Trong cuộc chiến với kháng kháng sinh: Hồi sinh thể thực khuẩn với AI và công nghệ DNA

Liệu pháp thể thực khuẩn, sử dụng virus lây nhiễm vi khuẩn để chữa các căn bệnh nhiễm trùng, đã bị lãng quên từ những năm sau Thế chiến thứ II. Tuy nhiên, trong một vài năm trở lại đây, nó đang được nghiên cứu mạnh trở lại.

Thể thực khuẩn đang là chiếc phao cứu sinh cho những ca bệnh nhiễm vi khuẩn kháng tất cả các loại kháng sinh hiện có. Bây giờ, với sự hỗ trợ của công nghệ sắp xếp trình tự DNA và trí tuệ nhân tạo (AI), nó còn được hứa hẹn sẽ còn trở nên mạnh mẽ hơn nữa.

Nhiều công ty start-up trong lĩnh vực công nghệ sinh học và y tế đang muốn thực hiện điều đó. Một trong số những CEO của họ mạnh dạn tuyên bố, ông muốn khi một bệnh nhân bị nhiễm trùng kháng kháng sinh nhập viện, chỉ vài phút sau các bác sĩ đã có thể điều trị cho họ bằng loại thể thực khuẩn đặc hiệu, giúp họ khỏi bệnh.

Trong cuộc chiến với kháng kháng sinh: Hồi sinh thể thực khuẩn với AI và công nghệ DNA

Mọi phương pháp điều trị thay thế kháng sinh lúc này đều là điều rất cần thiết, bởi một thực tế đáng báo động: Ngày càng nhiều vi khuẩn kháng được lại các loại thuốc mà chúng ta đang sử dụng. Mỗi năm ở Mỹ, có khoảng 2 triệu người bị nhiễm vi khuẩn kháng thuốc, và ít nhất 23.000 người trong số đó sẽ chết vì không còn biện pháp điều trị.

Một nghiên cứu được tài trợ bởi chính phủ Anh ước tính, mỗi năm trên thế giới có khoảng 700.000 người chết vì kháng kháng sinh. Nếu không tìm ra được biện pháp, năm 2050, con số có thể lên tới 10 triệu người, nhiều hơn cả số bệnh nhân chết vì ung thư.

Giữa bối cảnh này, liệu pháp thể thực khuẩn đang là một niềm hi vọng cho chúng ta. Thể thực khuẩn là những virus lây nhiễm, gây bệnh và giết chết vi khuẩn một cách tự nhiên. Trước đây, liệu pháp thể thực khuẩn đã từng là một phương pháp để điều trị nhiễm trùng.

Tuy nhiên, khi các loại thuốc kháng sinh được khám phá, liệu pháp này đã bị lãng quên và chỉ còn được duy trì nghiên cứu ở Liên Xô và các nước Đông Âu. Cho đến những năm gần đây, khi vi khuẩn trở nên kháng kháng sinh mạnh mẽ, liệu pháp thể thực khuẩn mới được chú ý trở lại.

Mỗi năm, có hàng trăm bệnh nhân nhiễm vi khuẩn kháng kháng sinh đã bay tới các nước Đông Âu, chẳng hạn như Gruzia, nơi liệu pháp thể thực khuẩn vẫn đang được sử dụng, để chữa trị.

Một trong những ưu việt của liệu pháp thể thực khuẩn, đó là chúng ít có nguy cơ bị kháng bởi vi khuẩn so với kháng sinh. Lí do vì mỗi loại thể thực khuẩn chỉ lây nhiễm và giết chết một số loại vi khuẩn cụ thể và chính thể thực khuẩn cũng tiến hóa cùng so với vi khuẩn.

Mặc dù vậy, đó cũng là điểm yếu của phương pháp trị liệu này. Việc tìm ra đúng loại thể thực khuẩn có thể điều trị được vi khuẩn kháng thuốc khó khăn hơn chúng ta tưởng. Đôi khi các bác sĩ tiêm một mũi chứa hàng triệu con virus vào người bệnh nhân kháng kháng sinh, hi vọng rằng chúng sẽ có tác dụng nhưng kết quả thì không.

Cho nên, hiện liệu pháp thể thực khuẩn chỉ được sử dụng cho những bệnh nhân yếu nhất, như một phương pháp điều trị cuối cùng, khi các bác sĩ đã bó tay với mọi các loại kháng sinh họ có.

