Khoa học đang nghiên cứu lịch sử kháng kháng sinh của vi khuẩn trong hàng triệu năm, trước cả khi khủng long xuất hiện

Vi khuẩn kháng kháng sinh đã xuất hiện trên Trái Đất từ hàng tỷ năm trước. Khi các loài vi khuẩn hoặc nấm cạnh tranh không gian sống, chúng sẽ tiết ra chất kháng sinh để tiêu diệt lẫn nhau.

Nếu không muốn  bị tiêu diệt, các vi khuẩn khác sẽ phải phát triển gen kháng kháng sinh để chống lại. Cuộc chiến giữa kháng sinh và vi khuẩn kháng kháng sinh có thể đã diễn ra từ rất rất lâu, trước khi Alexander Fleming phát hiện ra penicillin và biến chúng thành những viên thần dược.

Lý thuyết là vậy, nhưng chúng ta có bằng chứng nào để khẳng định điều đó hay không?

Khoa học đang nghiên cứu lịch sử kháng kháng sinh của vi khuẩn trong hàng triệu năm, trước cả khi khủng long xuất hiện

Trích xuất lịch sử từ bộ gen vi khuẩn

Mới đây, một nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature Microbiology đã nhìn ngược lại phả hệ 350-500 triệu năm của một số loài vi khuẩn. Các nhà khoa học cho biết họ đã dựng lại được lịch sử kháng kháng sinh glycopeptide qua hàng thiên niên kỷ.

Glycopeptide là một lớp thuốc kháng sinh quan trọng bao gồm vancomycin và teicoplanin. Đó là những loại thuốc được Tổ chức Y tế thế giới liệt vào hàng thiết yếu, có thể được sử dụng trong những trường hợp kháng kháng sinh mạnh đã làm nhiều loại thuốc thông thường mất tác dụng.

Nhìn lại lịch sử tiến hóa qua hàng triệu năm của vi khuẩn sẽ giúp chúng ta hiểu chúng hơn trong cuộc chiến sinh tồn của giống loài. Hiện nay, ngày càng có nhiều vi khuẩn phát triển để kháng được glycopeptide nói riêng và toàn bộ các loại kháng sinh nói chung mà con người hiện có.

"Các kết quả chúng tôi phát hiện được từ nghiên cứu này sẽ cung cấp một góc nhìn có giá trị, giúp xem xét cuộc khủng hoảng kháng sinh đang diễn ra hiện nay", nhà hóa sinh Nicholas Waglechner đến từ Đại học McMaster, Canada cho biết.

Quá trình theo dõi glycopeptide qua hàng triệu năm thực sự không dễ dàng.

Như nhóm nghiên cứu nhấn mạnh trong bài báo của họ, kháng sinh glycopeptide được tiết ra từ một loài vi khuẩn sống trong đất có tên là Actinobacteria. Để theo dõi quá trình tổng hợp glycopeptide xuyên suốt lịch sử tiến hóa của chúng, các nhà nghiên cứu đã phải nhìn vào các cụm gen sinh tổng hợp (BGC).

BGC là các tập hợp có thể chứa cả các gen sản xuất glycopeptide, điều chỉnh chúng tiến hóa và cả các gen kháng thuốc. Nhưng đó không phải là một mục tiêu dễ dàng, BGC có thể điều chỉnh vi khuẩn tiết ra nhiều hợp chất hóa học khác nhau, mỗi gen có thể có cây gia đình riêng của chúng.

"Trích xuất lịch sử này từ các trình tự bộ gen rất khó khăn, vì các thành phần riêng lẻ còn lại của các cụm gen này rất khác nhau, và mỗi thành phần có thể có một quỹ đạo tiến hóa khác nhau", nhóm nghiên cứu viết.

Kháng kháng sinh là bản chất của vi khuẩn, khi chúng cần cạnh tranh sinh tồn với các loài vi khuẩn và nấm khác

Biết người biết ta trăm trận trăm thắng

Cho đến nay, công trình của Đại học McMaster là một trong số ít các nghiên cứu sử dụng BGC để xem xét việc sản xuất kháng sinh và các kịch bản kháng kháng sinh đã tiến hóa như thế nào. Một số quá trình sinh tổng hợp được tìm thấy trong vi khuẩn có thể được khai thác để điều chế các loại thuốc kháng sinh mới trong tương lai.

Thật vậy, trong nghiên cứu của mình các nhà khoa học phát hiện tính kháng glycopeptide đã xuất hiện ở Actinobacteria cùng thời điểm với các gen chịu trách nhiệm sản xuất kháng sinh dạng tổ tiên của vancomycin. Tất cả quá trình này đã diễn ra từ khoảng 350 đến 500 triệu năm trước.

"Đối với vi khuẩn, việc tiết ra các hợp chất này là rất hữu ích, ngay cả ở thời điểm trước khi khủng long xuất hiện trên hành tinh. Kháng kháng sinh là một phương tiện để vi khuẩn tự bảo vệ chúng", Waglechner nói.

"Trong vài thập kỷ gần đây, việc lạm dụng vancomycin trong thời hiện đại - cho mục đích y học và nông nghiệp - đã khiến gen kháng thuốc di chuyển từ những vi khuẩn vô hại sang vi khuẩn gây bệnh".

Đặt điều này vào bối cảnh tiến hóa xuyên suốt của các gen kháng thuốc trong vi khuẩn có thể giúp chúng ta dự đoán được hướng tiến hóa của chúng trong tương lai, từ đó, đón đầu và sản xuất ra các loại thuốc mà vi khuẩn không kịp kháng lại.

Manh mối từ quá trình tiến hóa xuyên suốt hàng triệu năm của vi khuẩn có thể giúp chúng ta khám phá ra những chiến lược đánh bại hệ thống phòng thủ của chúng.

Tuy nhiên, công việc sẽ phải được tiến hành càng sớm càng tốt. Tốc độ kháng kháng sinh trên toàn cầu vẫn đang gia tăng. Vi khuẩn kháng thuốc đã được tìm thấy ở mọi nơi trên Trái Đất, thậm chí cả ngoài không gian vũ trụ.

Mặc dù vậy, với các nghiên cứu tương tự như thế này chúng ta vẫn còn hi vọng. Các nhà khoa học đang làm mọi thứ để phát triển các loại thuốc kháng sinh thế hệ tiếp theo, cho dù đó là tìm kiếm các các hợp chất mới trong vi khuẩn đất, vi khuẩn lây nhiễm côn trùng hay kết hợp các loại thuốc hiện có với nhau theo những tỷ lệ mới.

"Phát hiện của chúng tôi rất đáng quan tâm", nhà hóa sinh Gerry Wright, tác giả nghiên cứu mới đến từ Đại học McMaster, Canada cho biết. "Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy một số đường hướng khả thi trong cách chúng ta quản lý kháng sinh và tìm ra loại thuốc mới chống lại nhiễm trùng".

Các manh mối từ quá trình tiến hóa xuyên suốt hàng triệu năm của vi khuẩn có thể giúp chúng ta khám phá ra những chiến lược đánh bại hệ thống phòng thủ của chúng, từ đó giải quyết vấn đề kháng kháng sinh trước khi quá muộn.

Tham khảo Sciencealert