Luân trùng có thể sản xuất kháng sinh?

STNN - Theo nghiên cứu mới của nhóm nghiên cứu từ Đại học Oxford, Đại học Stirling và Phòng thí nghiệm sinh học biển Woods Hole (MBL), một nhóm động vật nước ngọt nhỏ tự bảo vệ mình khỏi bị nhiễm trùng bằng cách sử dụng các công thức kháng sinh “bị đánh cắp” từ vi khuẩn. Chúng là luân trùng bdelloid.

• Khai thác vi khuẩn để loại bỏ các chất ô nhiễm trong nhà

Những sinh vật nhỏ bé này được gọi là luân trùng bdelloid, có nghĩa là 'động vật có bánh xe bò'. Chúng có đầu, miệng, ruột, cơ bắp và dây thần kinh như những loài động vật khác, mặc dù chúng nhỏ hơn bề rộng của một sợi tóc.

Nghiên cứu cho thấy, khi những luân trùng này tiếp xúc với tình trạng nhiễm nấm, chúng sẽ kích hoạt hàng trăm gen mà chúng thu được từ vi khuẩn và các vi khuẩn khác. Một số gen này tạo ra vũ khí kháng thuốc, chẳng hạn như thuốc kháng sinh và các chất chống vi trùng khác ở luân trùng. Nhóm nghiên cứu báo cáo phát hiện của mình trong tuần này trên tạp chí Nature Communications.

Tác giả chính của nghiên cứu Chris Wilson của Đại học Oxford cho biết: “Khi chúng tôi dịch mã DNA để xem các gen bị đánh cắp đang làm gì, chúng tôi đã rất ngạc nhiên. Các gen chính các chất hóa học mà chúng tôi không nghĩ động vật có thể tạo ra - chúng trông giống như công thức tạo ra thuốc kháng sinh."

Nghiên cứu trước đây cho thấy luân trùng đã thu thập DNA từ môi trường xung quanh trong hàng triệu năm, nhưng nghiên cứu mới này là nghiên cứu đầu tiên phát hiện ra chúng sử dụng những gen này để chống lại bệnh tật. Không có loài động vật nào khác được biết là có khả năng "đánh cắp" gen từ vi khuẩn trên quy mô lớn như vậy.

Đồng tác giả nghiên cứu David Mark Welch, nhà khoa học cao cấp và Giám đốc Trung tâm Josephine Bay Paul cho biết: “Những gen phức tạp này, một số gen không được tìm thấy ở bất kỳ loài động vật nào khác được lấy từ vi khuẩn nhưng đã trải qua quá trình tiến hóa ở luân trùng. Điều này làm tăng khả năng luân trùng đang sản xuất ra các loại thuốc chống vi trùng mới có thể ít độc hại hơn đối với động vật, bao gồm cả con người, so với những loại chúng ta phát triển từ vi khuẩn và nấm."

Bí quyết tự vệ

Thuốc kháng sinh rất cần thiết cho việc chăm sóc sức khỏe hiện đại, nhưng hầu hết chúng đều không được các nhà khoa học phát minh ra. Thay vào đó, chúng được sản xuất tự nhiên bởi nấm và vi khuẩn trong tự nhiên và con người có thể tạo ra các phiên bản nhân tạo để sử dụng làm thuốc. Nghiên cứu mới cho thấy luân trùng có thể đang làm điều gì đó tương tự.

Wilson giải thích: “Những sinh vật nhỏ kỳ lạ này đã sao chép DNA cho vi khuẩn biết cách tạo ra thuốc kháng sinh. Chúng tôi đã quan sát chúng sử dụng một trong những gen này để chống lại căn bệnh do nấm gây ra và những con vật sống sót sau khi bị nhiễm trùng đã tạo ra công thức hóa học nhiều gấp 10 lần so với những con đã chết, cho thấy rằng nó giúp ngăn chặn căn bệnh này."

Các nhà khoa học cho rằng luân trùng có thể mang lại manh mối quan trọng trong việc tìm kiếm thuốc điều trị các bệnh nhiễm trùng ở người do vi khuẩn hoặc nấm gây ra.

