Vi khuẩn cổ đại gây bệnh phong đang đột biến "điên cuồng" đề kháng với kháng sinh

Theo một nghiên cứu mới trên tạp chí Nature Communications: Mycobacterium leprae - chủng vi khuẩn cổ gây ra bệnh phong - đang mạnh lên và cực kỳ kháng thuốc. Bộ gen của chúng đang đột biến một cách điên cuồng trong cơn hấp hối để duy trì khả năng giết người theo thời gian.

Tình trạng đáng báo động này được các nhà khoa học phát hiện từ cuộc khảo sát bộ gen của 154 loài M. leprae, thu thập từ 25 quốc gia trên thế giới. Kết quả của nó đã đưa ra một góc nhìn di truyền học hiếm thấy với loài vi khuẩn cổ xưa, bí ẩn và nguy hiểm này.

Xuất hiện và tồn tại từ thời kỳ đồ sắt (1200-600 TCN), cho đến nay, M. leprae vẫn đang gây ra 200.000 trường hợp mắc mới bệnh phong mỗi năm trên toàn thế giới, tập trung ở Nam Mỹ, Châu Phi, Nam và Đông Nam Á.

Nghiên cứu đặt dưới sự hợp tác của các nhà khoa học đến từ nhiều quốc gia, dẫn đầu bởi nhà vi trùng học Stewart Cole của Đại học Bách khoa Lausanne, Thụy Sĩ. Họ lưu ý rằng, trạng thái siêu đột biến của M. leprae "có thể tạo thuận lợi cho sự xuất hiện khả năng kháng thuốc".

Siêu đột biến khiến vi khuẩn mạnh lên, dường như trong cơn hấp hối của chính nó. Bởi vì M. leprae đã có một bộ gen ngắn, siêu đột biến "có thể gây thiệt hại và dẫn đến cái chết" của chúng. Về cơ bản, tỷ lệ đột biến cao này có thể gây tổn hại đến các gen cần thiết cho sự sống của vi khuẩn.

Một cái nhìn vào bộ gen của các chủng M. leprae trên toàn cầu là một cơ hội hiếm có, mặc cho lịch sử lâu dài của các loài vi khuẩn này với con người. M. leprae có thể đã xuất hiện để gây ra bệnh phong từ Thời đại Đồ sắt, những năm 1200-600 trước Công nguyên.

Năm 1873, bác sĩ Gerhard Henrik Armauer Hansen là người đầu tiên xác định chính xác điều này. Ông báo cáo rằng khi nhỏ nước vào các tế bào bong ra từ cơ thể người bệnh phong, một cơ số những "sinh vật hình que" chui đầy ra bên ngoài.

Những sinh vật hình hình que này chính là khuẩn M. leprae. Và quan sát của bác sĩ Hansen là lần đầu tiên trong lịch sử vi khuẩn được khẳng định liên quan đến một căn bệnh mạn tính. Khám phá của Hansen cũng khiến bệnh phong còn được đặt theo tên của chính ông, bệnh Hansen.

Một bệnh dịch phức tạp

Mặc dù vậy, cho tới hơn một thế kỷ sau, hiểu biết của con người về bệnh phong vẫn còn tương đối ít. Vi khuẩn M. leprae rất khó để nghiên cứu, do đặc tính sinh học độc đáo của nó. M. leprae phát triển chậm chạp, sống sót bên trong tế bào, và lây truyền một cách rất âm thầm.

Bởi vậy, các nhà khoa học vẫn chưa tìm ra cách để nuôi riêng chủng vi khuẩn này trong môi trường phòng thí nghiệm. Chính xác thì M. leprae gây bệnh như thế nào? Tại sao nó lại bị giết bởi một số kháng sinh. Và con đường lây nhiễm của nó vẫn là những câu hỏi cần được trả lời.

Trong khi đó, M. leprae hiện tại vẫn là mối đe dọa đến sức khoẻ cộng đồng ở Nam Mỹ, Châu Phi, Nam Á, Đông Nam Á, và Micronesia của Châu Úc. Vi khuẩn này đang gây ra khoảng 200.000 ca mắc bệnh phong mới mỗi năm.

Khi M. leprae lây nhiễm sang người, các nhà nghiên cứu biết rằng nó thường cư trú ở các tế bào thần kinh ngoại vi. Một số bằng chứng cho thấy M. leprae tái lập trình các tế bào đến một trạng thái "giống như tế bào gốc".

Nhiễm trùng dẫn đến viêm, u hạt, và sự lan truyền có hệ thống của vi khuẩn trong cơ thể bệnh nhân. Cuối cùng, bệnh nhân nhiễm M. leprae sẽ bị mất cảm giác, cơ teo và rụng dần các ngón tay, ngón chân, chi. Không được điều trị, bệnh phong có thể gây tử vong.

