Kháng sinh mạnh nhất đang bị siêu vi khuẩn kháng lại một cách bí ẩn

Trong một báo cáo trên tạp chí vi sinh vật mBio, các nhà nghiên cứu tại Đại học Emory lần đầu tiên phát hiện những chủng vi khuẩn gây chết người, đa kháng thuốc và có một cơ chế bí ẩn để kháng cả colistin, loại kháng sinh còn giữ được hiệu lực mạnh nhất hiện nay.

Những chủng vi khuẩn này được phát hiện trong nước tiểu của một số bệnh nhân người Mỹ. Đáng lo ngại, chúng có khả năng lẩn trốn khỏi điều kiện khám bệnh lâm sàng, và có thể lây nhiễm vào đường máu, tiết niệu và các mô mềm của chúng ta.

Kháng sinh mạnh nhất đang bị siêu vi khuẩn kháng lại

CRKP, chủng vi khuẩn này có tên đầy đủ là Klebsiella pneumoniae kháng carbapenem. Trước đây, chúng ta biết CRKP có khả năng kháng lại hầu hết các dòng kháng sinh, bao gồm cả carbapenems, cũng là một trong những kháng sinh mạnh nhất cuối cùng.

Nhưng nghiên cứu mới tiếp tục cảnh báo nó có thể kháng được cả colistin với một cơ chế bí ẩn và nguy hiểm. CRKP được liệt kê vào nhóm mầm bệnh đa kháng thuốc Enterobacteriaceae (CRE). Bệnh nhân nhiễm CRE có tỷ lệ tử vong cao đến 50%. Và trong những năm gần đây, CRE đã lan rộng khắp thế giới.

Báo cáo năm 2013 của Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa dịch bệnh Hoa Kỳ (CDC) ước tính mỗi năm có hơn 9.300 ca nhiễm CRE ở Mỹ, trong đó có 600 trường hợp tử vong. Cả CDC và Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đều liệt kê CRE là một trong những mối đe dọa nghiêm trọng đối với sức khoẻ cộng đồng, và chúng ta cần có "hành động cấp bách và mạnh mẽ" để chống lại nó.

Trong nghiên cứu mới này, các nhà khoa học tại Đại học Emory đã phát hiện ra hai chủng CRKP-cô lập từ nước tiểu của bệnh nhân ở thành phố Atlanta– có khả năng kháng lại colistin. CRKP kháng được cả colistin, loại “kháng sinh cuối cùng” là điều chưa từng ghi nhận trước đây.

Các nhà khoa học cho biết quá trình kháng colistin của CRKP xảy ra âm thầm và bí ẩn, khiến chúng qua mắt được chúng ta.

Lúc đầu, CRKP dường như dễ bị tiêu diệt bởi kháng sinh mạnh trong các thử nghiệm lâm sàng tiêu chuẩn. Nhưng đến những thử nghiệm tiên tiến, khi CRKP được cho tiếp xúc với kháng sinh trong một thời gian, chúng bằng cách nào đó đã tiến hóa để kháng lại được colistin.

Thử nghiệm trên chuột nhiễm những chủng CRKP tiến hóa này cho thấy colistin đã không còn hiệu lực. Những con chuột tất yếu đã chết vì nhiễm khuẩn. Trong khi đó, chuột nhiễm CRKP chưa tiến hóa vẫn có thể được cứu sống khi sử dụng kháng sinh colistin.

Cho đến thời điểm này, chưa có ghi nhận nhiễm trùng CRKP bất ngờ chuyển hóa để kháng colistin trên người. Nhưng các tác giả nghiên cứu, dẫn đầu bởi nhà sinh vật học David Weiss, nói rằng chúng ta không biết điều đó đã xảy ra hay chưa, bởi các bằng chứng rất khó thu thập và dữ liệu cho đến nay chưa đủ để kết luận.

Bởi vậy, nghiên cứu mới đã “rung lên một hồi chuông báo động về hiện tượng đáng lo ngại”, về khả năng kháng thuốc của CRKP mà có thể chúng ta đang chủ quan về nó. Trong tương lai, chúng ta cần chẩn đoán chính xác và theo dõi chủng vi khuẩn này cẩn thận hơn.

