Khoa Học Thường Thức

Thực khuẩn thể, vũ khí tiêu diệt vi khuẩn hiệu quả nhất

Thực khuẩn thể, vũ khí tiêu diệt vi khuẩn hiệu quả nhất

Wikicabinet – Kênh thông tin tri thức nhân loại kính chào quý độc giả ở kỳ trước chúng tôi đã giới thiệu các chủ đề về:

Quark có phải là khối xây dựng của tất cả vật chất?

Kỳ này wikicabinet khoa học thường thức xin giới thiệu đến độc giả một chủ đề thú vị về Thực khuẩn thể, vũ khí tiêu diệt vi khuẩn hiệu quả nhất. Mời quý độc giả đón theo dõi chủ đề này cùng wikicabinet khoa học thường thức nhé.

Các thử nghiệm về một phương pháp vũ khí hóa virus để điều trị các bệnh nhiễm trùng nguy hiểm kháng thuốc sẽ bắt đầu có kết quả vào năm 2021. Các phương pháp điều trị này bằng cách bệnh nhân được tiêm hàng tỷ hạt vi rút vào cơ thể.

Thực khuẩn thể là gì?

‘Bacteriophages’ chỉ đơn giản là virus lây nhiễm và tiêu diệt vi khuẩn hay chúng còn được gọi là thực thể khuẩn.

Những loại virus như vậy – còn được gọi là ‘phage’ – được tìm thấy ở mọi nơi có vi khuẩn và nhân lên bằng cách chèn gen của chúng vào tế bào vi khuẩn. Sau khi bị nhiễm các gen của vi rút, tế bào vi khuẩn sẽ biến dị và bắt đầu sản xuất các protein virus, chúng tập hợp thành các virus mới.

Trong vòng nửa giờ, tế bào bùng nổ và hàng chục hoặc hàng trăm loại virus mới được giải phóng để lặp lại chu kỳ trong vật chủ khác. Chúng có hiệu quả đáng kể trong việc này: Một số nghiên cứu cho rằng cứ mỗi hạt cát trên Trái đất thì có hơn một nghìn tỷ phage tồn tại cùng một lúc.

Thực khuẩn thể, vũ khí tiêu diệt vi khuẩn hiệu quả nhất

Với khả năng tiêu diệt vi khuẩn tự nhiên của chúng, những kẻ săn mồi nano này có thể là chìa khóa trong cuộc chiến chống lại vấn đề kháng thuốc ngày càng tăng. Và ý tưởng sử dụng chúng trong y học không thực sự quá mới mẻ.

Félix d’Hérelle và việc phát hiện ra vi khuẩn

Hơn 100 năm trước, vào năm 1919, một nhà khoa học lập dị tên là Félix d’Hérelle đã đến một bệnh viện nhi ở Paris và nói với các bác sĩ rằng ông đã tìm ra cách điều trị bệnh kiết lỵ (một bệnh nhiễm trùng đường ruột). Đây là thập kỷ trước khi có thuốc kháng sinh như penicillin, khi các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn thông thường giết chết hàng triệu người mỗi năm.

Trong khi nghiên cứu các thuộc địa của vi khuẩn, d’Hérelle nhận ra rằng một số loại bệnh đang lây lan qua các đĩa vi khuẩn của mình. Mặc dù hầu như không biết gì về virus vào thời điểm đó, d’Hérelle đã đi đến kết luận phi thường rằng ông đã tìm ra một loại vi rút săn mồi cho vi khuẩn chứ không phải con người – một vi khuẩn của vi khuẩn. Ông đặt tên cho loại vi-rút này là thực khuẩn thể (‘vi khuẩn ăn thịt’) và bắt đầu sử dụng nó để tiêu diệt các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn ở động vật.

Điều này có từ rất lâu trước khi có sự tồn tại của các cơ quan quản lý như Cơ quan Quản lý Dược phẩm Liên bang (FDA) ở Hoa Kỳ hoặc Cơ quan Quản lý Thuốc và Sản phẩm Chăm sóc sức khỏe (MHRA) ở Anh, những người kiểm tra nghiêm ngặt các loại thuốc và liệu pháp mới trước khi chúng được chấp thuận sử dụng cho bệnh nhân. .

