Nghiên cứu khai thác vi rút để chống lại vi khuẩn và giảm sử dụng kháng sinh

Ngày càng có nhiều bệnh nhiễm trùng, bao gồm viêm phổi, lao, lậu và nhiễm khuẩn salmonella, đang phát triển tình trạng kháng thuốc kháng sinh, có nghĩa là chúng trở nên khó điều trị hơn, dẫn đến tỷ lệ tử vong cao hơn, thời gian nằm viện lâu hơn và chi phí cao hơn.

Liệu pháp thể thực khuẩn là khái niệm sử dụng vi rút (được gọi là thực khuẩn thể) vô hại đối với con người để tiêu diệt vi khuẩn. Liệu pháp phage có thể được sử dụng kết hợp với thuốc kháng sinh để chữa bệnh nhiễm trùng hiệu quả hơn và giảm cơ hội cho vi khuẩn phát triển khả năng kháng thuốc kháng sinh. Tuy nhiên, vi khuẩn cũng có thể tiến hóa đề kháng với các phage.

Nghiên cứu mới của Đại học Exeter, được công bố trên Tạp chí Cell Host Microbe , đã đưa ra ánh sáng mới về cách kết hợp tốt nhất thuốc kháng sinh và liệu pháp thực khuẩn. Các nhà nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm trên Pseudomonas aeruginosa, một loại vi khuẩn gây bệnh cho bệnh nhân bị suy giảm miễn dịch và bệnh xơ nang. Họ cho vi khuẩn tiếp xúc với 8 loại kháng sinh – và tìm thấy sự khác biệt trong cơ chế vi khuẩn tiến hóa đề kháng với thực khuẩn thể, điều này ảnh hưởng đến mức độ gây hại của chúng.

Virus xâm nhập vào các phân tử trên bề mặt tế bào để lây nhiễm vi khuẩn. Giống như hệ thống miễn dịch của con người, vi khuẩn có hệ thống phòng thủ CRISPR của riêng chúng, được tạo thành từ các protein chống lại nhiễm trùng. Như trong các phản ứng miễn dịch của con người, điều này có nghĩa là vi rút lây nhiễm vi khuẩn, và sau đó bị tiêu diệt. Trong quá trình này, hệ thống CRISPR của vi khuẩn học cách nhận biết và tấn công virus trong tương lai.

Tuy nhiên, vi khuẩn có lựa chọn phòng thủ thứ hai. Chúng cũng có thể thay đổi bề mặt tế bào của chính chúng để tránh nhiễm trùng, làm mất đi thụ thể mà các phage thường gắn vào. Lựa chọn này đi kèm với chi phí đối với vi khuẩn – vi khuẩn trở nên ít độc lực hơn, có nghĩa là chúng không còn gây bệnh hoặc bệnh trở nên ít nghiêm trọng hơn.

Trong nghiên cứu, bốn trong số tám loại kháng sinh được thử nghiệm đã gây ra sự gia tăng đáng kể mức độ miễn dịch dựa trên CRISPR. Tất cả các loại thuốc kháng sinh này đều có tác dụng kìm khuẩn – chúng không trực tiếp tiêu diệt tế bào mà hoạt động bằng cách làm chậm sự phát triển của tế bào.

Giáo sư Edze Westra, Đại học Exeter, cho biết; “Kháng kháng sinh là một vấn đề sức khỏe cộng đồng lớn và chúng ta cần phải có hành động nhanh chóng và khẩn cấp. Liệu pháp thực khuẩn thể là một phần quan trọng của bộ công cụ, trong việc giảm sử dụng kháng sinh và sử dụng chúng kết hợp để tăng hiệu quả. Chúng tôi nhận thấy rằng bằng cách thay đổi loại kháng sinh được sử dụng kết hợp với thể thực khuẩn, chúng ta có thể điều khiển cách vi khuẩn tiến hóa kháng thể thực khuẩn, tăng cơ hội điều trị có hiệu quả. . ”

Liệu pháp phage lần đầu tiên được sử dụng vào năm 1919, khi nhà vi sinh vật học người Paris Félix d’Hérelle đưa một ly cocktail phage cho một cậu bé 12 tuổi, dường như đã chữa khỏi bệnh kiết lỵ nghiêm trọng của cậu bé. Tuy nhiên, bất chấp những hứa hẹn ban đầu, nghiên cứu đã cạn kiệt vào những năm 40 khi thế giới bắt đầu áp dụng phương pháp chữa bệnh nhanh chóng của thuốc kháng sinh.

Giờ đây, nghiên cứu lại đang thu thập động lực như một phần của giải pháp để giảm tình trạng kháng thuốc kháng sinh. Mặc dù một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn với một số nghiên cứu điển hình đáng chú ý về liệu pháp phage hoạt động ở từng cá thể, một trở ngại đối với việc sử dụng rộng rãi hơn là vi khuẩn có thể phát triển nhanh chóng khả năng đề kháng với phage, thông qua miễn dịch CRISPR-Cas hoặc thông qua sửa đổi bề mặt của chúng.

Các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng tác dụng của thuốc kháng sinh kìm khuẩn kích hoạt miễn dịch CRISPR-Cas là kết quả của việc sao chép phage chậm hơn bên trong tế bào, giúp hệ thống CRISPR-Cas có nhiều thời gian hơn để có được khả năng miễn dịch và loại bỏ sự lây nhiễm của phage. Do đó, nghiên cứu xác định tốc độ sao chép của phage là một yếu tố quan trọng kiểm soát khả năng hệ thống CRISPR-Cas chống lại virus.

Tác giả chính, Tiến sĩ Tatiana Dimitiru, Đại học Exeter, cho biết: Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn cơ bản về những hạn chế của hệ thống miễn dịch CRISPR khi đối mặt với vi rút. Gần đây người ta đã phát hiện ra rằng nhiều hệ thống miễn dịch CRISPR-Cas có liên quan đến phản ứng của tế bào khiến vi khuẩn chậm hoặc ngừng phát triển khi nhiễm thể thực khuẩn và chúng tôi suy đoán rằng điều này có thể quan trọng đối với các tế bào để kích hoạt phản ứng miễn dịch hiệu quả.

Nghiên cứu này được tài trợ thông qua các khoản tài trợ từ Hội đồng Nghiên cứu Châu Âu trong khuôn khổ chương trình đổi mới và nghiên cứu Horizon 2020 của Liên minh Châu Âu.

>>> Sự khác biệt của tế bào não có thể là chìa khóa để học hỏi ở người và AI

Nguồn:

Tài liệu do Đại học Exeter cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.

Tham khảo Tạp chí :

1. Tatiana Dimitriu, Elena Kurilovich, Urszula Łapińska, Konstantin Severinov, Stefano Pagliara, Mark D. Szczelkun, Edze R. Westra. Thuốc kháng sinh kìm khuẩn thúc đẩy miễn dịch thích ứng CRISPR-Cas bằng cách cho phép tăng khả năng thu nhận đệm . Máy chủ di động & Microbe , 2021; DOI: 10.1016 / j.chom.2021.11.014