Kháng sinh có thể diệt vi khuẩn, nhưng cũng có thể trở thành bữa ăn của chúng

Vi khuẩn tiết ra các enzyme cắt nhỏ phân tử kháng sinh và tiêu hóa chúng để lấy năng lượng.


Vi khuẩn có rất nhiều cách chống lại thuốc kháng sinh, thứ mà con người dùng để giết chúng. Một số có khả năng bơm thuốc ra khỏi cơ thể. Số khác ngụy trang các bộ phận dễ bị tổn thương của chúng bằng một lớp phủ bảo vệ. Một số vi khuẩn thậm chí còn ăn kháng sinh, biến những loại thuốc chúng ta dùng để đầu độc chúng thành một bữa tiệc buffet với nhau.


Mặc dù đó là một cơn ác mộng, các nhà khoa học nảy ra ý tưởng lợi dụng những con vi khuẩn ăn kháng sinh để dọn sạch dư lượng thuốc mà con người thải ra môi trường.



Chúng ta dùng kháng sinh diệt vi khuẩn, nhưng chúng lại coi đó là bữa ăn

Chúng ta dùng kháng sinh diệt vi khuẩn, nhưng chúng lại coi đó là bữa ăn


Các chất kháng sinh đầu tiên được tìm thấy từ sinh vật sống trong đất. Chúng ta biết vi khuẩn và nấm mốc liên tục tranh giành không gian sống có thức ăn để tồn tại. Vì vậy, một số loài nấm mốc đã tiến hóa để tiết ra các hóa chất nhằm giết bớt vi khuẩn xung quanh mình.


Năm 1928, Alexander Fleming là người đầu tiên phát hiện ra một trong những phân tử này, ông gọi nó là kháng sinh penicillin.


Nhưng trong một thế giới đầy rẫy sự cạnh tranh, những con vi khuẩn cũng biết mình phải tiến hóa nếu muốn tồn tại. Vậy là một số vi khuẩn bắt đầu học được cách phòng thủ để chống lại kháng sinh. Chúng không chỉ phân giải được các độc chất từng giết chết mình, một số loài còn ăn được kháng sinh và biến nó thành nguồn nhiên liệu để tồn tại.


Khoa học chưa thực sự hiểu bằng cách nào mà những con vi khuẩn có thể làm được điều này. Nhà vi sinh vật học Daria Van Tyne tại Đại học Harvard cho biết, đó vẫn là một bí ẩn


Săn tìm những con vi khuẩn ăn kháng sinh


Tại Đại học Washington, Gautam Dantas và các cộng sự đang muốn tìm hiểu xem những con vi khuẩn chống lại kháng sinh bằng cách nào. Bởi vậy, họ đã sưu tập những chủng vi khuẩn sống trong đất từ nhiều nơi trên khắp nước Mỹ.


“Bố và mẹ vợ tôi sống ở Minnesota. Họ đã gửi cho chúng tôi một ít đất”, ông nói. "Chúng tôi cũng có một số mẫu đất ở Pennsylvania và tranh thủ thu thập một số mẫu khác khi leo núi ở Massachusetts".


Sau khi có được một tập hợp các mẫu đất, Dantas đặt chúng vào những đĩa petri – loại đĩa nông được dùng để nuôi vi khuẩn. Thông thường, các nhà khoa học khác sẽ cho những con vi khuẩn của mình ăn đường hoặc axit amin (các tiểu khối xây dựng lên protein).


Nhưng Dantas thì không, ông thả vào tất cả những đĩa petri một thứ duy nhất: penicillin. Những con vi khuẩn có hai lựa chọn: hoặc là ăn độc chất vào cơ thể mình hoặc là chết đói. Vậy là một số vi khuẩn buộc phải ăn và tìm cách tiêu hóa penicillin.


Các nhà khoa học phân lập những con vi khuẩn này ra khỏi xác của những vi khuẩn đã chết khác, rồi tiếp tục nuôi chúng bằng một liều penicillin cao hơn.



Nấm mốc trên quả cam bên trái tiết ra kháng sinh, nhưng vi khuẩn có thể ăn được chúng

Nấm mốc trên quả cam bên trái tiết ra kháng sinh, nhưng vi khuẩn có thể ăn được chúng


Mặc dù một số vi khuẩn có thể ăn kháng sinh để sống, nhưng chúng không thích điều đó lắm. Penicillin không phải món khoái khẩu của vi khuẩn. Khi chỉ ăn kháng sinh, những con vi khuẩn đều chậm lớn và “suy dinh dưỡng”. Chúng chỉ lớn bằng một nửa đến một phần ba kích thước bình thường.