Nhà vi sinh học người Pháp gốc Canada Félix d’Hérelle là một trong những nhà khoa học được ghi nhận là đã phát hiện ra vi rút ăn vi khuẩn

Vì vậy, để chứng minh phương pháp điều trị thử nghiệm của mình là an toàn khi sử dụng cho trẻ em bị bệnh kiết lỵ, d’Hérelle chỉ cần uống một lọ phage trước mặt các bác sĩ bệnh viện. Các bác sĩ đồng ý rằng nếu anh ấy còn sống vào ngày hôm sau, họ sẽ thử điều trị tại bệnh viện.

Ngày hôm sau, d’Hérelle vẫn ổn (anh ấy đã thử nghiệm thực khuẩn thể trên bản thân và gia đình). Khi một số trẻ em ốm yếu tuyệt vọng mắc bệnh kiết lỵ đến, mỗi đứa trẻ được cho một lọ vi-rút vi khuẩn tinh khiết để uống.

Việc điều trị đã thành công. Các em nhanh chóng hồi phục và xuất viện trong vài ngày. Các phage của ông nhanh chóng được chào hàng như một loại thuốc kỳ diệu mới nhất và đến những năm 1930 đã được vận chuyển khắp thế giới để điều trị tất cả các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn khác nhau.

Tại sao thực khuẩn lại bị lãng quên?

Tại sao vào năm 2020, rất ít người nghe nói đến liệu pháp thể thực khuẩn? Và tại sao, trong bối cảnh thế giới đang rất khao khát các loại kháng sinh mới, chúng ta không sử dụng nó trong bệnh viện mọi lúc? Đó là một câu chuyện dài, nhưng đến những năm 1950, thế giới phương Tây hầu như đã quên hết những gì về thực khuẩn thể.

Các loại thuốc như penicillin đã được tung ra thị trường, rẻ hơn nhiều và dễ sản xuất hàng loạt hơn so với virus sống. Ở hầu hết các nơi trên thế giới, nghiên cứu y học tập trung vào việc phát triển các loại kháng sinh mới và ý tưởng sử dụng vi rút để điều trị nhiễm trùng dần bị bỏ rơi.

Các quốc gia duy nhất vẫn sử dụng phage để điều trị nhiễm trùng là các nước Liên Xô, nơi thiếu các loại thuốc như penicillin. Nhưng Chiến tranh Lạnh đã ngăn cản mọi liên lạc giữa các nhà khoa học Liên Xô và phần còn lại của thế giới, vì vậy những cải tiến của họ trong việc sử dụng thực khuẩn thể đã không được chú ý. Đến những năm 1980, y học phương Tây gần như hoàn toàn bị lãng quên liệu pháp phage đã từng tồn tại.

Giờ đây, khi vi khuẩn kháng thuốc ngày càng trở thành vấn đề lớn hơn ở các bệnh viện trên khắp thế giới, ý tưởng sử dụng vi rút lại một lần nữa thu hút sự chú ý. Những bệnh nhân tuyệt vọng ở Mỹ và châu Âu hiện đến các ‘phòng khám phage’ ở các nước thuộc Liên Xô cũ, chẳng hạn như Georgia, để thử và chữa các bệnh nhiễm trùng không còn điều trị được bằng thuốc kháng sinh.

Bất chấp sự quan tâm mới, liệu pháp phage bên ngoài những vùng này chỉ được sử dụng thành công trong một số trường hợp thử nghiệm. Năm 2015, nhà khoa học Tom Patterson bị ốm vì viêm tụy khi đi nghỉ ở Ai Cập. Nguyên nhân hóa ra là do một chủng vi khuẩn đa kháng thuốc.

Với việc các bác sĩ không thể kiểm soát tình trạng nhiễm trùng, Tom nhanh chóng rơi vào trạng thái hôn mê. Gần một năm các phương pháp điều trị thông thường đều thất bại, nhưng như một biện pháp cuối cùng, vợ của Tom, Steffanie Strathdee, một nhà nghiên cứu về HIV, đã quyết định tự nghiên cứu và nảy ra ý tưởng sử dụng thực khuẩn thể để tiêu diệt vi khuẩn đang giết chết chồng mình.

