Nhiễm trùng kháng tất cả kháng sinh, một bé gái người Anh được cứu sống nhờ thể thực khuẩn biến đổi gen

Tháng 10 năm 2017, giáo sư Graham Hatfull nhận được một email khẩn cấp từ phía bên kia bờ Đại Tây Dương. Nhà vi sinh vật học James Soothill, một đồng nghiệp của ông ở bệnh viện Great Ormond Street, London, đang tuyệt vọng tìm cách chữa trị cho hai bệnh nhân trẻ.

Cặp thanh thiếu niên là một cậu bé và một cô gái 15 tuổi mắc bệnh xơ nang - tình trạng di truyền quái ác khiến phổi không còn khả năng tự làm sạch chất nhầy và vi khuẩn gây bệnh.

Như một biện pháp điều trị cuối cùng, cả hai đã được phẫu thuật để cấy ghép cả hai thùy phổi mới. Kết quả hậu phẫu được đánh giá khá tốt, trước khi, Soothill phát hiện dịch mủ chảy ra từ vết khỉ khâu.

Đó là một dấu hiệu thực sự tồi tệ, cho biết tình trạng nhiễm trùng âm ỉ đã kéo dài bên trong cơ thể hai đứa trẻ. 

Đáng lo ngại hơn nữa, các bác sĩ nhanh chóng phát hiện Mycobacterium abscessus đang lây lan trên da và xuyên qua các mô của bệnh nhân. Đó là một chủng vi khuẩn kháng kháng sinh rất mạnh, không đáp ứng với bất kể loại thuốc nào hiện có.

Ở thời điểm không còn kháng sinh để thử, các bác sĩ thậm chí đã tính đến chuyện chăm sóc giảm nhẹ.

Bệnh xơ nang khiến phổi không còn khả năng tự làm sạch chất nhầy và vi khuẩn gây bệnh

Nhưng trong một phút giây tuyệt vọng, Soothill có lẽ đã nhớ đến người đồng nghiệp của mình phía bên kia Đại Tây Dương. Giáo sư Hatfull có một vài viên đá trong tủ đông, có lẽ ông ấy sẽ giúp được.

Cuối những năm 1990, nhà vi trùng học tại Đại học Pittsburgh đã tập hợp được một nhóm sinh viên chăm chỉ, giúp ông thu thập và phân loại một bộ sưu tập thể thực khuẩn lớn nhất thế giới. Đó là những con virus lây lan và tiêu diệt vi khuẩn.

Mặc dù chưa từng được sử dụng cho mục đích y tế, Soothill nghĩ rằng có thể một hoặc hai loài, trong số 15.000 lọ thể thực khuẩn mà giáo sư Hatfull đang giữ ở nhiệt độ -80 độ C trong tủ đông, sẽ chế ngự được cuộc tấn công của siêu vi khuẩn, từ đó giúp hai bệnh nhân nhí của ông giữ lại được mạng sống.

Soothill cùng các bác sĩ đã gửi mẫu vi trùng sang Mỹ. Tại Đại học Pittsburgh, giáo sư Hatfull cuối cùng đã dò trúng 4/15.000 loài thể thực khuẩn trong bộ sưu tập của ông có thể tiêu diệt chúng.

Công việc kéo dài suốt 3 tháng, loài thể thực khuẩn đầu tiên có thể chống lại cuộc tấn công của siêu vi khuẩn trên người cậu bé lộ diện vào tháng 1 năm 2018. Có điều, mọi thứ đã quá trễ ở thời điểm đó, cậu bé đã qua đời trước khi được điều trị.

Với bệnh xơ nang đã mắc phải, Isabelle bị nhiễm Mycobacterium abscessus, một loài siêu vi khuẩn đang ngày càng trở nên kháng kháng sinh

Cô gái trẻ có tên là Emily Isabelle đã may mắn và kiên cường hơn, khi chịu đựng được cả một ổ nhiễm trùng trong lồng ngực mình đến tận tháng 6 năm 2018. Kịp lúc, phòng thí nghiệm của giáo sư Hatfull đã gửi tới Anh một hỗn hợp gồm 3 loài thể thực khuẩn để điều trị cho cô bé, với hai loài trong số đó đã được chỉnh sửa gen để tấn công vi khuẩn hiệu quả hơn.

Isabelle được truyền thể thực khuẩn 2 liều mỗi ngày, mỗi liều chứa tới hàng tỷ con virus. Kết quả sau 6 tuần, nhiễm trùng trong gan đã hoàn toàn biến mất. Hiện tại, cả gan và phổi của cô bé đã lấy lại được chức năng mặc dù trước đó đều bị suy nặng.