Bằng cách ép những con vi khuẩn ăn penicillin, Dantas và nhóm của ông đã tìm được 4 chủng có thể ăn kháng sinh để tồn tại. Tiếp đó, họ đã phân tích gen của những con vi khuẩn này, xem xét những hóa chất mà chúng tạo ra. Cuối cùng, Dantas đã tìm ra được những gen chỉ dẫn giúp cho vi khuẩn có thể cắt và ăn phân tử penicillin.


Làm thế nào để ăn một con sư tử ... hoặc một phân tử kháng sinh?


Penicillin thuộc nhóm kháng sinh được gọi là beta-lactam. Tên gọi xuất phát từ cấu trúc hóa học ở giữa phân tử của nó, được gọi là vòng beta-lactam. Vòng này có ba nguyên tử carbon và một nguyên tử nitơ. Phần còn lại của kháng sinh treo xung quanh vòng này theo mọi hướng.


Vòng beta-lactam là phần nguy hiểm nhất của kháng sinh đối với vi khuẩn. Vòng này cho phép kháng sinh đâm xuyên và phá vỡ thành tế bào của chúng. Tế bào chất và các bào quan sẽ rò rỉ qua thành tế bào dẫn đến cái chết của vi khuẩn.


Để có thể biến một độc chất thành thức ăn, vi khuẩn cần làm ba bước chính. Đầu tiên, nó phải đập vỡ được vòng beta-lactam penicillin. Những con vi khuẩn làm được điều này nhờ một enzyme, loại phân tử xúc tác làm tăng tốc phản ứng hóa học.


Enzyme này được gọi là beta-lactamase, nó sẽ khiến vòng beta-lactam đang kín trở thành hở. Bây giờ kháng sinh không còn có thể thực hiện công việc của mình nữa.



Phần màu đỏ chính là vòng beta-lactam, vũ khí để kháng sinh chống lai vi khuẩn

Phần màu đỏ chính là vòng beta-lactam, vũ khí để kháng sinh chống lai vi khuẩn


Sau khi vô hiệu hóa được chức năng của kháng sinh, vi khuẩn tìm cách ăn nó. Vấn đề là ngay cả khi vòng beta-lactam đã vỡ, phân tử kháng sinh vẫn quá lớn để vi khuẩn có thể nuốt được. Nó phải tìm cách cắt penicillin ra thành những mảnh nhỏ hơn.


"Cứ cho rằng bạn muốn cắt một con sư tử ra làm đôi", Dantas nói. Nếu bạn cắt nó ở giữa, giữa hai chân trước và sau, bạn sẽ nhận được hai nửa. "Nhưng chúng không phải là hai nửa giống hệt nhau", ông lưu ý. "Bạn đã có một nửa trước và một nửa sau. Điều này cho bạn hai lựa chọn: Bạn có thể ăn phần đầu hoặc phần đuôi”.


Đối với một chủng vi khuẩn cố gắng cắt một phân tử kháng sinh (thay vì một con sư tử), nó sẽ sử dụng một loại enzyme gọi là amidase. Amidase tách phân tử penicillin thành hai nửa, cũng là một nửa trước và một nửa sau.


Cuối cùng, vi khuẩn chọn ăn phần đuôi của kháng sinh. Dantas và nhóm của ông đã xác định một nhóm 15 enzyme mà vi khuẩn dùng để nhai phần sau của phân tử penicillin, biến nó thành nhiên liệu mà tế bào có thể sử dụng. "Chúng thực sự thích ăn phần đuôi của con sư tử", Dantas nói.


Để chứng minh những điều này thực sự làm cho vi khuẩn có thể biến kháng sinh thành thức ăn, Dantas và nhóm nghiên cứu đã cấy gen tạo ra các enzyme thiết yếu kể trên và gắn chúng vào một loại vi khuẩn khác.


Họ sử dụng E. coli, một loại vi khuẩn phổ biến thường chết khi phải đối mặt với một liều kháng sinh mạnh. Nhưng sau khi được gắn cho các gen mới, E. coli đã thực sự ăn được penicillin.


Dantas và các cộng sự đã công bố phát hiện của họ trên tạp chí Nature Chemical Biology.


