'Hồi sinh' vũ khí diệt khuẩn 160 triệu năm tuổi từ thời khủng long

HOÀNG THI

Từ dữ liệu gene hiện đại, các nhà khoa học đã tái dựng những phân tử kháng khuẩn có nguồn gốc từ thời khủng long, và phát hiện một số phiên bản cổ có khả năng diệt vi khuẩn mạnh.

Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Oregon (Mỹ) vừa "hồi sinh" những phiên bản cổ xưa của một protein miễn khuẩn ở động vật có vú, với mốc tiến hóa có thể lùi về khoảng 160 triệu năm trước. Mục tiêu là tìm hiểu liệu những "vũ khí" mà tổ tiên động vật từng sử dụng có thể gợi mở cách đối phó vi khuẩn kháng thuốc hiện nay hay không.

Công trình vừa được công bố trên tạp chí PLOS Biology, do nghiên cứu sinh Titas Sil cùng các cộng sự thực hiện dưới sự dẫn dắt của giáo sư Matthew Barber, nhà sinh học tiến hóa tại Đại học Oregon.

Nhóm tập trung vào lactoferrin, một protein có trong sữa, nước mắt, nước bọt và nhiều dịch tiết của động vật có vú. Lactoferrin vốn được biết đến với khả năng giữ sắt, khiến vi khuẩn khó tiếp cận nguồn dinh dưỡng cần thiết để phát triển.

Ẩn bên trong protein này còn có một đoạn nhỏ gọi là lactoferricin, một peptide có thể trực tiếp tấn công màng tế bào vi khuẩn.

Để "hồi sinh" những phiên bản đã biến mất từ hàng chục đến hàng trăm triệu năm trước, các nhà khoa học không lấy protein từ hóa thạch. Họ so sánh trình tự gene lactoferrin của nhiều loài động vật có vú đang sống, dựng lại cây tiến hóa rồi sử dụng các mô hình tính toán để suy ngược trình tự của những tổ tiên chung.

Những trình tự được dự đoán sau đó được tổng hợp thành peptide thật trong phòng thí nghiệm.

Một số phiên bản được tái dựng có nguồn gốc tiến hóa khoảng 160 triệu năm trước, thời điểm tổ tiên xa xưa của động vật có vú còn cùng tồn tại với khủng long.

Nhóm nghiên cứu đem các peptide này thử với nhiều loại vi khuẩn gây bệnh, gồm Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, E. coli và các vi khuẩn thuộc nhóm Streptococcus.

Kết quả cho thấy các phiên bản rất cổ đã có khả năng làm tổn thương màng vi khuẩn. Qua hàng triệu năm tiến hóa, lactoferricin tiếp tục thay đổi, tích lũy thêm những đặc điểm giúp nó bám vào và phá vỡ màng tế bào hiệu quả hơn.

Đáng chú ý, một số peptide cổ được tái dựng từ các giai đoạn tiến hóa muộn hơn lại diệt một số vi khuẩn mạnh hơn phiên bản hiện đại trong thử nghiệm phòng thí nghiệm.

Các nhà khoa học còn phát hiện chỉ cần thay đổi một axit amin ở một vị trí nhất định cũng có thể làm hoạt tính kháng khuẩn tăng rõ rệt.

Từ phòng thí nghiệm đến vi khuẩn kháng thuốc

Theo giáo sư Barber, tiến hóa trong hàng triệu năm về cơ bản đã tạo ra và "thử nghiệm" vô số biến thể của cùng một phân tử. Lần ngược lịch sử có thể giúp khoa học tìm thấy những cấu trúc từng hoạt động rất hiệu quả nhưng đã biến mất ở các loài hiện đại.

Tuy nhiên, khoảng cách từ một peptide diệt khuẩn tốt trong ống nghiệm đến một loại thuốc mới vẫn còn rất xa.

Các thí nghiệm hiện chủ yếu được thực hiện ở cấp độ phân tử và trong ống nghiệm, chưa chứng minh khả năng điều trị nhiễm khuẩn trên động vật hay con người. Peptide kháng khuẩn cũng có nhược điểm lớn là dễ bị các enzyme trong cơ thể phân giải, khiến chúng khó tồn tại đủ lâu để phát huy tác dụng.

Nhóm Đại học Oregon vì vậy đang tiếp tục tìm cách cải thiện độ bền và hiểu rõ hơn cách những peptide này tương tác với vi khuẩn.

MIT tạo 'bo mạch sống' từ vi khuẩn, biết truyền tín hiệu và làm phép tính

Những cụm vi khuẩn được Đại học MIT (Mỹ) sắp xếp thành một 'bo mạch sống', có thể truyền tín hiệu, xử lý thông tin và thực hiện các phép tính logic cơ bản.