Đang trong quá trình hồi phục, những tổn thương trên da của cô bé hầu như đã biến mất hoàn toàn. Isabelle đã có thể quay lại cuộc sống thường nhật của một cô bé 17 tuổi, đi học, thi cử, đăng ảnh mèo lên Facebook và làm bánh cupcake.

Kết quả của ca bệnh đột phá này vừa được công bố trên tạp chí Nature Medicine, đại diện cho nỗ lực đầu tiên của con người, sử dụng các thể thực khuẩn biến đổi gen để điều trị cho bệnh nhân nhiễm trùng kháng kháng sinh.

Thành công đã đặt hy vọng của con người vào một lĩnh vực sinh học tổng hợp mới nổi, đánh thức và củng cố sức mạnh của biện pháp trị liệu thể thực khuẩn đã có tuổi đời hơn 100 năm của Liên Xô. 

Đó chính xác là một hướng đi đầy hứa hẹn, sẽ giúp các bác sĩ chống lại các loài siêu vi khuẩn ngay cả khi chúng đã kháng lại được tất cả các loại kháng sinh chúng ta có được ngày nay.

Isabelle hiện đã khỏe lại, có thể đi học và sinh hoạt bình thường

Trở lại thời điểm 2 năm trước, khi Isabelle bị nhiễm trùng sau ca ghép phổi và tất cả các loại kháng sinh đã không còn tác dụng, cả cô bé và gia đình đã suy sụp.

"Bệnh nhân bị suy gan cấp nặng, gần như chỉ nằm trên giường và không ăn uống được gì cả. Chúng tôi đã phải truyền dinh dưỡng qua đường tĩnh mạch cho cô bé", bác sĩ Spencer trực tiếp điều trị cho Isabelle, và cũng là đồng tác giả bài báo trên tạp chí Nature Medicine cho biết.

"Ở thời điểm đó, chúng tôi đã mất hết hi vọng, họ nói rằng con bé sẽ không thể xuất viện và cơ hội sống chỉ còn 1%", bà Jo Holdaway, mẹ Isabelle kể lại. Hi vọng chỉ được thắp lên sau khi các bác sĩ đề nghị một phương pháp điều trị hoàn toàn mang tính thử nghiệm, liệu pháp thể thực khuẩn.

Liệu pháp thể thực khuẩn sử dụng một loại virus nhắm mục tiêu và lây nhiễm trên các loài vi khuẩn cụ thể. Chúng không tương thích về mặt sinh học với bất kỳ sinh vật nào khác ngoài chủng vi khuẩn mà chúng nhắm tới. Điều này có nghĩa là thể thực khuẩn không thể lây nhiễm người.

Một khi thể thực khuẩn lây nhiễm trên vi khuẩn, chúng sẽ cướp đi quá trình sinh hóa của chúng. Virus sau đó nhân lên hàng loạt bên trong vi khuẩn, đến độ đầy tràn và khiến vi khuẩn chết vì nổ tung. 

Những virus được phát tán sau quá trình này lại thực hiện lây nhiễm trên vi khuẩn mới và giết chết chúng theo cơ chế tương tự. Vòng tròn này được thể thực khuẩn lặp đi lặp lại, và các nhà khoa học gọi chúng là vòng đời lytic.

Không phải là một ý tưởng mới- thể thực khuẩn với vòng đời lytic đã được Liên Xô và các nước Đông Âu sử dụng rất phổ biến vào đầu thế kỷ 20 nhằm điều trị nhiễm trùng. Liệu pháp này chỉ bị lãng quên sau khi thuốc kháng sinh ra đời. 

Bây giờ, trong cuộc khủng hoảng kháng kháng sinh đang khiến các loại thuốc mất dần tác dụng, liệu pháp thể thực khuẩn đang được hồi sinh trở lại, để giúp điều trị cho các trường hợp đặc biệt như cô bé Isabelle.

Mô phỏng vòng đời lytic của thể thực khuẩn

"Không một ai khác có quyền tiếp cận liệu pháp này, nếu họ không rơi vào tình huống cận kề với cái chết. Con bé đã may mắn, thực sự rất may mắn", bà Holdaway cho biết. "Mọi người từng nói với tôi rằng đừng quá hi vọng, liệu pháp này mới chỉ đang được thử nghiệm mà thôi".

