Dùng hệ miễn dịch của vi khuẩn để khiến chúng "tự tử"

Việc sử dụng quá liều thuốc kháng sinh trên người và động vật được cho là nguyên nhân chính dẫn đến sự gia tăng của các loại vi khuẩn kháng thuốc hay superbug (các vi khuẩn có khả năng kháng nhiều loại thuốc kháng sinh). Hôm nay, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một loại bomb kháng sinh thông minh có thể tập trung vào từng dòng vi khuẩn riêng biệt, qua đó mang lại một thế hệ thuốc kháng sinh mới ngăn ngừa sự đe dọa của các vi khuẩn kháng kháng sinh.

Được phát triển bởi các nhà nghiên cứu đến từ đại học Bắc Carolina (NC), kỹ thuật của họ mang lại tiềm năng về một loại vũ khí mới trong cuộc chiến chống lại các loại vi khuẩn kháng nhiều loại thuốc. Không giống như các loại kháng sinh thông thường, tiêu diệt cả vi khuẩn có lợi và có hại, phương pháp mới sẽ tập trung và tiêu diệt từng loại vi khuẩn nhất định trong khi không hề đụng chạm đến các vi khuẩn sinh lợi. Vì vậy, họ gọi đây là bomb kháng sinh thông minh.

Trong hệ miễn dịch của nhiều loại vi khuẩn thường chứa một hệ thống có tên gọi CRISPR-Cas. CRISRP viết tắt của Clustered Regualarly Interspaced Palindromic Repeats - chuỗi lặp lại đối xứng đều nhau là các chuỗi DNA được nhiều loại vi khuẩn và cố khuẩn để tự vệ. Khi vi khuẩn bị tấn công bởi các đối tượng xâm nhập bên ngoài, chẳng hạn như virus, hệ thống CRISPR-Cas sẽ tạo ra các chuỗi RNA (Acid Ribonucleic) nhỏ có tên CRISPR RNA có khả năng nhận diện cụ thể và ghép nối với các trình tự DNA của đối tượng xâm nhập. Khi CRISPR RNA tìm ra một điểm nối, chúng sẽ giải phóng các protein gọi là Cas để cắt DNA của đối tượng xâm nhập, do đó ngăn chặn lây nhiễm.

Bằng việc thiết kế các CRISPR RNA tập trung vào chuỗi DNA của chính vi khuẩn, các nhà nghiên cứu tại NC đã điều chỉnh hệ miễn dịch của vi khuẩn để chúng "tự sát".

Bác sĩ Chase Beisel - phó giáo sư hóa học và kỹ thuật sinh học phân tử tại đại học NC cho biết: "Trong phòng thí nghiệm, chúng tôi đã nhận ra rằng phương pháp này loại bỏ các vi khuẩn được tập trung. Chúng tôi vẫn cố gắng tìm hiểu rõ hơn về việc cắt DNA để loại bỏ vi khuẩn. Tuy nhiên, phương pháp cho phép tập trung vào nhiều loại vi khuẩn khác nhau và loại bỏ dễ dàng, đây là điều khích lệ chúng tôi".

Một trong những thành tựu đáng chú ý của nhóm nghiên cứu là việc họ đã tiêu diệt thành công vi khuẩn Salmonella gây bệnh tiêu chảy trên người mà không tác động đến các vi khuẩn có lợi. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng đã chứng minh khả năng tiêu diệt một chủng của một loài vi khuẩn trong khi một chủng khác của cùng một loài có đến 99% DNA giống nhau vẫn không bị ảnh hưởng.

"Bằng cách tập trung vào các đoạn DNA riêng biệt thông qua hệ thống CRISPR-Cas, chúng tôi có thể vượt qua các cơ chế cơ bản của nhiều vi khuẩn kháng kháng sinh", bác sĩ Beisel cho biết.

Hiện tại, nhóm nghiên cứu tiếp tục phát triển các phương pháp phân phối CRISPR RNA để có thể áp dụng trên các thử nghiệm lâm sàn một cách hiệu quả. Chi tiết về nghiên cứu của đại học Bắc Carolina đã vừa được đăng tải trên tạp chí trực tuyến mBio.

Từ khóa liên quan:

hệ thống CRISPR-Cas

vi khuẩn

hệ miễn dịch của vi khuẩn

bomb kháng sinh thông minh

CRISPR RNA

protetin cas

Chase Beisel