Nội dung bài viết
Đó là “một tiến bộ thú vị trong nỗ lực bổ sung kho vũ khí kháng sinh”. Tình trạng kháng kháng sinh đã xuất hiện ở con người kể từ thời điểm chúng ta bắt đầu sử dụng kháng sinh.
Vào thế kỷ 20, các loại thuốc đã hạ mức độ nhiễm trùng do vi khuẩn có khả năng đe dọa tính mạng xuống mức chỉ còn những bất tiện, dường như đó là một phép lạ của y học hiện đại.
Nhưng thuốc không thực sự là phát minh của con người; chúng ta chủ yếu lấy chúng khỏi vi khuẩn, những loài đã bị nhốt trong cuộc chạy đua vũ trang với nhau trong nhiều thế kỷ.
Sự tiến hóa của vi sinh vật đã tạo ra cả những phân tử chết người lẫn những thủ thuật thông minh để tránh cái chết khi các sinh vật nhỏ bé không ngừng chiến đấu để giành lấy lãnh địa và tài nguyên.
Hơn 80% thuốc kháng sinh được sử dụng trong các phòng khám ngày nay đều dựa trên những loại vũ khí chiến tranh mà các nhà khoa học gọi là “sản phẩm tự nhiên”.
Trong nhiều thập kỷ, con người khai thác các phân tử kháng sinh từ vi khuẩn và tinh chỉnh chúng để phát triển các loại thuốc mới, đi trước các biện pháp đối phó xảo quyệt của quá trình tiến hóa.
Nhưng trong thời gian gần đây, các sản phẩm tự nhiên mới ngày càng khó tìm hơn và nguồn cung thuốc kháng sinh mới đã chậm lại đến mức nhỏ giọt. Trong khi đó, các loại kháng sinh hiện có đã bị lạm dụng quá mức và tình trạng kháng thuốc đã lên đến mức nghiêm trọng.
Hầu hết các kháng sinh đều là phân tử có hoạt tín... es, và một số có thể bị ngăn chặn bằng những đột biến đơn lẻ.
Trong khi tình hình hiện tại rất tồi tệ, một nghiên cứu trên tạp chí Nature tuần này đã báo cáo một khám phá hấp dẫn không chỉ chỉ ra một phác đồ kháng sinh mới tiềm năng mà còn là một chiến lược hoàn toàn mới để một lần nữa dẫn đầu trong cuộc chạy đua vũ trang vi khuẩn.
Nghiên cứu do nhà nghiên cứu y sinh Eric Brown tại Đại học McMaster ở Ontario, Canada dẫn đầu, báo cáo việc phát hiện ra một khối lớn gen—được gọi là “megacluster”—mã hóa cho bốn phân tử dường như hoạt động đồng bộ để làm chệch hướng một con đường trao đổi chất thiết yếu duy nhất.
Steven Rutherford, một chuyên gia khoa học vi sinh vật tại Genentech, đã viết trong một bài bình luận kèm theo trên tạp chí Nature.
“Nói rộng hơn, nghiên cứu này cung cấp một lộ trình cho thấy cách khai thác bộ gen có thể được sử dụng để xác định các sản phẩm tự nhiên kháng khuẩn mới và chiến lược sử dụng chúng”. Con đường tấn công các sản phẩm của megacluster là con đường tạo ra biotin, còn được gọi là vitamin B7.
Chất dinh dưỡng này cần thiết cho sự phát triển và độc lực của nhiều mầm bệnh ở người, và cụ thể hơn, nó là một đồng yếu tố mà các enzym chuyển hóa quan trọng cần để hoạt động bình thường.
Một số vi khuẩn a có thể loại bỏ biotin từ môi trường xung quanh, nhưng nhìn chung nó rất khan hiếm và vi khuẩn chứa các con đường được bảo tồn về mặt tiến hóa để tự tạo ra nó.
Brown và các đồng nghiệp của ông đã khám phá ra một cách thú vị cụm megacluster nhắm mục tiêu biotin ở loài Streptomyces, chúng đã được nghiên cứu rất kỹ lưỡng. Streptomyces là vi khuẩn sống trong đất và được mệnh danh là mỏ vàng để phát hiện ra phân tử kháng sinh.
Nhiều sản phẩm tự nhiên đã được chiết xuất từ chúng, bao gồm cả kháng sinh streptomycin, một loại thuốc thiết yếu được phát hiện vào những năm 1940.
Mặc dù vậy, cho đến nay, siêu đám vẫn bị bỏ qua, có thể một phần là do vi khuẩn trong phòng thí nghiệm thường được nuôi cấy trong môi trường giàu chất dinh dưỡng.