Cách xác định vi khuẩn kháng kháng sinh

Trong một cuộc phỏng vấn với Ars, tiến sĩ Weiss nhấn mạnh rằng khả năng kháng thuốc âm thầm của CRKP rất đáng quan ngại. Nhất là khi chúng ta chỉ còn một vài loại kháng sinh cuối cùng để chống lại nó, ví dụ như colistin. "Bệnh nhân không có nhiều lựa chọn vào thời điểm này", ông nói.

Hầu hết các bệnh nhân bị nhiễm trùng CRKP đều cần đến colistin, tình trạng của họ thường rất nặng, tiến sĩ Weiss cho biết. Trong những trường hợp đó, các bác sĩ có xu hướng cho bệnh nhân dùng càng nhiều loại kháng sinh càng tốt. Điều này khiến cho việc kiểm tra xem CRKP kháng colistin âm thầm hay không trở nên khó khăn.

"Tôi không nói nếu là tôi, tôi sẽ không muốn dùng cả loạt kháng sinh", tiến sĩ Weiss nói. Nhưng để thực sự biết cơ chế kháng colistin này có phải là một vấn đề hay không, bạn chỉ được điều trị bệnh nhân với colistin. Đó là điều kiện không thực tế, bởi chỉ sử dụng colistin thì không tối đa hóa được cơ hội cho bệnh nhân.

Bởi vậy, các nhà khoa học đã thiết kế các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm để tìm hiểu quá trình kháng colistin của CRKP. Trong nhiều năm, trên cương vị là giám đốc Trung tâm chống kháng kháng sinh Đại học Emory, tiến sĩ Weiss đã nghiên cứu hiện tượng dị kháng (hetero-resistance).

Đầu tiên, phải nói về cách xác định vi khuẩn kháng thuốc. Theo quy trình thông thường, các nhà khoa học sẽ phân lập vi khuẩn từ các mẫu bệnh phẩm của bệnh nhân, sau đó, phát triển chúng trong những môi trường dinh dưỡng đầy đủ.

Kết quả mà họ thu được là một số lượng lớn vi khuẩn giống hệt nhau về mặt di truyền. Thông thường, nó nghĩa là các vi khuẩn sở hữu đặc điểm đề kháng thống nhất hoặc cùng nhạy cảm đối với những kháng sinh nhất định.

Bởi vậy, nếu đã chọn đúng loại kháng sinh, chỉ cần một nồng độ tương đối thấp của thuốc là đã có thể giết sạch một dân số lớn vi khuẩn. Nếu vi khuẩn có thể chịu được liều cao hơn, chúng sẽ trở nên kháng thuốc.

Sự kháng thuốc này có thể xảy ra từ yếu đến mạnh, nhưng thường có những ngưỡng chuẩn để xác định rằng một dòng vi khuẩn kháng với một loại thuốc nào đó. Nói cách khác, nếu toàn bộ quần thể vi khuẩn vẫn tồn tại trong nồng độ "x" của một kháng sinh, thì nó sẽ được coi là kháng kháng sinh đó.

Nhưng các quần thể dị kháng không tuân theo quy tắc này. Trong các thử nghiệm chẩn đoán chuẩn như trên, vi khuẩn có thể rất đáp ứng và phần lớn sẽ bị tiêu diệt. Nhưng trong các thử nghiệm tiên tiến, các nhà nghiên cứu có thể phát hiện các quần thể phụ kháng.

Thông thường, điều này cho thấy rằng chỉ có một số vi khuẩn nào đó trong quần thể, có một yếu tố di truyền bảo vệ chúng khỏi thuốc kháng sinh.

Nhưng những vi khuẩn phụ kháng này có vẻ như giống hệt với các vi khuẩn nhạy cảm với thuốc. Chúng vẫn đúng là những bản sao của nhau, nhưng vì lý do nào đó, một cơ chế khác biệt ban cho chúng khả năng kháng kháng sinh.

Hiện tượng dị kháng của vi khuẩn là một bí ẩn chưa có lời giải

Cái giá của sự phụ thuộc kháng sinh

Trường hợp dị kháng kể trên chính là điều mà tiến sĩ Weiss và đồng nghiệp gặp phải sau khi phân lập lâm sàng CRKP. Các xét nghiệm tiêu chuẩn đề kháng cho thấy nồng độ colistin 0,5 μg/mL hoặc thấp hơn có thể giết chết gần hết quần thể. Nhưng các thí nghiệm tiếp theo cho thấy 1 trong 1.000 tế bào CRKP có thể sống được ở nồng độ 2μg/mL colistin. Và 1 trong 1.000.000 sống sót tới tận nồng độ 100 μg/mL.