Nhìn vào cơ hội


Vi khuẩn có thể biến kháng sinh thành một bữa tiệc, đó là một cơn ác mộng đối với nhiều người. Nhưng Dantas lại nhìn thấy ở đó một cơ hội thực sự.


"Một vấn đề với thuốc kháng sinh là chúng ta đang có xu hướng lạm dụng chúng", ông lưu ý. Càng sử dụng nhiều kháng sinh, chúng ta càng thải ra môi trường nhiều chất thải kháng sinh.


Dư lượng kháng sinh có ngay trong nước tiểu của người bệnh, chúng chảy sẽ vào cống rãnh, đi ra sông suối. Các loài động vật như bò hoặc vật nuôi khác các vật nuôi khác từng được điều trị bằng kháng sinh cũng có thể để lại dư lượng kháng sinh vào môi trường.


Trước thực trạng này, chúng ta cần tìm cách để trung hòa những loại thuốc đó, Dantas giải thích. Các vi khuẩn ăn kháng sinh có thể trở thành một giải pháp khả thi.



Vi khuẩn kháng kháng sinh có thể trở thành một giải pháp làm sạch môi trường, nhưng nó cũng có rất nhiều rủi ro

Vi khuẩn kháng kháng sinh có thể trở thành một giải pháp làm sạch môi trường, nhưng nó cũng có rất nhiều rủi ro


Thật thú vị mỗi khi nghĩ đến việc sử dụng những vi khuẩn này để làm giảm dư lượng kháng sinh mà con người thải vào môi trường”, Van Tyne nói. Nhưng cô cảnh báo, các nhà khoa học sẽ phải rất cẩn thận. Vi khuẩn thích trao đổi gen với nhau.


Đưa một loại vi khuẩn biến đổi gen để ăn được kháng sinh vào môi trường có thể dẫn đến một thảm họa. Tại sao lại vậy? Một số vi khuẩn nguy hiểm có thể ăn cắp các gen cần thiết, giúp chúng học được cách ăn các loại kháng sinh chúng ta dùng để tiêu diệt chúng.


Dantas đồng ý rằng điều quan trọng nhất là ông phải cẩn thận. Một hướng nghiên cứu an toàn hơn là chỉ sử dụng các enzyme phân giải kháng sinh, thay vì đưa chúng vào vi khuẩn. Việc tìm ra một phương pháp hay một thứ gì đó có thể giải quyết dư lượng kháng sinh trong môi trường có rất nhiều tiềm năng. Nhưng cũng có những rủi ro để cân nhắc, xem liệu chúng ta có nên làm điều đó hay không, Dantas nói.


Tham khảo Sciencenewsforstudents


Đoạn video 3 giây ghi lại cảnh vi khuẩn ăn DNA để có thể tiến hóa thành chủng kháng kháng sinh







Khang sinh co the diet vi khuan, nhung cung co the tro thanh bua an cua chung


Vi khuan tiet ra cac enzyme cat nho phan tu khang sinh va tieu hoa chung de lay nang luong.


Vi khuan co rat nhieu cach chong lai thuoc khang sinh, thu ma con nguoi dung de giet chung. Mot so co kha nang bom thuoc ra khoi co the. So khac nguy trang cac bo phan de bi ton thuong cua chung bang mot lop phu bao ve. Mot so vi khuan tham chi con an khang sinh, bien nhung loai thuoc chung ta dung de dau doc chung thanh mot bua tiec buffet voi nhau.


Mac du do la mot con ac mong, cac nha khoa hoc nay ra y tuong loi dung nhung con vi khuan an khang sinh de don sach du luong thuoc ma con nguoi thai ra moi truong.



Chung ta dung khang sinh diet vi khuan, nhung chung lai coi do la bua an

Chung ta dung khang sinh diet vi khuan, nhung chung lai coi do la bua an


Cac chat khang sinh dau tien duoc tim thay tu sinh vat song trong dat. Chung ta biet vi khuan va nam moc lien tuc tranh gianh khong gian song co thuc an de ton tai. Vi vay, mot so loai nam moc da tien hoa de tiet ra cac hoa chat nham giet bot vi khuan xung quanh minh.


Nam 1928, Alexander Fleming la nguoi dau tien phat hien ra mot trong nhung phan tu nay, ong goi no la khang sinh penicillin.


Nhung trong mot the gioi day ray su canh tranh, nhung con vi khuan cung biet minh phai tien hoa neu muon ton tai. Vay la mot so vi khuan bat dau hoc duoc cach phong thu de chong lai khang sinh. Chung khong chi phan giai duoc cac doc chat tung giet chet minh, mot so loai con an duoc khang sinh va bien no thanh nguon nhien lieu de ton tai.


