Virus Biến Đổi Gen – Vũ Khí Mới Chống Lại Siêu Vi Khuẩn Kháng Kháng Sinh

Bên trong phòng tập gym của Trung tâm y tế Charlie Norwood VA, thành phố Augusta Hoa Kỳ, Alphonso Evans đang di chuyển chiếc xe lăn của mình vào một máy tập tạ: “Tôi không quá lo lắng với nguy cơ tử vong do đau tim hoặc tiểu đường vì tôi đang tập thể dục rất thường xuyên. Tôi biết mình phải làm gì để chống lại các căn bệnh. Mọi người cứ xem những gì tôi đang ăn và thời gian tôi dành ra cho việc luyện tập thì biết. Nhưng tôi không thể làm bất cứ điều gì để chống lại nhiễm trùng. Làm thế nào để chiến đấu với những con vi khuẩn đang ở ngay trong cơ thể mà tôi tôi không thể nhìn thấy cho đến lúc đã quá muộn?”

Evans là một bệnh nhân 67 tuổi, bị liệt hoàn toàn từ ngực trở xuống và chỉ còn có thể sử dụng một phần bàn tay. Giống như nhiều bệnh nhân gặp chấn thương cột sống khác, ông rất dễ bị nhiễm trùng, đặc biệt là nhiễm trùng bàng quang. Hồi năm 2017, Evan thực sự đã phải đến trung tâm y tế Charlie Norwood VA vì những triệu chứng của căn bệnh. Nhưng sau khi các bác sĩ thăm khám cho ông, thực tế mọi thứ còn tồi tệ hơn. Evan cũng bị nhiễm trùng xương và bị viêm phổi. Cuối cùng, ông được đưa vào phòng chăm sóc đặc biệt. Evans nhớ lại: “Nó khiến tôi sợ hãi. Dù tôi không phải một người hèn nhát”

Nhiễm trùng bàng quang, giống như nhiều căn bệnh nhiễm trùng khác, đang ngày càng trở nên kháng kháng sinh. Bác sĩ Michael Priebe, trưởng khoa chấn thương tủy sống tại trung tâm y tế Charlie Norwood VA cho biết: “Chúng ta đang tiến gần đến một điểm, mà ở đó, có những sinh vật đề kháng lại được tất cả các loại kháng sinh từng được biết đến. Điều khiến tôi sợ hãi, đó là ngay từ đầu khi tham gia vào cuộc chạy đua, nó đã đưa chúng đến chỗ không thể theo kịp với kẻ thù - ở đây là những vi khuẩn kháng thuốc. Các siêu vi khuẩn chiếm thế thượng phong và chúng ta không có gì để chống lại chúng”

Vì vậy, bác sĩ Priebe đã mời Evans tham gia vào một nghiên cứu thử nghiệm, giúp ông phát triển một phương pháp khác để chống lại siêu vi khuẩn. Đây là một loại kháng sinh mới được tạo ra từ các virus đã biến đổi gen bằng công cụ CRISPR. Bác sĩ Priebe cho biết: “Những gì CRISPR có thể làm là điều mà trước đây chúng ta không thể làm được. Và đó là việc chọn lọc chính xác các gen trong virus để nhắm mục tiêu vào vi khuẩn. Nếu chúng ta thành công, điều này sẽ cách mạng hóa việc điều trị nhiễm trùng. Đây có thể là yếu tố thay đổi cuộc chơi, đưa chúng ta thoát khỏi cuộc chạy đua vũ trang với vi khuẩn kháng thuốc, và cho phép chúng ta sử dụng một cơ chế hoàn toàn khác để chống lại vi khuẩn gây bệnh đang lây nhiễm cho chúng ta”

Cách tiếp cận, được phát triển bởi Locus Bioscatics - một công ty công nghệ sinh học tại thành phố Morrisville, tiểu bang Bắc Carolina, Hoa Kỳ - có liên quan đến các virus được gọi là thể thực khuẩn.

Thể thực khuẩn là những thiên địch tự nhiên của vi khuẩn. Chúng có thể lây nhiễm và tiêu diệt vi khuẩn bằng cách sinh sản với số lượng lớn bên trong vi khuẩn, cho đến khi màng tế bào vi khuẩn không thể chứa được lượng virus và phát nổ theo đúng nghĩa đen.  Các nhà khoa học ở Locus đã tạo ra một loại thuốc gồm ba thể thực khuẩn đã được chỉnh sửa gen bằng CRISPR. Đó là kết quả của một quá trình nghiên cứu hệ thống miễn dịch của vi khuẩn.

Paul Garofolo, CEO của công ty giải thích: “Những gì chúng tôi đã học được, là làm cách nào để lập trình lại hệ thống miễn dịch đó để vi khuẩn tự bị tấn công. Chúng tôi phát triển các virus bằng các cấu trúc CRISPR, về cơ bản hoạt động giống như một Pac-Man siêu nhỏ. Chúng xâm nhập vào tế bào vi khuẩn mục tiêu, rồi ăn DNA của vi khuẩn mục tiêu đó. Chỉnh sửa gen giúp thể thực khuẩn trở thành một thợ săn vi khuẩn mạnh hơn nhiều”. Locus là một trong một số các công ty đang cố gắng sử dụng CRISPR để giải quyết các vấn đề sức khỏe. Mục tiêu của hãng là tìm ra các mã gen có thể giúp thể thực khuẩn nhắm mục tiêu chính xác vào các vi khuẩn xấu trong cơ thể, và để những vi khuẩn tốt được yên ổn.

