VINACHEM

Trước mối đe dọa luôn rình rập của ngày càng nhiều các loại mầm bệnh kháng thuốc, các nhà khoa học đang hướng đến những nguồn nguên liệu tự nhiên và các hệ sinh thái chưa khai thác trong thiên nhiên để tìm kiếm các hợp chất kháng sinh mới.

Trong những thập niên qua, những nỗ lực phát hiện các thành phần hoạt tính tự nhiên cho dược phẩm đã tập trung vào vi khuẩn đất. Ví dụ, các loại khuẩn hình roi sống trong đất đang giúp sản xuất gần 2/3 các loại thuốc kháng sinh tự nhiên được sử dụng ngày nay. Nhưng đến nay thì những nguồn khai thác mạnh này có vẻ như đang cạn kiệt.

Vì vậy, các nhà khoa đang tìm cách khai thác các hệ sinh thái mới trong thiên nhiêm. Nhờ những tiến bộ trong kỹ thuật giải trình tự gen, các sản phẩm tự nhiên mới với các tính chất diệt khuẩn đang được tìm kiếm từ những nguồn ngày càng rộng hơn, từ côn trùng và cây trồng cho đến các sinh vật nằm sâu dưới đáy biển.

Hệ sinh thái trên cây

Các nhà khoa học tại Viện công nghệ liên bang Thụy Sĩ (ETH) đã chuyển trọng tâm nghiên cứu đến những phần nằm trên mặt đất của cây trồng. Đặc biệt, lá cây là môi trường sống tương đối nghèo dinh dưỡng của nhiều loại vi khuẩn đa dạng. Chất kháng sinh có thể là một trong những chiến lược mà vi khuẩn sử dụng để tương tác và cạnh tranh giành chất dinh dưỡng.

Trong nghiên cứu năm 2018, các nhà khoa học học Viện ETH đã khảo sát hơn 200 dòng vi khuẩn sống trên lá cây Arabidopis thailana, một loại cây nhỏ thuộc họ cải. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện 725 tương tác phân tử giữa các dòng vi khuẩn khác nhau, trong một số trường hợp những tương tác này ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn. Họ đã công bố kết quả về macrobrevin – một hợp chất có hoạt tính kháng sinh với cấu trúc hóa học trước đó chưa được biết, do đó vi khuẩn Brevibacillus tạo ra. Các nhà khoa học cũng đang tập trung khảo sát một số hợp chất khác mà học mới phát hiện, đây là những hợp chất bền và có hoạt tính chống một số mầm bênh quan trọng.

Ngoài vi khuẩn trên lá cây, các nhà khoa học Viện ETH còn khảo sát các môi trường và sinh vật trước đây chưa được nghiên cứu kỹ, ví dụ quần thể sinh vật trên bọt biển, các vi khuẩn biển khác và quần thể vi sinh vật ở rễ cây.

Vi khuẩn trên côn trùng

Côn trùng là một nguồn nguyên liệu phong phú khác, 50% tất cả các loài sinh vật trên Trái đất – khoảng hơn 1 triệu – là côn trùng. Đây là nguồn tiềm năng cho các hợp chất kháng sinh mới mà cho đến nay chưa được khai thác.

Đầu năm 2019, các nhà nghiên cứu Mỹ đã công bố kế hoạch khảo sát vi khuẩn từ hơn 1400 loại công trùng. Đây là nghiên cứu lớn nhất đánh giá hoạt tính kháng sinh của vi khuẩn liên quan đến côn trùng. Tổng cộng, đã có hơn 10.000 vi khuẩn của côn trùng được thử nghiệm. Các nhà nghiên cứu đã thực hiện 50.000 thử nghiệm nhằm kiểm tra khả năng khống chế sự phát triển đối với 24 loại vi khuẩn và nấm.

Những lý thuyết sinh học cho rằng, các loại côn trùng có cuộc sống xã hội như ong, mối và kiến thường mang theo các tác nhân diệt khuẩn, vì cuộc sống trong các quần thể chất chội khiến cho chúng phải đối mặt với rủi ro cao là dễ bị nhiễm bệnh, tương tự như con người sống ở các thành phố lớn.