Cô ấy đã dành nhiều tháng để cố gắng kết nối các bác sĩ của Tom với các nhà khoa học trên toàn thế giới, những người có thể có nguồn gốc thực khuẩn phù hợp để kiểm soát nhiễm trùng (cũng như hoàn thành hàng đống thủ tục giấy tờ cần thiết để có được sự chấp thuận hợp pháp cho một phương pháp điều trị mà các bác sĩ hiệu quả phải thực hiện lên khi họ đi cùng).

Nhờ được tiêm một loại phage phage thử nghiệm – có nguồn gốc từ Nga, Hải quân Mỹ và nước thải thô – Tom cuối cùng đã được đưa trở lại từ bờ vực của cái chết.

Vi khuẩn được sử dụng như thế nào?

Phage không dễ làm việc. Mỗi chủng vi khuẩn khác nhau – trong đó có hàng triệu – đều có một chủng thực khuẩn đặc biệt săn mồi trên đó. Vì vậy, mỗi bệnh nhân cần được điều trị với chính xác chủng thực khuẩn thích hợp cho vi khuẩn gây nhiễm trùng của họ.

Cơ thể cũng loại bỏ các phage ra khỏi máu một cách nhanh chóng và cũng giống như các loại thuốc kháng sinh, vi khuẩn có thể nhanh chóng kháng lại chúng. Đây là lý do tại sao sự kết hợp của các phage thường phải được sử dụng để đảm bảo rằng bất kỳ vi khuẩn nào có khả năng kháng một phage này đều bị giết bởi một loại vi khuẩn khác. Điều này làm tăng thêm sự phức tạp của việc xây dựng một chế độ điều trị.

Cũng có một thực tế là có tới một nửa số phage là những gì được gọi là phage ôn đới. Những virus này không phải lúc nào cũng làm vỡ tế bào vi khuẩn và giết chết nó. Thay vào đó, chúng thích nằm im trong bộ gen của tế bào hoặc sao chép từ từ mà không giết chết vật chủ của chúng. Các nhà khoa học có thể giải quyết vấn đề này bằng cách biến đổi gen thực khuẩn để chúng sử dụng chiến lược bùng nổ bạo lực hơn thay vì ẩn nấp.

Giải phẫu của một thực khuẩn

Vào năm 2018, tại Bệnh viện Great Ormond Street, London, một loại cocktail gồm ba thể thực khuẩn biến đổi gen đã được sử dụng để điều trị cho một bệnh nhân trẻ tuổi đã bị bùng phát các bệnh nhiễm trùng đa kháng thuốc khắp cơ thể trong nhiều năm.

Bệnh nhân trẻ tuổi đã trải qua một ca ghép phổi đôi do bệnh xơ nang, một tình trạng gây tích tụ chất nhầy trong phổi. Ngay sau khi thực hiện thủ thuật, mặc dù đã dùng nhiều đợt kháng sinh, nhiễm trùng đã lan từ phổi đến gan của cô ấy và cuối cùng, thậm chí có những túi vi khuẩn đẩy lên qua da trên cánh tay, chân và mông của cô ấy.

Một lần nữa, sự phát triển của phương pháp điều trị dựa trên thể thực khuẩn đòi hỏi sự hợp tác quốc tế của các bác sĩ và các nhà nghiên cứu về thể thực khuẩn để tìm, tinh lọc và thiết kế các thể thực khuẩn phù hợp cho dòng vi khuẩn cụ thể ở bệnh nhân – cũng như những rào cản quan liêu cần thiết để đưa ra một phương pháp hoàn toàn điều trị y tế mới và không được kiểm soát cho một đứa trẻ. Nhưng nó đã thành công – việc điều trị đã kiểm soát được tình trạng nhiễm trùng và cứu sống cô gái.

Thư viện phage

Những câu chuyện thành công này đã giúp thúc đẩy nỗ lực phát triển liệu pháp thực khuẩn thể ở Mỹ và Châu Âu, với những tin tốt tương tự từ các phương pháp điều trị thử nghiệm và thử nghiệm trên động vật ở các nước khác. Tuy nhiên, bất chấp những ví dụ tích cực này, vẫn còn những trở ngại lớn để các liệu pháp thể thực khuẩn trở thành phương pháp điều trị chính thống hiệu quả về chi phí và đáng tin cậy.

