Áp dụng kỹ thuật di truyền biến đổi vi khuẩn lành tính để tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh kháng kháng sinh

Do vi khuẩn gây bệnh thường xuyên phát triển sức đề kháng chống lại các thuốc kháng sinh mạnh nhất của y học, các nhà khoa học đang tìm kiếm sự trợ giúp của các vi khuẩn khác nhằm phát hiện và phá hủy các tác nhân kháng đa thuốc kháng sinh. Họ đã biến đổi gen của vi khuẩn Lactococcus lactis, một loại vi khuẩn lành tính thường có mặt trong các sản phẩm sữa, để chúng có thể tấn công các vi khuẩn đường ruột Enterococcus faecalis (E. faecalis) – loại vi khuẩn thường gây các bệnh lây nhiễm trong bệnh viện.

Cảm nhận và tiêu diệt: Các nhà nghiên cứu đã áp dụng kỹ thuật di truyền biến đổi vi khuẩn axit lactic vô hại (LAB, bên trái) để cảm nhận chất dẫn dụ (pheromone) giới tính (hình tròn xanh lá cây nhạt) được sản xuất bởi các vi khuẩn gây bệnh khuẩn đường ruột (bên phải). Đáp ứng lại với pheromone, LAB đã được di truyền biến đổi để sản sinh ra các peptide kháng khuẩn (AMPs, hình bầu dục màu đỏ) có tác dụng diệt tác nhân gây bệnh. – Nguồn hình ảnh: Yiannis Kaznessis

Trước thập niên 1980, các nhà khoa học đã coi vi khuẩn E. faecalis là vô hại, hoặc thậm chí là có ích. Đây là những vi khuẩn sống trong bộ máy tiêu hóa của chúng ta. Nhưng về sau vi khuẩn này đã trở nên có sức đề kháng đối với vancomyxin – loại thuốc kháng sinh vẫn được coi là vũ khí cuối cùng của y học vì nó thường chỉ được sử dụng sau khi các thuốc kháng sinh khác không có tác dụng.

Các nhà khoa học tại ĐHTH Minnesota, Twin Cities (Mỹ), cho rằng ngày nay mối lo ngại lớn của ngành y là các bệnh nhân trong bệnh viện có thể lây nhiễm những vi khuẩn có sức đề kháng chống lại nhiều loại thuốc kháng sinh hiện có của chúng ta. Vì vậy, họ đã cùng với các nhà khoa học khác tìm cách nghiên cứu các peptit chống vi khuẩn, còn được gọi là bacterioxin (độc tố vi khuẩn). Vi khuẩn sản sinh ra độc tố này để ức chế sự phát triển của các dòng vi khuẩn khác.

Các nhà nghiên cứu tại ĐHTH Minnesota đã tìm cách đưa bacterioxin vào bộ máy tiêu hóa của động vật thử nghiệm nhằm mục đích tiêu diệt các vi khuẩn E. faecalis gây bệnh, nhưng đây là một thách thức lớn, vì peptit không thể được đưa vào cơ thể qua đường ăn uống hay tiêm do chúng sẽ nhanh chóng bị các enzym proteza phân hủy. Vì vậy, các nhà khoa học đã quyết định đưa các gen mã hóa 3 bacterioxin vào vi khuẩn sinh axit lactic – đây là loại vi khuẩn an toàn, thường được sử dụng để sản xuất các sản phẩm sữa như bơ và phomát.

Tuy nhiên, các nhà khoa học muốn đảm bảo rằng vi khuẩn sinh axit lactic sẽ chỉ sản xuất bacterioxin sau khi chúng đi vào vi khuẩn E. faecalis. Nếu vi khuẩn sinh axit lactic liên tục tạo ra các peptit kháng vi sinh vật, toàn bộ quần thể vi sinh vật sẽ bị ảnh hưởng. Khi đó, bacterioxin có thể tiêu diệt cả các vi khuẩn có ích trong bộ máy tiêu hóa, vì thế lại càng giúp cho các dòng vi khuẩn gây bệnh có nhiều không gian và nguồn dinh dưỡng hơn để phát triển mạnh.

Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã biến đổi gen của vi khuẩn Lactococcus lactis sao cho chúng chỉ sinh ra bacterioxin khi phát hiện chất dẫn dụ giới tính do vi khuẩn E. faecalis sinh ra. Vi khuẩn sinh ra chất dẫn dụ giới tính này (được gọi là cCF10) để giao tiếp với các vi khuẩn đồng loại trong môi trường của chúng. Để biến đổi vi khuẩn Lactococcus lactis thành dụng cụ phát hiện cCF10, các nhà nghiên cứu đã tạo ra plasmit DNA có chứa đoạn DNA đặc trưng với khả năng đáp ứng chất dẫn dụ. Nếu cCF10 có mặt, vi khuẩn sẽ được kích hoạt để tạo ra 3 gen bacterioxin có mặt trong plasmit. Vi khuẩn sinh axit lactic có thể phát hiện dòng vi khuẩn E. faecalis và chỉ khi đó chúng mới sản xuất những lượng lớn bacterioxin.

Kết quả thử nghiệm cho thấy, khi vi khuẩn sinh axit lactic được nuôi cấy cùng với vi khuẩn E. faecalis trong cùng một môi trường nuôi cấy, chúng làm giảm 50-70% sự phát triển của E. faecalis so với các mẻ nuôi cấy không có vi khuẩn sinh axit lactic. Các nhà khoa học cũng đã chứng minh mẫu lấy từ dung dịch nuôi cấy của vi khuẩn đã biến đổi gen được xử lý với cCF10 có tác dụng ngăn ngừa sự phát triển của ba dòng vi khuẩn E. faecalis kháng vancomyxin, được phân lập từ các bệnh nhân.

Hơn nữa, các nhà nghiên cứu cho rằng kết hợp phương pháp mới với các thuốc kháng sinh hiện có sẽ giúp kiểm soát tốt hơn các trường hợp lây nhiễm vi khuẩn E. faecalis. Nhiều loại E. faecalis có sức đề kháng chống lại thuốc kháng sinh streptomyxin, một số khác có sức đề kháng chống lại bacterioxin. Bằng cách kết hợp streptomyxin với bacterioxin, các nhà nghiên cứu đã chứng minh họ có thể tiêu diệt hoàn toàn các dòng vi khuẩn E. faecalis có hại.

LH, theo Chemical & Engineering News 6-2014