Thuốc kháng sinh đang trở nên kém hiệu quả hơn vì các vi khuẩn gây bệnh đã tiến hóa để trở nên nhờn thuốc và không còn đáp ứng với điều trị. Tổ chức Y tế Thế giới (WTO) gần đây đã gióng lên hồi chuông cảnh báo trong một báo cáo tháng 6 về “nhu cầu cấp thiết” phải phát triển các loại kháng sinh mới để chống lại nguy cơ kháng thuốc.

Tác giả nghiên cứu Reuben Nowell của Đại học Stirling cho biết: “Các công thức mà luân trùng đang sử dụng trông khác với các gen đã biết ở vi khuẩn. Chúng dài và phức tạp như vậy, nhưng các phần của mã DNA đã thay đổi. Chúng tôi cho rằng công thức đã bị thay đổi bởi quá trình tiến hóa để tạo ra các hóa chất mới và khác biệt trong luân trùng. Điều đó thật thú vị vì nó có thể gợi ý những ý tưởng cho tương lai các loại thuốc."

Các gen mà luân trùng thu được từ vi khuẩn mã hóa một loại enzyme đặc biệt có chức năng tập hợp các axit amin thành các phân tử nhỏ gọi là peptide không ribosome.

Đồng tác giả nghiên cứu Irina Arkhipova ở MBL, nhà khoa học cao cấp tại Viện nghiên cứu cho biết: “Giai đoạn tiếp theo của nghiên cứu này sẽ liên quan đến việc xác định nhiều peptide tổng hợp không phải ribosome được tạo ra bởi luân trùng bdelloid và thiết lập các điều kiện để có thể tạo ra quá trình tổng hợp các hợp chất này”.

Một vấn đề với việc phát triển các loại thuốc mới là nhiều hóa chất kháng sinh do vi khuẩn và nấm tạo ra đều độc hại hoặc có tác dụng phụ ở động vật. Chỉ một số ít có thể được biến thành phương pháp điều trị giúp loại bỏ vi khuẩn có hại khỏi cơ thể con người. Nếu luân trùng đã tạo ra các hóa chất tương tự trong tế bào của chúng, chúng có thể dẫn đến các loại thuốc an toàn hơn để sử dụng ở các động vật khác, bao gồm cả con người.

Tại sao luân trùng lại có nhiều gen ngoại lai đến vậy?

Một câu hỏi lớn là tại sao luân trùng là loài động vật duy nhất mượn những gen hữu ích này từ vi khuẩn với tỷ lệ cao như vậy.

Tim Barraclough, đồng tác giả nghiên cứu từ Đại học Oxford, cho biết: “Chúng tôi nghĩ rằng nó có thể liên quan đến một sự thật kỳ lạ khác về những con luân trùng này. Không giống như các loài động vật khác, chúng tôi không bao giờ nhìn thấy luân trùng đực. Luân trùng mẹ đẻ trứng và nở thành bản sao di truyền của chính chúng mà không cần quan hệ hay thụ tinh."

Theo một lý thuyết, những động vật sao chép bản thân như thế này có thể trở nên giống nhau đến mức bắt đầu suy thoái. Barraclough giải thích: “Nếu một cá thể mắc bệnh thì những cá thể còn lại cũng vậy. Bởi vì luân trùng bdelloid không có quan hệ, điều này cho phép các gen của bố mẹ tái tổ hợp theo những cách có lợi, bộ gen của luân trùng mẹ được chuyển trực tiếp sang con cái mà không tạo ra bất kỳ biến thể mới nào.

Barraclough cho biết: "Nếu luân trùng không tìm cách thay đổi gen, chúng có thể bị tuyệt chủng. Điều này có thể giúp giải thích tại sao những luân trùng này lại mượn rất nhiều gen từ nơi khác, đặc biệt là bất kỳ gen nào giúp chúng đối phó với nhiễm trùng".

Nowell cho rằng còn nhiều điều cần học hỏi từ luân trùng và DNA bị đánh cắp của chúng. "Luân trùng đã sử dụng hàng trăm gen chưa từng thấy ở các loài động vật khác. Công thức kháng sinh rất thú vị và một số gen khác thậm chí trông giống như được lấy từ thực vật. Những phát hiện này là một phần của câu chuyện đang ngày càng gia tăng về cách thức và lý do gen di chuyển giữa các dạng sống khác nhau," ông nói.

Sinh Luân (theo Sciencedaily)