi môi trường phòng thử nghiệm. Tại hội nghị, ông nhớ lại: "Tôi nhận ra rằng chủng nấm men loại trực tiếp mà tôi đã tạo ra có thể hoạt động như một vai trò kiểm soát sinh học hiệu quả cho nấm men".

O'Malley cho biết: “Về cơ bản, những gì Justin đã làm là tạo ra một loạt các hướng dẫn ADN mà bạn có thể đưa vào các tế bào nhằm giúp chúng tồn tại khi có fluoride. Thông thường, nếu tôi muốn chọn một tế bào biến đổi gen trong phòng thử nghiệm, tôi sẽ tạo ra một plasmid [một cấu trúc di truyền trong tế bào, điển hình là một sợi ADN tròn nhỏ, có thể sao chép độc lập với nhiễm sắc thể] có kháng sinh. Dấu hiệu đề kháng để có thể tồn tại nếu có kháng sinh. Justin đang thay thế nó bằng gen của “các nhà xuất khẩu” florua này".

Phương pháp mà O'Malley mô tả là "Mục tiêu dễ đạt - Justin đã thực hiện toàn bộ nghiên cứu này trong khoảng một tháng", cũng giải quết vấn đề tài chính một cách đơn giản đối với việc lựa chọn tế bào dựa trên kháng sinh trong các phòng thử nghiệm công nghệ sinh học. Ngoài việc thúc đẩy sự tăng  trưởng của các chủng vi khuẩn kháng thuốc, bà nói thêm: "từ quan điểm công nghệ sinh học, quá trình tạo ra các sinh vật kháng kháng sinh cũng khá tốn kém. Nếu bạn định thực hiện một quá trình lên men 10 nghìn lít, nó có thể khiến bạn tốn hàng nghìn đô la cho mỗi lần lên men để thêm một số loại thuốc kháng sinh, đó là một số tiền vô cùng lãng phí" Đáng chú ý, sử dụng florua ở nồng độ thấp sẽ chỉ tốn khoảng bốn xu một lít.

Rõ ràng, Seppala nói: "Chúng tôi muốn sử dụng một chất hóa học như florua tương đối lành tính, dồi dào, rẻ tiền và có thể sử dụng trong phòng thử nghiệm như kháng sinh thông thường”.

Yoo giải thích rằng, chỉ mới làm sáng tỏ vai trò của các chất vận chuyển florua vào năm 2013, khi dự án này bắt đầu. Các cách tiếp cận mới để thực hiện kiểm soát sinh học đã tập trung vào việc sử dụng các bộ phận sinh học xa lạ với sinh vật quan tâm, tập trung vào những gì mà Yoo mô tả là hệ thống "tuyệt vời, nhưng phức tạp", trong khi có lẽ chuyển hướng chú ý từ cách tiếp cận đơn giản hơn này.

Trường Đại học California -Santa Barbara

Đỗ Quyên dịch

Nguồn: Lab Manager - Hoa Kỳ