Ngoài ra, khi các nhà nghiên cứu tìm kiếm loại kháng sinh mới trong bộ gen của vi khuẩn, họ sẽ quét các cụm gen sinh tổng hợp (BGC) có thể chịu trách nhiệm sản xuất các phân tử đơn lẻ.
Nhưng nhóm của Brown đã xác định được một cụm gồm bốn cụm – siêu cụm – tạo ra không chỉ một mà là bốn phân tử hoạt động theo những cách khác nhau để đi theo con đường biotin.
Nghiên cứu cẩn thận cho thấy ba trong số các cụm sản xuất ra các phân tử kháng sinh—stravidins, acidomycins, dapamycins—mỗi nhóm có tác dụng ngăn chặn một loại enzyme khác nhau trong cơ thể. con đường sinh tổng hợp biotin.
Cụm thứ tư còn lại tạo ra axit 2-methyl-7-keto-8-aminopelargonic, hay α-Me-KAPA, dường như là một phân tử giả thay thế tiền chất biotin, về cơ bản chiếm quyền điều khiển con đường để tạo ra một chất giống biotin vô dụng.
Hơn nữa, megacluster được đặt ở hai bên để mã hóa tạo ra streptavidin, một loại protein được biết là có chức năng hấp thụ và cô lập biotin. Nhìn chung, cụm siêu lớn cung cấp một cuộc vây hãm phức tạp trên một con đường thiết yếu ở nhiều vi khuẩn, bao gồm cả kẻ thù của Streptomyces.
Các thí nghiệm trong ống nghiệm và trên chuột đã xác nhận rằng các sản phẩm của megacluster có thể tiêu diệt nhiều loại vi khuẩn khác nhau và hiệu quả hơn khi sử dụng kết hợp.
Khi tình trạng kháng kháng sinh ngày càng gia tăng tại các phòng khám, các bác sĩ và nhà nghiên cứu đã phải kiểm tra xem sự kết hợp thuốc nào có thể tăng hiệu quả.
Tuy nhiên, như Rutherford đã lưu ý trong bài bình luận của mình, “Việc phát hiện ra một siêu cụm tự nhiên mã hóa việc sản xuất các chất ức chế tổng hợp biotin hiệp lực cho thấy rằng quá trình tiến hóa đã xác định được sự kết hợp hiệu quả của các chất kháng khuẩn hoạt động thông qua các cơ chế riêng biệt”.
Hơn nữa, các hệ thống hiệp đồng tiến hóa như vậy có thể khiến vi khuẩn khó hoạt động hơn. đề ra các biện pháp đối phó nên có thể ngăn chặn được sự phản kháng.
Rutherford cẩn thận lưu ý rằng có nhiều bước tiến lớn giữa phát hiện này và việc áp dụng chế độ kháng sinh mới tại các phòng khám. Điều đó bao gồm nghiên cứu cơ bản hơn, tối ưu hóa các phân tử để phân phối ở người, cũng như các thử nghiệm lâm sàng về tính an toàn và hiệu quả tốn kém và kéo dài.
Tuy nhiên, việc chuyển từ quét các BGC riêng lẻ sang “siêu cụm” là một chiến lược mới có thể tiếp thêm sinh lực cho sự phát triển sản phẩm tự nhiên.
Brown và các đồng nghiệp của ông kết luận: “Cấu trúc của siêu cụm kháng biotin cung cấp một mô hình cho các liệu pháp kết hợp tiến hóa tự nhiên, hỗ trợ sự thay đổi trong việc phát hiện kháng sinh từ việc cô lập các đợt tấn công riêng lẻ sang tái tạo lại các hệ thống hiệp đồng tự nhiên”.
“Khi các phương pháp khai thác bộ gen tiến bộ, việc xác định các cụm lớn tương tự có thể tiết lộ những con đường mới để khắc phục tình trạng kháng kháng sinh bằng cách bắt chước các chiến lược của tự nhiên.” Ars Technica đã tách tín hiệu khỏi tiếng ồn trong hơn 25 năm.
Với sự kết hợp độc đáo giữa hiểu biết về kỹ thuật và mối quan tâm sâu rộng đến nghệ thuật và khoa học công nghệ, Ars là nguồn đáng tin cậy trong biển thông tin. Rốt cuộc, bạn d không cần biết mọi thứ, chỉ cần biết những gì quan trọng.
Gợi ý thực hành:
1. Theo dõi thông báo từ cơ quan địa phương tại California.
2. Kiểm tra nguồn chính thức trước khi chia sẻ lại thông tin.