Cho đến nay, các nhà nghiên cứu vẫn không chắc chắn về việc vi khuẩn M. leprae gây bệnh theo cơ chế nào và làm sao nó có thể xuất hiện trong cơ thể nạn nhân. Lây truyền trực tiếp từ người sang người được cho khả năng cao nhất.

Nhưng cũng có một số chuyên gia đề nghị M. leprae lây sang người từ côn trùng và động vật. Trước đây, vi khuẩn này đã được tìm thấy trên chuột, thú có mai, sóc đỏ, và một số động vật linh trưởng không phải con người.

Trong quá khứ, cách duy nhất để các nhà khoa học có đủ lượng M. leprae cho các nghiên cứu di truyền là gây nhiễm nó trên chuột và thú có mai trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, họ vẫn sẽ phải chờ đợi một năm.

M. leprae mất 14 ngày để sinh trưởng qua một thế hệ. Trong so sánh, E. coli có thể làm điều này trong vòng 20 phút. Sự phát triển chậm, cùng với đặc điểm cư trú nội bào của M. leprae làm cho việc chiết xuất nó từ mô người trở nên vô cùng khó khăn.

Nhưng trong nghiên cứu mới này, Cole và các đồng nghiệp của ông đã giải quyết được vấn đề. Họ nghĩ ra một phương pháp tối ưu hóa để cô lập M. leprae. Bí quyết là đục một lỗ vào tế bào người, làm suy giảm DNA của chúng ta. Sau đó, Cole cố gắng làm vỡ vi khuẩn và thu thập càng nhiều DNA của chúng càng tốt.

Bằng cách này, DNA của M. leprae sẽ được thu lại mà ít lẫn DNA của chính con người.

Siêu đột biến

Nhóm nghiên cứu của Cole đã phân tích bộ gen của M. leprae từ 147 mẫu bệnh phong trên người, 6 chú sóc đỏ và một sinh vật có mai. Các mẫu này được chọn từ khắp nơi trên thế giới. Tất cả chúng đều được lấy từ các sinh vật đã mang bệnh nhiễm trùng tự nhiên.

Họ xem xét các chủng M. leprae có liên quan đến nhau như thế nào, cách mà chúng xuất hiện và những đột biến liên quan đến kháng thuốc điều trị.

Từ phân tích của mình, các nhà nghiên cứu nhận thấy các dòng M. leprae cổ nhất đến từ Đông Á. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây, cho thấy bệnh phong có nguồn gốc từ lục địa Á-Âu và lây lan dọc theo các tuyến di cư của con người vào Châu Phi và Châu Mỹ.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra 8 chủng M. leprae siêu đột biến. Những chủng vi khuẩn này có rất nhiều đột biến trong toàn bộ hệ gen.

Chúng đột biến điên cuồng đến nỗi phá vỡ một gen bình thường sẽ cho phép vi khuẩn kiểm tra và sửa lỗi DNA. Điều này giải thích tại sao số lượng đột biến của các chủng M. leprae này có thể bùng nổ.

Nhóm nghiên cứu cũng ghi nhận sự phát triển kháng kháng sinh, đặc biệt là trong một số vi khuẩn siêu đột biến. Kể từ những năm 1980, để điều trị bệnh phong, chúng ta đã phải kết hợp từ hai đến ba loại kháng sinh, điển hình là rifampicin, dapsone và clofazimine.

Mặc dù vậy, các bác sĩ còn chẳng rõ clofazimine giết chết M. leprae như thế nào. Trước năm 1980, họ đôi khi chỉ cần kê đơn với một kháng sinh duy nhất là đủ để điều trị căn bệnh này.

Đối với một số chủng M. leprae có khả năng đề kháng với ba hoặc nhiều loại thuốc kháng sinh hơn, các nhà nghiên cứu xem xét hồ sơ bệnh án của các bệnh nhân, từ đó phân lập lại được các chủng vi khuẩn này.

Nghiên cứu của họ cho thấy, trong một số trường hợp, các dòng khuẩn M. leprae đa kháng thuốc đã lây nhiễm từ bệnh nhân này sang bệnh nhân khác suốt nhiều thập kỷ. Chúng phát triển sự đề kháng với từng loại thuốc kháng sinh mới mà con người thử nghiệm.

"Tình trạng kháng thuốc là rất đáng báo động trong quá trình kiểm soát bệnh phong”, các nhà khoa học viết trong kết quả khảo sát. “Nghiên cứu mới của họ đã đào lên những đột biến hoàn toàn mới có thể làm cho vi khuẩn kháng thuốc, theo những cách chưa bao giờ được quan sát thấy.

"Các phát hiện của chúng tôi về những đột biến này... khuyến khích các thử nghiệm tiếp sau để xác định vai trò đích thực và sự đóng góp của chúng đối với sức đề kháng kháng sinh [của khuẩn M. leprae]", nghiên cứu kết luận.

Tham khảo Arstechnica