Giải ngố: Vi khuẩn đã học được cách chống lại kháng sinh như thế nào?

Tuần vừa rồi, Trung tâm Phòng ngừa và Kiểm soát dịch bệnh Hàn Quốc tại Seoul (SKCDC) lần đầu tiên xác nhận sự xuất hiện của gen vi khuẩn mcr-1 tại quốc gia này. Được mệnh danh là gen có khả năng kháng tất cả các loại thuốc kháng sinh hiện có của con người, mcr-1 đã được tìm thấy ở Trung Quốc, Châu Âu, Canada, Hoa Kỳ và mới đây nhất là Hàn Quốc.

Điều này thực sự khiến các nhà khoa học lo ngại. SKCDC cho biết mcr-1 rất dễ lây lan và khó kiểm soát. Trong tương lai, nhiều khả năng Hàn Quốc cũng sẽ phải đối mặt với những ca nhiễm khuẩn không còn thuốc chữa.

Câu hỏi đặt ra là những gen kháng thuốc nguy hiểm như mcr-1 đã lây lan như thế nào? Và tại sao nó có thể giúp vi khuẩn chống lại thuốc kháng sinh? Chúng ta hãy cùng tìm hiểu điều đó.

1. Kháng kháng sinh là gì?

Kháng kháng sinh là hiện tượng xảy ra khi mầm bệnh hay vi khuẩn không bị tiêu diệt bởi thuốc kháng sinh. Chúng không những tồn tại mà còn sinh sản ra những thế hệ vi khuẩn mới, cũng có đặc tính kháng thuốc và hóa chất điều trị nhiễm trùng.

Theo thống kê của “Chương trình Đánh giá Kháng kháng sinh” được tài trợ bởi chính phủ Anh, hàng năm trên thế giới có 700.000 ca tử vong bởi vi khuẩn kháng thuốc. Ước tính con số sẽ tăng lên đến 10 triệu người vào năm 2050.

2. Thuốc kháng sinh hoạt động như thế nào?

Khi được đưa vào cơ thể, kháng sinh sẽ tiếp cận và tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh

Kháng sinh hoạt động để chống lại vi khuẩn gây bệnh. Chúng là những sinh vật đơn bào có kích thước vài phần nghìn milimét, sinh sống và gây viêm nhiễm ở đâu đó trong cơ thể chúng ta. Khi được đưa vào cơ thể, kháng sinh sẽ tiếp cận và tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh theo các cơ chế chính:

- Tấn công trực tiếp thành tế bào, khiến chúng mất khả năng tự bảo vệ khỏi môi trường

- Can thiệp vào quá trình tổng hợp protein

- Tàn phá các quá trình trao đổi chất

- Ngăn chặn sự tổng hợp DNA và RNA

3. Nếu vi khuẩn có được gen kháng thuốc, điều gì sẽ xảy ra?

Khi một vi khuẩn kháng thuốc, chúng có khả năng vô hiệu hóa một phần hoặc toàn bộ các cơ chế kể trên của kháng sinh, theo các cách dưới đây:

Khi không muốn gặp một ai đó, bạn tránh mặt họ, chặn số điện thoại và mọi hình thức liên lạc khác. Vi khuẩn kháng thuốc sử dụng một chiến lược tương tự đối với kháng sinh. Chúng thay đổi tính thẩm thấu của màng tế bào. Bằng cách này ngăn chặn hoàn toàn hoặc hạn chế cho phép kháng sinh xâm nhập được vào trong tế bào để phá hủy tổ chức của chúng.

Một chiến lược khác của vi khuẩn là chúng cho phép kháng sinh vào bên trong. Nhưng sẽ tạo ra một số phân tử giống như vệ sĩ gác cửa. Chúng sẵn sàng tống cổ kháng sinh ra khỏi tế bào ngay khi bước vào. Một số vi khuẩn sử dụng các máy bơm, lấy năng lượng ATP để bắn thuốc kháng sinh ra khỏi cơ thể chúng.

Nhiều kháng sinh làm việc bằng cách chọn một mục tiêu cụ thể của vi khuẩn, ví dụ như bộ phận sản xuất protein của chúng. Sau đó, kháng sinh cô lập bộ phận này khiến vi khuẩn không thể sử dụng chúng và chết vì thiếu nguồn cung protein.

Để đối phó với diễn biến này, vi khuẩn thay đổi cấu trúc của các bộ phận mục tiêu để kháng sinh không còn nhận ra nó. Về cơ bản, dù cho kháng sinh có vào được tế bào, nó cũng không biết làm gì khi các mục tiêu đã được ngụy trang và không nhận ra nổi.

Đây là chiến thuật kháng kháng sinh cực đoan nhất. Thay vì chỉ sử dụng hệ thống phòng thủ và ngụy trang, vi khuẩn sản xuất một số loại enzyme để chiến đấu trực tiếp với kẻ thù của mình. Chúng làm giảm hoặc bất hoạt hoàn toàn tính kháng khuẩn của thuốc. Ví dụ như enzyme beta-lactamse được sản sinh bởi một số vi khuẩn đã đánh bại hoàn toàn penicillin.

3. Tất cả những chiến thuật trên đều rất tinh tế, nhưng làm thế nào mà vi khuẩn có thể học được điều này?

Trên thực tế, đội quân vi khuẩn có số lượng rất lớn và không phải con nào cũng giống con nào. Tuy nhiên, phân tử thuốc kháng sinh thì giống hệt nhau, chúng không đạt đến sự đa dạng như vi khuẩn. Trong hàng triệu vi khuẩn, có xác xuất tồn tại một vài cá thể tự nhiên có khả năng sử dụng một trong số 3 chiến thuật trên để kháng thuốc.

Khi kháng sinh đã tiêu diệt hết toàn bộ những vi khuẩn nhạy thuốc, các cá thể vi khuẩn kháng thuốc tiếp tục tồn tại và sinh sản. Thế hệ sau của chúng sẽ thay thế những vi khuẩn đã chết và chúng hoàn toàn kháng thuốc.

Một kịch bản khác, vi khuẩn có thể học được các chiến thuật trên bằng cách truyền cho nhau những đoạn mã DNA. Trong đó có chứa cách để ngụy trang một cơ quan hay tạo ra enzyme chống lại kháng sinh.

Một vi khuẩn thông thường có thể nhận gen mã hóa này thông qua nhiều cách. Ví dụ, trong quá trình biến nạp, chúng nhận DNA trần từ một vi khuẩn khác. Hoặc khi một vi khuẩn kháng thuốc chết và nổ tung, chúng giải phóng các mảnh DNA vào môi trường. Các vi khuẩn khác sẽ “nhặt” chúng lại và tái tạo thành các gen kháng thuốc.

Không may rằng dù cho vi khuẩn có học được cách kháng thuốc theo bất kì hình thức nào, chúng cũng sẽ truyền lại khả năng này cho thế hệ tiếp theo. Đó là hệ quả cơ bản của ý tưởng chọn lọc tự nhiên trong thuyết tiến hóa của Darwin được gọi là “sự sống sót của kẻ thích nghi tốt nhất”.

Kết quả cuối cùng là chúng ta phải chiến đấu với một quần thể vi khuẩn kháng thuốc, từ thế hệ này sang thế hệ khác. Đó cũng là lý do tại sao mà gen vi khuẩn kháng thuốc mcr-1 ngày hôm nay có thể lây lan khắp thế giới và tạo nên cơn ác mộng cho chúng ta.

Tổng hợp