Khoa hoc chua thuc su hieu bang cach nao ma nhung con vi khuan co the lam duoc dieu nay. Nha vi sinh vat hoc Daria Van Tyne tai Dai hoc Harvard cho biet, do van la mot bi an


San tim nhung con vi khuan an khang sinh


Tai Dai hoc Washington, Gautam Dantas va cac cong su dang muon tim hieu xem nhung con vi khuan chong lai khang sinh bang cach nao. Boi vay, ho da suu tap nhung chung vi khuan song trong dat tu nhieu noi tren khap nuoc My.


“Bo va me vo toi song o Minnesota. Ho da gui cho chung toi mot it dat”, ong noi. "Chung toi cung co mot so mau dat o Pennsylvania va tranh thu thu thap mot so mau khac khi leo nui o Massachusetts".


Sau khi co duoc mot tap hop cac mau dat, Dantas dat chung vao nhung dia petri – loai dia nong duoc dung de nuoi vi khuan. Thong thuong, cac nha khoa hoc khac se cho nhung con vi khuan cua minh an duong hoac axit amin (cac tieu khoi xay dung len protein).


Nhung Dantas thi khong, ong tha vao tat ca nhung dia petri mot thu duy nhat: penicillin. Nhung con vi khuan co hai lua chon: hoac la an doc chat vao co the minh hoac la chet doi. Vay la mot so vi khuan buoc phai an va tim cach tieu hoa penicillin.


Cac nha khoa hoc phan lap nhung con vi khuan nay ra khoi xac cua nhung vi khuan da chet khac, roi tiep tuc nuoi chung bang mot lieu penicillin cao hon.



Nam moc tren qua cam ben trai tiet ra khang sinh, nhung vi khuan co the an duoc chung

Nam moc tren qua cam ben trai tiet ra khang sinh, nhung vi khuan co the an duoc chung


Mac du mot so vi khuan co the an khang sinh de song, nhung chung khong thich dieu do lam. Penicillin khong phai mon khoai khau cua vi khuan. Khi chi an khang sinh, nhung con vi khuan deu cham lon va “suy dinh duong”. Chung chi lon bang mot nua den mot phan ba kich thuoc binh thuong.


Bang cach ep nhung con vi khuan an penicillin, Dantas va nhom cua ong da tim duoc 4 chung co the an khang sinh de ton tai. Tiep do, ho da phan tich gen cua nhung con vi khuan nay, xem xet nhung hoa chat ma chung tao ra. Cuoi cung, Dantas da tim ra duoc nhung gen chi dan giup cho vi khuan co the cat va an phan tu penicillin.


Lam the nao de an mot con su tu ... hoac mot phan tu khang sinh?


Penicillin thuoc nhom khang sinh duoc goi la beta-lactam. Ten goi xuat phat tu cau truc hoa hoc o giua phan tu cua no, duoc goi la vong beta-lactam. Vong nay co ba nguyen tu carbon va mot nguyen tu nito. Phan con lai cua khang sinh treo xung quanh vong nay theo moi huong.


Vong beta-lactam la phan nguy hiem nhat cua khang sinh doi voi vi khuan. Vong nay cho phep khang sinh dam xuyen va pha vo thanh te bao cua chung. Te bao chat va cac bao quan se ro ri qua thanh te bao dan den cai chet cua vi khuan.


De co the bien mot doc chat thanh thuc an, vi khuan can lam ba buoc chinh. Dau tien, no phai dap vo duoc vong beta-lactam penicillin. Nhung con vi khuan lam duoc dieu nay nho mot enzyme, loai phan tu xuc tac lam tang toc phan ung hoa hoc.


Enzyme nay duoc goi la beta-lactamase, no se khien vong beta-lactam dang kin tro thanh ho. Bay gio khang sinh khong con co the thuc hien cong viec cua minh nua.



Phan mau do chinh la vong beta-lactam, vu khi de khang sinh chong lai vi khuan

Phan mau do chinh la vong beta-lactam, vu khi de khang sinh chong lai vi khuan


Sau khi vo hieu hoa duoc chuc nang cua khang sinh, vi khuan tim cach an no. Van de la ngay ca khi vong beta-lactam da vo, phan tu khang sinh van qua lon de vi khuan co the nuot duoc. No phai tim cach cat penicillin ra thanh nhung manh nho hon.