Với bệnh xơ nang đã mắc phải, Isabelle bị nhiễm Mycobacterium abscessus, một loài siêu vi khuẩn đang ngày càng trở nên kháng kháng sinh. Nhiễm trùng xảy ra ở vị trí phổi ghép của cô bé đã lan đến gan sau 9 tháng nằm viện. Isabelle không còn đáp ứng với bất kể một loại kháng sinh nào mà bệnh viện Great Ormond Street có vào thời điểm đó.

Để có thể tìm ra được loài thể thực khuẩn có thể tương thích và tấn công siêu vi khuẩn Mycobacterium abscessus, giáo sư Hatfull và các sinh viên của mình tại Đại học Pittsburgh đã phải làm việc rất vất vả.

Họ kiểm tra lần lượt các tủ đông đang chứa 15.000 lọ thể thực khuẩn. Để bạn có thể hình dung, đó chỉ là một con số rất nhỏ trong số 10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 loài thể thực khuẩn có mặt trên Trái Đất.

"Ngay khi những sinh viên của tôi nhìn thấy cơ hội đánh bại được vi khuẩn, họ đã lao vào làm việc không biết mệt mỏi, để biến những thể thực khuẩn từ giả thuyết trở thành một liều thuốc mà chúng tôi có thể bỏ vào hộp và gửi đến London", giáo sư Hatfull nói.

Trong số 15.000 lọ thể thực khuẩn, chỉ có 3 chủng virus có khả năng tấn công Mycobacterium abscessus: Muddy, ZoeJ và BPs. Những cái tên khá kỳ quặc, bắt nguồn từ dự án của giáo sư Hatfull vài chục năm trước, khi ông thuê những cậu nam sinh nghịch ngợm làm việc trong dự án thu thập thể thực khuẩn.

Sau khi một loài virus được xác định là thể thực khuẩn, những cậu học trò không ngại đặt cho chúng những cái tên khá buồn cười như: ChickenNugget, TGIPhriday, thậm chí cả IAmGroot.

Ba thể thực khuẩn Muddy, PBs và ZoeJ đã cứu mạng sống cho Isabelle

Muddy là thể thực khuẩn đã được một sinh viên ở Durban, Nam Phi, tìm thấy vào năm 2010. Trong số ba ứng cử viên mà nhóm của giáo sư Hatfull tìm được, nó là thể thực khuẩn duy nhất có thể tạo ra vòng đời lytic.

Điều này cho phép Muddy chiếm quyền điều khiển các chức năng sinh học bên trong vi khuẩn, để tự nhân lên và tạo ra hàng triệu bản sao trước khi khiến vi khuẩn nổ tung vì không chứa nổi. Không có vòng đời lytic, ZoeJ và BPs chỉ có thể xâm nhập vào bên trong vi khuẩn rồi cuộn tròn bên trong DNA của Mycobacterium abscessus mà chẳng làm gì nữa cả.

Để có thể bật chiếc vòng đồ sát của hai chủng thể thực khuẩn này, nhóm giáo sư Hatfull đã quyết định sử dụng một kỹ thuật chỉnh sửa gen để loại bỏ những DNA đang ức chế ZoeJ và BPs. Không ngoài dự đoán, ngay khi đoạn DNA đó biến mất, hai thể thực khuẩn này đã làm được những gì như Muddy thực hiện. 

Tất cả chúng đã sẵn sàng cho chuyến bay sang Anh, thổi bay những vi khuẩn Mycobacterium abscessus đang sinh sôi và miễn nhiễm với kháng sinh trong cơ thể Isabelle.

Những thể thực khuẩn biến đổi gen đã giúp Isabelle phục hồi, ca bệnh cũng đánh dấu hai cột mốc đáng chú ý: lần đầu tiên một bệnh nhân xơ nang nhiễm Mycobacterium abscessus được điều trị bằng liệu pháp thể thực khuẩn, và lần đầu tiên các thể thực khuẩn biến đổi gen được sử dụng trên người.

Mặc dù vậy, giáo sư Hatfull vẫn thận trọng cho rằng phương pháp này chưa thể được nhân rộng.

"Thể thực khuẩn là một con dao hai lưỡi", ông ấy nói. "Đặc tính của chúng đem lại cho bạn sự an toàn – khi thể thực khuẩn không chạm đến tế bào người và toàn bộ hệ vi sinh vật còn lại. Nhưng chúng lại vướng phải tính đặc hiệu, đến nỗi bạn chỉ có thể tạo ra một loại thuốc áp dụng cho một bệnh nhân duy nhất mà không thể áp dụng cho bệnh nhân khác".