Steffanie Strathdee, một nhà nghiên cứu thể thực khuẩn đến từ Đại học California San Diego chia sẻ: “Tôi nghĩ điều đó thực sự rất thú vị. Sử dụng kháng sinh như hiện nay là chúng ta đang điều trị nhiễm trùng bằng một phương pháp tận triệt. Nghĩa là thuốc kháng sinh không chỉ tiêu diệt vi khuẩn mà chúng ta muốn tiêu diệt, mà còn tiêu diệt cả những vi khuẩn thân thiện bên trong hệ vi sinh vật của chúng ta”

Hệ vi sinh vật bao gồm hàng nghìn tỷ vi khuẩn có lợi, cư trú trong cơ thể con người. Strathdee, tác giả cuốn sách "Thiên địch hoàn hảo", nói về phương pháp thể thực khuẩn đã cứu sống tính mạng của chồng cô khi bị nhiễm trùng kháng với tất cả các loại kháng sinh hiện có: “Một hướng đi khả thi là nuôi dưỡng hệ vi sinh - bằng cách quét sạch các vi khuẩn không lành mạnh và thúc đẩy lợi khuẩn trong hệ vi sinh phát triển”

Các nhà khoa học khác cũng đồng ý rằng chiến lược sử dụng thiên địch của vi khuẩn, chính xác là những thể thực khuẩn, rất hứa hẹn - đặc biệt là đối với mối đe dọa mà siêu vi khuẩn đang gây ra như hiện nay. Graham Hatfull, giáo sư khoa học sinh học tại Đại học Pittsburgh, chuyên gia nghiên cứu về thể thực khuẩn nói: “Tôi nghĩ đó là một cách tiếp cận hấp dẫn. Đó là một cách tiếp cận thực sự thông minh”. Ông là một trong những nhà khoa học đầu tiên sử dụng thể thực khuẩn biến đổi gen để cố gắng điều trị nhiễm trùng do các siêu vi khuẩn kháng kháng sinh gây ra.

Nhưng Hatfull vẫn lo lắng, vì theo ông, các nghiên cứu về thể thực khuẩn cho tới nay vẫn còn ở giai đoạn đầu. Chúng ta chưa hiểu hết về những con virus là thiên địch của vi khuẩn. Hatfull giải thích: “Trong một số trường hợp, sử dụng các thể thực khuẩn chỉnh sửa gen sẽ giống như cố chạy trước khi bạn có thể đi bộ. Thật khó để cải thiện điều gì đó mà không biết về cơ chế hoạt động của chính thứ mà bạn đang muốn cải thiện. Và luôn còn những nguy cơ phương pháp có thể phản tác dụng. Mối lo ngại chính hiện nay là ta có thể vô tình biến một vi khuẩn vô hại thành những loài nguy hiểm”

Bác sĩ Priebe cũng thừa nhận liệu pháp thể thực khuẩn tiềm tàng những biến chứng nguy hiểm. Đó là lý do tại sao các thử nghiệm ban đầu của ông chủ yếu nhắm vào việc đảm bảo các thể thực khuẩn chỉnh sửa gen với CRISPR là an toàn. Ông giải thích: “Chúng ta phải thực hiện mọi thứ từ từ. Chúng ta không biết mọi thứ sẽ phát triển như thế nào”

Cuối năm 2019, ông và các đồng nghiệp có kế hoạch bắt đầu truyền các hỗn hợp thuốc chứa hàng tỷ thể thực khuẩn biến đổi gen bằng CRISPR vào người các bệnh nhân như Evans, hai lần một ngày trong bảy ngày tại 6 trung tâm y tế trên khắp nước Mỹ. Nghiên cứu sẽ điều trị khoảng 30 bệnh nhân. Có 20 trong số họ sẽ nhận được hỗn hợp thuốc chứa thể thực khuẩn biến đổi gen, và 10 người còn lại chỉ được điều trị bằng giả dược.

Sau đó, các nhà nghiên cứu sẽ theo dõi các bệnh nhân và tiến hành các xét nghiệm mở rộng trong máu và nước tiểu của họ để xem phương pháp có an toàn hay không, và nó ảnh hưởng thế nào đến mức độ vi khuẩn E.coli trong đường tiết niệu của họ. Nếu thử nghiệm thành công, Locus Bioscatics có kế hoạch mở rộng các nghiên cứu hơn nữa để xem liệu pháp thể thực khuẩn của họ có thể giúp ích bao nhiêu bệnh nhân nhiễm khuẩn kháng kháng sinh.

Để chuẩn bị cho nghiên cứu dài hạn, bác sĩ Priebe đã lên kế hoạch tuyển chọn khoảng 200 bệnh nhân bị liệt, bao gồm cả Evans, để nghiên cứu quá trình vi khuẩn E. coli phát triển và trong đường tiết niệu của họ. Evans nói rằng ông sẵn sàng tình nguyện tham gia vào nghiên cứu của bác sĩ Priebe: “Tôi nghĩ đó là một ý tưởng tuyệt vời”.

Evans đã phục vụ trong quân đội trong 25 năm, từng chiến đấu ở Việt Nam, Hàn Quốc và Đức. Ông cho biết: “Thật là mỉa mai. Hai mươi lăm năm trong quân đội, tôi chưa từng bị thương. Không một lần nào”. Vậy mà một tai nạn xảy ra chỉ 2 ngày sau khi ông ấy xuất ngũ đã khiến Evans bị liệt nửa người, từ đó phải vật lộn với vô vàn vấn đề y tế, bao gồm nhiễm trùng đường tiết niệu. Khi kháng sinh không còn tác dụng, Evans hiện chỉ có thể đặt hi vọng của mình vào những nghiên cứu thể thực khuẩn như của bác sĩ Priebe.