Tìm ra phương pháp khiến vi khuẩn lú lẫn rồi tự sát, giải pháp hiệu quả ngăn ngừa đại khủng hoảng kháng kháng sinh

Nước Mỹ hay bất kỳ một quốc gia nào khác không hề đứng ngoài cuộc khủng hoảng kháng kháng sinh hiện nay. Và khi nói đến nhiễm trùng và kháng kháng sinh ở bệnh viện, Clostridium difficile tại Mỹ là một loại vi khuẩn đáng sợ.

Mỗi năm C. difficile lây nhiễm cho khoảng nửa triệu bệnh nhân ở Hoa Kỳ và giết chết 15.000 người trong số đó. Loài vi khuẩn này đứng đầu một danh sách vi khuẩn nguy hiểm, mà Cơ quan phòng ngừa và kiểm soát dịch bệnh Hoa Kỳ (CDC) công bố.

Tuy nhiên, mới đây trong một nghiên cứu của Đại học Wisconsin-Madison, các nhà khoa học đã tìm ra một cách để chống lại vi khuẩn này mà không cần kháng sinh phổ rộng thông thường. Lần này, thứ họ sử dụng là những “viên thuốc CRISPR” gây lú lẫn. Chúng khiến vi khuẩn phải "tự sát".

Trong trường hợp bạn thấy CRISPR quá quen thuộc, nó chính là tên của kỹ thuật chỉnh sửa gen đột phá. Công nghệ mà chúng ta vẫn lo ngại sẽ tạo ra những đứa bé, được thiết kế tùy ý theo mong muốn của bố mẹ.

C. difficile lây nhiễm cho khoảng nửa triệu bệnh nhân ở Hoa Kỳ và giết chết 15.000 người trong số đó.

Như đã biết trước đây, CRISPR là một công nghệ chỉnh sửa gen mạnh nhưng giá rẻ. Với khả năng chỉnh sửa chính xác các gen của con người, công nghệ này đang được phát triển cho nhiều ứng dụng y tế, từ chữa trị các căn bệnh di truyền cho tới ung thư.

Nhưng bởi CRISPR là một công cụ rất mạnh và linh hoạt, phạm vi ứng dụng của nó rất rộng lớn. Phó giáo sư, Tiến sĩ Jan-Peter Van Pijkeren đến từ Đại học Wisconsin-Madison cho biết:

Ông và đồng nghiệp của mình cũng đang sử dụng CRISPR, phát triển nó thành một phương pháp điều trị nhiễm trùng nhắm đích chính xác. Công cụ chỉnh sửa gen này sẽ đem lại cho con người khả năng đặc biệt “giết chết các vi khuẩn theo cách chọn lọc”.

Trở lại một thực tế rằng, phương pháp CRISPR được đặt tên theo một đoạn lặp trên DNA, mà con người lần đầu tiên phát hiện ra nó từ chính vi khuẩn. Hệ thống đoạn lặp CRISPR trong vi khuẩn là một cơ chế phòng vệ miễn dịch, được nó sử dụng để chống lại bacteriophage (những loại virus lây bệnh cho vi khuẩn).

Cơ chế miễn dịch của vi khuẩn, đó là chúng lưu DNA của các bacteriophage xâm nhập vào bộ gen, trên các đoạn CRISPR. Sau đó, vi khuẩn dùng các DNA này để nhận diện virus xâm nhập. Chỉ cần nhận diện được, nó sẽ lập tức dùng enzyme Cas9 như một chiếc kéo, cắt tan các gen lạ xâm nhập từ virus để tự bảo vệ cơ thể mình.

Bây giờ, ý tưởng của tiến sĩ Van Pijkeren rất đơn giản: Làm thế nào để lừa được những con vi khuẩn, sử dụng chính hệ thống CRISPR quay lại cắt DNA của mình?

Làm thế nào để lừa được những con vi khuẩn, sử dụng chính hệ thống CRISPR quay lại cắt DNA của mình?

Để làm được điều đó, phòng thí nghiệm của tiến sĩ Van Pijkeren đang phát triển những con bacteriophage có khả năng mang theo tín hiệu CRISPR tùy chỉnh. Chúng được nhiễm vào một loại vi khuẩn vô hại hoặc chính những loại lợi khuẩn đường ruột, trước khi được nén thành một viên thuốc.

Lý do vì nếu để không, các bacteriophage sẽ bị xé tan bởi dịch axit dạ dày. Và nếu muốn trị được bệnh cho con người, chúng ít nhất phải tồn tại cho đến khi tới được mục tiêu là ổ nhiễm trùng.