Trở ngại chính là mọi bệnh nhân đều có khả năng bị nhiễm một hỗn hợp các chủng vi khuẩn độc nhất, vì vậy mọi phương pháp điều trị đều phải được thực hiện riêng. Điều này có nghĩa là các nhà sản xuất thuốc không thể sản xuất hàng loạt liều lượng và điều đó cũng khiến các cơ quan quản lý thuốc không thể chấp thuận các liệu pháp thực khuẩn: mọi trường hợp đều có khả năng liên quan đến một hỗn hợp vi rút hoàn toàn khác nhau.

Rất may, những nỗ lực hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, cơ quan y tế công cộng và các cơ quan quản lý đang giúp vượt qua những trở ngại này. Ý tưởng là bằng cách sử dụng công nghệ giải trình tự DNA hiện đại, các thư viện khổng lồ của các phage có thể được quét nhanh chóng để tìm ra một đối tượng phù hợp. Các kết quả phù hợp sau đó cũng có thể được sàng lọc để đảm bảo chúng không chứa bất kỳ gen nào có thể gây độc cho bệnh nhân.

Các cơ quan quản lý dược phẩm sẽ đánh giá mức độ an toàn của toàn bộ thư viện, các phương pháp thanh lọc các phage và phương pháp quản lý, thay vì cố gắng đánh giá từng phương pháp điều trị riêng lẻ.

Khi một bệnh nhân bị nhiễm trùng kháng thuốc, thông tin về chủng vi khuẩn chính xác sẽ được gửi đến thư viện phage, thư viện này sẽ được quét để tìm các kết quả phù hợp. Các que diêm sau đó sẽ được gửi trong lọ đến bệnh viện nơi bệnh nhân đang điều trị. Với phương pháp này, có thể tạo ra một loại vi-rút có khả năng cứu sống và ngăn chặn virus trong vài ngày.

Một số thử nghiệm lâm sàng đang được tiến hành với hy vọng sẽ chứng minh một lần và mãi mãi rằng thực khuẩn thể là một phương pháp đáng tin cậy để điều trị nhiễm trùng, và những nỗ lực hợp tác của các cơ quan chức năng, các nhà khoa học và bác sĩ vẫn tiếp tục với hy vọng thiết lập các hệ thống điều tiết có thể bật đèn xanh các liệu pháp phage riêng biệt theo cách tiết kiệm chi phí.

Hy vọng rằng không ai trong chúng ta sẽ phải đối mặt với viễn cảnh đáng sợ về một sự lây nhiễm vi khuẩn kháng lại các loại thuốc kháng sinh thông thường. Nhưng nếu chúng ta làm vậy, thật tốt khi biết rằng những kẻ diệt vi khuẩn cổ đại này có thể được kêu gọi để giúp chúng ta.

Vòng đời của xạ khuẩn

Các phage trôi nổi tự do trong môi trường, hy vọng gặp phải vật chủ là vi khuẩn. Khi phage liên kết với vật chủ thích hợp, nó sẽ tiêm vật liệu di truyền của nó vào tế bào. Nếu vật chất di truyền của phage tránh khỏi sự phòng thủ của tế bào, tế bào sẽ bắt đầu sản xuất các protein được mã hóa trong bộ gen của virus. Điều này gây ra sự tích tụ các protein virut bên trong tế bào, chúng tập hợp thành hàng trăm loại vi khuẩn mới. Thực khuẩn thể cuối cùng chỉ thị cho tế bào sản xuất một loại protein làm vỡ nó. Vi khuẩn đã chết và các phage mới được giải phóng để lặp lại chu kỳ trong một tế bào chủ khác.

Trong kỳ tiếp theo, Wikicabinet khoa học thường thức trân trọng mời độc giả đón đọc chủ đề Tạo hố đen vũ trụ phòng thí nghiệm.

Nếu có những thắc mắc hay muốn tìm hiểu về bất kỳ chủ đề nào, hãy liên hệ với Wikicabinet khoa học thường thức bằng cách bình luận ở phía dưới nhé.

Leave a Reply