Nguyên lý làm việc của liệu pháp thể thực khuẩn

Tuy nhiên, một tương lai mới đang được mở ra cho liệu pháp thể thực khuẩn. Công nghệ sắp xếp trình tự DNA và trí thông minh nhân tạo có thể giúp việc tìm kiếm thể thực khuẩn dễ dàng hơn nhiều, biến nó thành một phương án điều trị thực tế hơn.

“Chúng tôi có thể sắp xếp trình tự gen của thể thực khuẩn một cách nhanh chóng và nói rằng, đây chính xác là trình tự DNA mà chúng tôi muốn", Paul Grint, Giám đốc điều hành của AmpliPhi Biosciences, một start-up đang ‘chế tạo’ ra các thể thực khuẩn để thay thế kháng sinh điều trị nhiễm trùng, cho biết.

"Lý tưởng nhất, chúng tôi muốn có một sản phẩm mà chúng tôi chỉ cần lấy nó ra khỏi tủ lạnh và đưa cho bệnh nhân", ông nói.

Thể thực khuẩn bản chất là virus. Và chúng vẫn thường sống ở những nơi bẩn, kể cả trong nước thải. Do đó, trước tiên các nhà khoa học phải cô lập và làm sạch chúng. Sau đó, AmpliPhi sử dụng phương pháp sắp xếp trình tự DNA, để đảm bảo rằng đội quân thể thực khuẩn là đồng bộ và vô hại với cơ thể, không có một mầm bệnh nguy hiểm nào trà trộn vào đó.

Một start-up khác, Adaptive Phage Therapeutics, đang muốn sử dụng trí tuệ nhân tạo để thiết kế được các liệu pháp thể thực khuẩn cá nhân hóa cho từng bệnh nhân.

Hiện tại, để có thể sử dụng liệu pháp thể thực khuẩn, các bác sĩ cần làm một loạt các xét nghiệm khác nhau, kéo dài từ 8 tiếng cho đến 1-2 ngày. Họ cần phân tích và thu thập các thông tin về thể thực khuẩn, để biết loại virus nào sẽ làm việc với loại vi khuẩn gây bệnh nào.

Nhưng "khi bệnh nhân bị ốm nặng, mỗi phút đều quan trọng", Greg Merril, giám đốc điều hành của Adaptive Phage Therapeutics cho biết. Vì vậy, công ty của ông đang cố gắng thiết lập một quy trình tự động quá trình đó.

Merril đang phát triển một thuật toán máy học, sử dụng dữ liệu từ bộ gen của cả vi khuẩn và thể thực khuẩn. Các nhà nghiên cứu của Adaptive Phage Therapeutics đang đào tạo hệ thống AI của mình nhận diện được các thể thực khuẩn nào có thể điều trị một chủng vi khuẩn cụ thể.

Trong tầm nhìn của mình, Merril đang hướng đến một ứng dụng AI có thể sử dụng trong các bệnh viện, cho phép mọi phân tích diễn ra nhanh chóng. Nếu nó thành công, tính từ thời điểm bệnh nhân được tiếp nhận cho đến khi họ nhận được thuốc điều trị chỉ mất vài phút.

Hình ảnh chụp các thể thực khuẩn lây nhiễm một vi khuẩn

Tuy nhiên, vẫn còn một chặng đường dài để đi tới được đó. Hiện tại, Adaptive Phage Therapeutics mới chỉ áp dụng hệ thống AI của mình tại văn phòng ở Maryland, để xác định cách điều trị tốt nhất cho bệnh nhân, chọn đúng loại thể thực khuẩn từ bộ sưu tập của công ty và gửi thông tin đến bệnh viện. Nó vẫn sẽ mất nhiều thời gian, và cũng cần thời gian dài để AI có thể học tập để trở nên tốt hơn nữa.

Nhưng tính tới thời điểm này, cả AmpliPhi và Adage Phage Therapeutics đã điều trị thành công hơn 20 bệnh nhân mắc nhiễm trùng nguy hiểm đến tính mạng. Tất cả những bệnh nhân này đều phải có giấy phép sử dụng khẩn cấp từ Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (CDC).

Nếu phương pháp tiếp cận mới hoạt động, liệu pháp thể thực khuẩn cuối cùng có thể trở thành một lựa chọn chủ đạo để điều trị bệnh nhiễm trùng. Cả AmpliPhi và Adage Phage Therapeutics đều lên kế hoạch thử nghiệm lâm sàng, để kiểm tra liệu các liệu pháp của họ có tốt hơn kháng sinh hiện tại hay không. Những nghiên cứu này có thể bắt đầu ngay trong năm 2018.

Tham khảo Businessinsider