Tìm ra gen blaSCO-1 giúp vi khuẩn kháng thuốc

Vi khuẩn cũng tiến hóa để kháng thuốc

Kháng thuốc kháng khuẩn là một quá trình tự nhiên, trong đó vi khuẩn liên tục tiến hóa như một cơ chế phòng vệ, có được những thay đổi về mặt di truyền giúp tăng cường khả năng sống sót của chúng.

Ngoài ra, các hoạt động của con người cũng góp mặt đẩy nhanh quá trình này. Việc sử dụng quá mức và sử dụng sai thuốc kháng sinh trong chăm sóc sức khỏe, nông nghiệp và môi trường thúc đẩy vi khuẩn thay đổi về mặt di truyền theo những cách cho phép chúng sống sót sau các loại thuốc được dùng để tiêu diệt chúng.

Theo Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa dịch bệnh Hoa Kỳ (CDC) mỗi năm, có hơn 2,8 triệu ca nhiễm trùng kháng thuốc kháng sinh tại quốc gia này, dẫn đến hơn 35.000 ca tử vong và ngốn hết 4,6 tỷ USD cho chăm sóc sức khỏe. Khi thuốc kháng sinh trở nên kém hiệu quả, tình trạng kháng thuốc kháng khuẩn gây ra mối đe dọa ngày càng tăng đối với sức khỏe cộng đồng.

Trong nhiều năm, khoa học đã tập trung vào việc nghiên cứu di truyền học của vi khuẩn truyền nhiễm trong đó có việc giải trình tự gen. Giải trình tự gen là việc xác định thứ tự của các khối cấu tạo hoá học, được gọi là bazơ, tạo nên phân tử DNA. Thông qua giải trình tự gen sẽ giúp các nhà khoa học biết được trong 1 đoạn DNA cụ thể có mang loại thông tin di truyền nào đó. Ngoài ra, các dữ liệu giải trình tự gen cũng giúp làm nổi bật những thay đổi trong gen có thể gây bệnh.

Để khắc phục những thách thức này, các nhà nghiên cứu đã tích hợp giải trình tự bộ gen vào giám sát tình trạng kháng thuốc. Thông qua giải trình tự toàn bộ bộ gen, chúng ta có thể phân tích tất cả DNA trong một mẫu vi khuẩn để có được cái nhìn toàn diện về tất cả các gen hiện có - bao gồm cả những gen chịu trách nhiệm về tình trạng kháng thuốc. Với các công cụ tính toán của tin sinh học, các nhà nghiên cứu có thể xử lý hiệu quả một lượng lớn dữ liệu di truyền để cải thiện khả năng phát hiện các mối đe dọa kháng thuốc.

Mặc dù có những ưu điểm, việc tích hợp giải trình tự bộ gen vào giám sát tình trạng kháng thuốc cũng đặt ra một số thách thức riêng. Chi phí cao, đảm bảo chất lượng và tình trạng thiếu các nhà tin sinh học được đào tạo khiến việc triển khai trở nên khó khăn. Ngoài ra, tính phức tạp của việc giải thích dữ liệu bộ gen có thể hạn chế việc sử dụng dữ liệu này trong việc ra quyết định về sức khỏe cộng đồng và lâm sàng.

Việc thiết lập các tiêu chuẩn quốc tế có thể giúp giải trình tự toàn bộ bộ gen và tin sinh học trở thành một công cụ hoàn toàn đáng tin cậy để giám sát tình trạng kháng thuốc. Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) khuyến nghị các phòng thí nghiệm tuân thủ các biện pháp kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt để đảm bảo kết quả chính xác và có thể so sánh được. Điều này bao gồm việc sử dụng các công cụ tính toán đáng tin cậy, thân thiện với người dùng và cơ sở dữ liệu vi sinh vật được chia sẻ. Các chiến lược bổ sung bao gồm đầu tư vào các chương trình đào tạo và thúc đẩy sự hợp tác giữa các bệnh viện, phòng thí nghiệm nghiên cứu và trường đại học.

Kết hợp giải trình tự toàn bộ bộ gen và tin sinh học, Đại học Auburn (AU) Hoa Kỳ đã phân tích các mẫu Salmonella thu thập được từ một số loài động vật trong giai đoạn từ năm 1982 đến 1999. Kết quả phát hiện ra một gen kháng thuốc Salmonella có tên là blaSCO-1, gen này đã không được phát hiện ở vật nuôi trong nhiều thập kỷ.

Gen blaSCO-1 mang lại khả năng kháng vi khuẩn đối với một số loại kháng sinh quan trọng, bao gồm ampicillin, amoxicillin-clavulanic acid và ở một mức độ nào đó, cephalosporin và carbapenem. Những loại thuốc như cephalosporin và carbapenem dùng để điều trị nhiễm trùng ở cả người và động vật.

Gen blaSCO-1 có thể vẫn chưa được báo cáo vì hoạt động giám sát thường xuyên thường nhắm vào các gen kháng thuốc đã biết và nó có chức năng chồng chéo với các gen khác. Những khoảng trống trong chuyên môn tin sinh học cũng có thể cản trở việc xác định gen này.

Việc không phát hiện ra các gen như blaSCO-1 làm dấy lên mối lo ngại về vai trò tiềm ẩn của nó trong các trường hợp điều trị thất bại trong quá khứ. Từ năm 2015 đến năm 2018, CDC đã bắt đầu triển khai giải trình tự toàn bộ bộ gen để giám sát thường xuyên Salmonella. Các nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn này cho thấy 77% các đợt bùng phát ở nhiều tiểu bang có liên quan đến vật nuôi chứa vi khuẩn Salmonella kháng thuốc.

Giải pháp tình thế cho tình trạng kháng thuốc

Những gen bị bỏ sót này có ý nghĩa quan trọng đối với cả an toàn thực phẩm và sức khỏe cộng đồng. Các gen kháng thuốc kháng khuẩn chưa được phát hiện có thể lây lan qua động vật làm thực phẩm, các sản phẩm thực phẩm bị ô nhiễm, môi trường chế biến và nước thải nông nghiệp, cho phép vi khuẩn kháng thuốc tồn tại và lây lan sang con người. Những vi khuẩn kháng thuốc này dẫn đến các bệnh nhiễm trùng khó điều trị hơn và làm tăng nguy cơ bùng phát dịch bệnh. Hơn nữa, sự di chuyển toàn cầu của con người, gia súc và hàng hóa có nghĩa là các chủng kháng thuốc này có thể dễ dàng vượt qua biên giới, biến các đợt bùng phát cục bộ thành mối đe dọa sức khỏe toàn cầu.

Việc xác định các gen kháng thuốc mới không chỉ lấp đầy khoảng trống kiến thức quan trọng mà còn chứng minh cách tiếp cận về bộ gen và tính toán có thể giúp phát hiện các cơ chế kháng thuốc tiềm ẩn trước khi chúng gây ra các mối đe dọa trên diện rộng.