Tuy nhiên, cho đến nay chưa có bằng chứng chứng minh cụ thể cho những lý thuyết như vậy, vì các nhà khoa học thiếu phương pháp đáng tin cậy để lấy mẫu các hợp chất diệt khuẩn do côn trung tạo ra. Với mục đích thay đổi tình hình đó, một nhóm các nhà nghiên cứu tại các trường đại học ở Mỹ và Đan Mạch đã hợp tác nghiên cứu lảm ra bộ xét nghiệm mới. Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm tính chất diệt khuẩn liên quan đến 20 loài kiến. Họ sử dụng dung môi để loại bỏ tất các chất trên bề mặt cơ thể từng con kiến, sau đó đưa dung dịch thu được vào môi trường chứa vi khuẩn. Cuối cùng, họ so sánh sự tăng trưởng của những vi khuần này so với nhóm đối chứng để xác định xem những tác nhân diệt khuẩn nào có tác dụng.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, tuy một nửa các loài kiến mà các nhà khoa học đã thử nghiệm, hoàn toàn không tạo ra chất diệt khuẩn, nhưng một số loài sống trong quần thể nhỏ, ví dụ như kiến lửa sa mạc, tạo ra các hợp chất diệt khuẩn mạnh.

Những phát hiện trên đã mở ra một số hướng nghiên cứu tìm kiếm thuốc kháng sinh mới. Bộ xét nghiệm đã được thử nghiệm cho phép các nhà khoa học thu hẹp phạm vi khảo sát những loài kiến có khả năng sản xuất các chất diệt khuẩn đáng chú ý. Họ dự định sẽ chuyển những kết quả nghiên cứu này cho các nhà hóa học để sản xuất những hợp chất mới.

Hiện tại, các nhà khoa học cũng đang khảo sát một số loài kiến có khả năng nuôi vi khuẩn để ngăn ngừa mầm bệnh tấn công cơ thể chúng. Một số loài kiến khác có thể sản xuất các chất diệt khuẩn và sử dụng theo các chính xác hơn, không cần phủ lên toàn bộ cơ thể hoặc ổ của chúng.

Dược phẩm từ đáy biển

Hiện nay, công cuộc tìm kiếm các chất kháng sinh mới cũng tiếp tục đi sâu hơn xuống đáy biển. Biển sâu là hệ sinh thái tương đối ít được khai thác với nguồn các hợp chất có triển vọng lớn, ví dụ tác nhân kháng sinh marinomycin A.

Marinomycin A là chất kháng sinh tiềm năng, có khả năng chống lại bệnh truyền nhiễm do Staphylococcus aureus kháng methicillin (MRSA) và Enterococcus faecium kháng vancomycin. Nhưng hợp chất này được chiết xuất từ một loài vi khuẩn sống lâu dưới nước biển và nhạy cảm với ánh sáng đến mức cấu trúc polyme mỏng manh của nó vỡ vụn trong vòng chưa đầy 2 phút khi chịu tác động trực tiếp của tia UV, vì cậy không thể sử dụng trong các ứng dụng lầm sàng thông thường.

Đầu năm 2019, một nhóm các nhà hóa học đã tìm ra cách chuyển đổi marinomycin A thành dược phẩm có thể sử dụng. Giải pháp đối với tính nhạy ánh sáng của hóa chất này là phấn hoa. Các nhà khoa học tại Đại học Hoàng gia Canada đã sử dụng phấn hoa như một loại kem chống nắng cho marinomycin A. Sau khi được bọc phấn hoa, marinomycin A trở nên bền vững trong 7 giờ được chiếu trực tiếp tia UV, tức là mạnh hơn nhiều ánh sáng mặt trời bình thường.

Với kết quả đó, triển vọng sản xuất dược phẩm từ marinomycin A đã tăng mạnh. Các nhà khoa học hy vọng kết quả thu được sẽ giúp họ nhận được kinh phí tài trợ để tiếp tục nghiên cứu, trước tiên là thử nghiệm marinomycin A bọc phấn hoa ở các mô hình động vật.

TN

Theo Chemistry & Industry, 12/2019