Điều đó có nghĩa là các bệnh nhân xơ nang và nhiễm trùng phổi khác có thể không được may mắn như Isabelle. Bản thân cậu bé cùng nằm viện với cô cũng vậy, đơn giản là cậu đã không thể đợi được đến thời điểm các nhà khoa học dò ra loại thể thực khuẩn đặc hiệu với mình.

Giáo sư Hatfull cầm trên tay một lọ thể thực khuẩn

Mặc dù vậy, trong bối cảnh kháng kháng sinh đang trở thành một khủng hoảng toàn cầu, các thể thực khuẩn biến đổi gen vẫn là một giải pháp rất tiềm năng. 

Vào tháng 1 năm nay, Johnson & Johnson đã ký một hợp đồng trị giá lên tới 818 triệu USD với Locus Bioscatics để phát triển các thể thực khuẩn được can thiệp bằng CRISPR để điều trị nhiễm trùng phổi. Công ty khởi nghiệp này cùng với 9 công ty khác ở Mỹ và Châu Âu hiện đang thi nhau phát triển rất nhiều liệu pháp thể thực khuẩn khác nhau.

Tổ chức Bệnh nhân Xơ nang gần đây đã cam kết chi 100 triệu USD để phát hiện, ngăn ngừa và điều trị tốt hơn các bệnh nhiễm trùng phổi mạn tính đang hoành hành và được thúc đẩy bởi kháng kháng sinh. Là một phần của nỗ lực, tổ chức này cho biết họ cũng đang theo đuổi nghiên cứu về liệu pháp thể thực khuẩn.

Năm ngoái, một trung tâm nghiên cứu thể thực khuẩn quốc gia đầu tiên đã được thành lập tại Đại học California, San Diego, Mỹ. Các nhà khoa học ở đây đang lên kế hoạch cho 2 thử nghiệm lâm sàng, một thử nghiệm trên 30 bệnh nhân bị xơ nang dự kiến sẽ bắt đầu ngay cuối năm nay.

Thử nghiệm này cũng nhận được tài trợ bởi Viện Dị ứng và Bệnh truyền nhiễm Quốc gia Hoa Kỳ, với mục đích tìm ra được các chiến lược dùng thuốc tốt nhất, để giảm thiểu mọi tác động tiêu cực tiềm tàng của liệu pháp thể thực khuẩn.

"Đó chính là phương pháp tương tự mà chúng ta đã sử dụng để thay thế kháng sinh trong suốt 80 năm qua", Robert Schooley, nhà khoa học đang dẫn đầu dự án, đồng thời là cố vấn của nhóm giáo sư Hatfull cho biết.

Không giống như kháng sinh, liệu pháp thể thực khuẩn không chỉ là một nhóm thuốc mới, Schooley nói. "Đó là một cách tiếp cận hoàn toàn mới, mở ra cánh cửa để điều trị các siêu vi khuẩn đa kháng thuốc. Với các thể thực khuẩn, chúng ta thực sự đang quay trở lại tương lai".

Chiếc tủ đông của giáo sư Hatfull chứa bộ sưu tập 15.000 thể thực khuẩn sẽ trở thành một kho vũ khí vô giá trong thời đại hậu kháng sinh

Khoa học đã đi được một chặng đường rất dài kể từ năm 1919, khi liệu pháp thể thực khuẩn lần đầu tiên được sử dụng bởi Felix d'Herelle. Nhà sinh vật học người Pháp đã sử dụng những con virus tách ra từ phân một số binh lính để điều trị thành công bệnh kiết lỵ cho bệnh nhân ở Viện Pasteur.

Đúng 100 năm sau, câu chuyện tuyệt vời của thể thực khuẩn vẫn đang được viết tiếp bởi giáo sư Hatfull và nhóm của ông. Nhưng với 15.000 thể thực khuẩn mà ông phân loại và giữ trong tủ đông của mình, nó vẫn là một trang sách rất khiêm tốn trong số hàng tỷ tỷ thể thực khuẩn vẫn còn đó trong đất, nước và thậm chí cả không khí ngoài kia.

Rõ ràng, liệu pháp thể thực khuẩn vẫn còn là một câu chuyện rất dài. Chúng ta hoàn toàn có thể đặt niềm tin của mình vào những con virus trong thời đại hậu kháng sinh. Giữa bối cảnh đó, 10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 thể thực khuẩn thực sự là một kho báu vô giá vẫn đang chờ được con người khai thác.

Tham khảo Wired, Independent