"Cu cho rang ban muon cat mot con su tu ra lam doi", Dantas noi. Neu ban cat no o giua, giua hai chan truoc va sau, ban se nhan duoc hai nua. "Nhung chung khong phai la hai nua giong het nhau", ong luu y. "Ban da co mot nua truoc va mot nua sau. Dieu nay cho ban hai lua chon: Ban co the an phan dau hoac phan duoi”.


Doi voi mot chung vi khuan co gang cat mot phan tu khang sinh (thay vi mot con su tu), no se su dung mot loai enzyme goi la amidase. Amidase tach phan tu penicillin thanh hai nua, cung la mot nua truoc va mot nua sau.


Cuoi cung, vi khuan chon an phan duoi cua khang sinh. Dantas va nhom cua ong da xac dinh mot nhom 15 enzyme ma vi khuan dung de nhai phan sau cua phan tu penicillin, bien no thanh nhien lieu ma te bao co the su dung. "Chung thuc su thich an phan duoi cua con su tu", Dantas noi.


De chung minh nhung dieu nay thuc su lam cho vi khuan co the bien khang sinh thanh thuc an, Dantas va nhom nghien cuu da cay gen tao ra cac enzyme thiet yeu ke tren va gan chung vao mot loai vi khuan khac.


Ho su dung E. coli, mot loai vi khuan pho bien thuong chet khi phai doi mat voi mot lieu khang sinh manh. Nhung sau khi duoc gan cho cac gen moi, E. coli da thuc su an duoc penicillin.


Dantas va cac cong su da cong bo phat hien cua ho tren tap chi Nature Chemical Biology.


Nhin vao co hoi


Vi khuan co the bien khang sinh thanh mot bua tiec, do la mot con ac mong doi voi nhieu nguoi. Nhung Dantas lai nhin thay o do mot co hoi thuc su.


"Mot van de voi thuoc khang sinh la chung ta dang co xu huong lam dung chung", ong luu y. Cang su dung nhieu khang sinh, chung ta cang thai ra moi truong nhieu chat thai khang sinh.


Du luong khang sinh co ngay trong nuoc tieu cua nguoi benh, chung chay se vao cong ranh, di ra song suoi. Cac loai dong vat nhu bo hoac vat nuoi khac cac vat nuoi khac tung duoc dieu tri bang khang sinh cung co the de lai du luong khang sinh vao moi truong.


Truoc thuc trang nay, chung ta can tim cach de trung hoa nhung loai thuoc do, Dantas giai thich. Cac vi khuan an khang sinh co the tro thanh mot giai phap kha thi.



Vi khuan khang khang sinh co the tro thanh mot giai phap lam sach moi truong, nhung no cung co rat nhieu rui ro

Vi khuan khang khang sinh co the tro thanh mot giai phap lam sach moi truong, nhung no cung co rat nhieu rui ro


That thu vi moi khi nghi den viec su dung nhung vi khuan nay de lam giam du luong khang sinh ma con nguoi thai vao moi truong”, Van Tyne noi. Nhung co canh bao, cac nha khoa hoc se phai rat can than. Vi khuan thich trao doi gen voi nhau.


Dua mot loai vi khuan bien doi gen de an duoc khang sinh vao moi truong co the dan den mot tham hoa. Tai sao lai vay? Mot so vi khuan nguy hiem co the an cap cac gen can thiet, giup chung hoc duoc cach an cac loai khang sinh chung ta dung de tieu diet chung.


Dantas dong y rang dieu quan trong nhat la ong phai can than. Mot huong nghien cuu an toan hon la chi su dung cac enzyme phan giai khang sinh, thay vi dua chung vao vi khuan. Viec tim ra mot phuong phap hay mot thu gi do co the giai quyet du luong khang sinh trong moi truong co rat nhieu tiem nang. Nhung cung co nhung rui ro de can nhac, xem lieu chung ta co nen lam dieu do hay khong, Dantas noi.


Tham khao Sciencenewsforstudents


Doan video 3 giay ghi lai canh vi khuan an DNA de co the tien hoa thanh chung khang khang sinh

Kháng sinh có thể diệt vi khuẩn, nhưng cũng có thể trở thành bữa ăn của chúng

Vi khuẩn tiết ra các enzyme cắt nhỏ phân tử kháng sinh và tiêu hóa chúng để lấy năng lượng.
Giới thiệu cho bạn bè
  • gplus
  • pinterest

Bình luận

Đăng bình luận

Đánh giá