Tiến sĩ Van Pijkeren so sánh những lợi khuẩn mang bacteriophage như những con tàu mẹ. Khi lợi khuẩn mang virus chứa tín hiệu CRISPR tùy chỉnh vượt qua dạ dày, nó sẽ vào tới ruột.

Lúc này, “tàu mẹ” sẽ thả những con bacteriophage lây nhiễm cho bất cứ một loài khuẩn C. difficile nào gần đó. Bởi các tín hiệu CRISPR đã được tùy chỉnh sẵn cho giống DNA của vi khuẩn, chúng sẽ dễ dàng bị lừa để tự cắt vào DNA của chính mình.

Tiến sĩ Van Pijkeren cho biết, một điểm khó ở nghiên cứu này là cơ chế gói các bacteriophages lên tàu mẹ lợi khuẩn. Nó vẫn còn trong giai đoạn phát triển và chưa vươn tới được thử nghiệm trên động vật.

Về phần các bacteriophages, các nhà nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng chúng có khả năng kích hoạt CRISPR để diệt vi khuẩn trên da. Cơ chế đánh lừa vi khuẩn này cũng được chứng minh giúp chống lại khuẩn Shigella sonnei, gây bệnh tiêu chảy phổ biến ở các nước đang phát triển.

Một số công ty, bao gồm Eligo Bioscience và Locus Biosciences, đã bắt đầu theo đuổi những dự án thương mại hóa kháng sinh ứng dụng kỹ thuật CRISPR.

Điểm hấp dẫn của kháng sinh sử dụng CRISPR là các loại thuốc như vậy, về mặt lý thuyết, đem đến cho chúng ta khả năng nhắm đích rất tốt. Nó sẽ tiêu diệt vi khuẩn một cách chọn lọc, chỉ giết chết loại mầm bệnh mà CRISPR được lập trình cho nó, trong khi bảo tồn những vi sinh vật khác, chẳng hạn như lợi khuẩn đường ruột.

Trái ngược với các loại kháng sinh phổ rộng đang được sử dụng hiện nay, để tiêu diệt mầm bệnh, chúng ta phải chấp nhận hi sinh, giết chết cả vi khuẩn xấu và vi khuẩn tốt. Trên thực tế, việc sử dụng quá mức và lạm dụng thuốc kháng sinh phổ rộng thông thường là nguyên nhân đầu tiên dẫn đến và thúc đẩy tình trạng kháng kháng sinh.

Vi khuẩn C. difficile là một vấn đề cực lớn với nhiễm trùng bệnh viện

Herbert DuPont, giám đốc Trung tâm nghiên cứu Bệnh truyền nhiễm thuộc Đại học Texas cho biết: “Bất kể khi nào chúng ta ghép các bệnh nhân chung phòng trong bệnh viện hoặc viện an dưỡng, chúng ta cung cấp cho họ kháng sinh thì sẽ phải đối mặt với vấn đề từ vi khuẩn C. difficile”.

Đó là lí do tại sao nghiên cứu của tiến sĩ Van Pijkeren trở nên rất cần thiết. Phương pháp CRISPR mà ông phát triển có thể đóng vai trò lớn trong cuộc chiến với vi khuẩn kháng kháng sinh trong tương lai.

Tuy nhiên, một số nhà khoa học khác nhận định rằng đội của tiến sĩ Van Pijkeren sẽ còn nhiều việc phải làm. Peter Fineran, một nhà vi sinh vật học tại Đại học Otago, New Zealand, nói rằng "vẫn còn một chặng đường phía trước, cho tới lúc phương pháp này thay thế được thuốc kháng sinh hiện tại của chúng ta".

Bên cạnh đó, ông nói rằng ưu điểm của kháng sinh CRISPR cũng chính là nhược điểm của nó. Làm thế nào để tiêu diệt nhiều loại vi khuẩn gây bệnh cùng lúc, khi mỗi kháng sinh CRISPR chỉ lây nhiễm và giết chết một loại vi khuẩn cụ thể?

Theo Fineran thì kháng sinh CRISPR vẫn sẽ góp một vai trò lớn, nhưng chúng ta vẫn sẽ phải phát triển các công cụ khác để chống lại vi khuẩn. CRISPR tạm thời sẽ là "một công cụ bổ sung vào kho vũ khí, chống lại sự trỗi dậy của các vi khuẩn gây bệnh kháng kháng sinh hiện nay".

Tham khảo Technologyreview