Khi các nhà nghiên cứu nuôi chúng trong môi trường chứa colistin, những vi khuẩn CRKP phụ kháng đã cực kỳ phát triển. Nhưng sau khi chuyển đổi quần thể sang môi trường nước cất mà không có colistin, quần thể vi khuẩn CRKP lại trở lại trạng thái dễ bị tiêu diệt - ngoại trừ tỉ lệ 1/1.000 vi khuẩn ban đầu.

Với hi vọng tìm ra điều gì đó khác biệt giữa các vi khuẩn kháng và không kháng, các nhà khoa học đã sắp xếp bộ gen của chúng. Nhưng thật bí ẩn, chúng vẫn giống hệt nhau về mặt di truyền.

Mặc dù có cùng bản thiết kế gen, những con vi khuẩn CRKP đang kích hoạt gen của chúng một cách khác nhau, tiến sĩ Weiss dự đoán. Không rõ làm thế nào và tại sao điều này xảy ra. Cho đến nay, ông và các đồng nghiệp của mình chỉ có thể đưa ra giả thuyết rằng một hệ thống cảm giác đặc biệt có thể là chìa khoá khiến CRKP kháng colistin.

Hệ thống này là một dạng của hệ thống truyền tín hiệu hai thành phần - liên quan đến một protein gắn vào màng của vi khuẩn, phản ứng với một số dấu hiệu môi trường. Protein đó có thể truyền tín hiệu này tới một protein khác bên trong tế bào, sau đó khiến gen biểu hiện hoặc không.

Hệ thống này đã đặt trạng thái biểu hiện ở một số tiểu nhóm vi khuẩn CRKP khiến chúng kháng được colistin. Nếu các nhà nghiên cứu sử dụng kỹ thuật di truyền để phá vỡ hệ thống trong các vi khuẩn kháng, quần thể sẽ mất đi khả năng kháng kháng sinh bí ẩn của nó.

Trò nhảy cừu đang tiến đến con cừu cuối cùng, khi kháng sinh mạnh nhất colistin mất tác dụng

Nhưng câu đố ở thời điểm hiện tại là không rõ những gen nào hệ thống tín hiệu này đang kiểm soát. Một số bằng chứng cho thấy rằng đó là những gen cho phép tế bào giảm tích điện âm ở màng ngoài để chống lại colistin. Thuốc kháng sinh tích điện dương và có vẻ như nó sẽ tiêu diệt vi khuẩn bằng cách phá vỡ màng bên ngoài tế bào vi khuẩn.

Mặc dù vậy cơ chế chính xác đằng sau và sự phòng vệ của vi khuẩn vẫn còn chưa rõ ràng. Tiến sĩ Weiss kêu gọi thêm nhiều nhà khoa học thực hiện nghiên cứu trong vấn đề này. Bởi con người đang hết dần các loại kháng sinh có hiệu lực, colistin hiện nay đang là lựa chọn cuối cùng.

"Tôi nghĩ rằng chúng ta đã vượt qua cái thời điểm [kháng kháng sinh], ở đó [chúng ta đã nói] 'Ồ một loại thuốc đã mất tác dụng ư? Ai quan tâm? Chúng ta sẽ sử dụng loại kháng sinh tiếp theo'", tiến sĩ Weiss nói. Thời điểm đó, sẽ không cần thiết để hiểu biết toàn bộ cơ chế kháng thuốc của vi khuẩn, bởi chúng ta luôn có một loại kháng sinh dự phòng.

“Còn bây giờ chúng ta đang bị mất dần những kháng sinh dự phòng ấy, và mọi người đang phải quan tâm ở mức độ cao hơn", tiến sĩ Weiss cảnh báo. Cũng chính vì sự lười biếng trước đây khi phụ thuộc vào các loại thuốc còn tác dụng, bây giờ chúng ta vẫn còn một tá những điều bí ẩn chưa biết về vi khuẩn, và những con đường mà chúng kháng được kháng sinh.

Tham khảo Arstechnica