Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã phát triển một phương pháp biến đổi một loại kháng sinh, sử dụng các vi sinh vật sản xuất các hợp chất này một cách tự nhiên. Phương pháp này được cho là an toàn hơn và hiệu quả hơn để sản xuất kháng sinh thế hệ tiếp theo.
Những phát hiện này, được công bố vào ngày 25 tháng 7 trên tạp chí Nature Chemistry, có thể dẫn đến việc sản xuất kháng sinh hiệu quả hơn có tác dụng chống lại vi khuẩn kháng thuốc.
Nhóm nghiên cứu bắt đầu với một vi sinh vật được lập trình di truyền để sản xuất kháng sinh erythromycin.
>> Tham khảo: Trao quyền cho người dùng để đánh giá nội dung giúp chống lại thông tin sai lệch.
Các nhà khoa học từ Viện Hóa học Hữu cơ và Sinh học Hóa học tại Đại học Goethe của Đức đã tự hỏi liệu hệ thống này có thể được biến đổi gen để kết hợp kháng sinh với một nguyên tử flo bổ sung hay không, điều này thường có thể cải thiện các đặc tính dược phẩm.
“Chúng tôi đã phân tích quá trình tổng hợp axit béo trong vài năm khi xác định được một phần protein của chuột mà chúng tôi tin rằng có thể được sử dụng để sinh tổng hợp trực tiếp các loại kháng sinh biến đổi này, nếu được thêm vào một hệ thống sinh học vốn đã có thể tạo ra hợp chất tự nhiên,” cho biết Martin Grininger, giáo sư hóa học phân tử sinh học tại Đại học Goethe.
Làm việc với phòng thí nghiệm của David Sherman tại Đại học Michigan, nơi chuyên về hệ thống lắp ráp sinh học này, nhóm đã sử dụng kỹ thuật protein để thay thế một bộ phận của bộ máy tự nhiên của hệ thống bằng gen tương tự về chức năng của chuột.
>> Tham khảo: Làm thế nào để bức xạ đi qua plasma dày đặc?
Sherman, một giảng viên tại UM Life, cho biết: “Nó giống như lấy một bộ phận động cơ của chiếc Mercedes và đặt nó vào chiếc Porsche để tạo ra một động cơ hybrid tốt hơn. Bạn sẽ có một động cơ Porsche có thể làm những điều mới và thậm chí còn hoạt động tốt hơn”. Viện Khoa học và giáo sư hóa dược tại Trường Cao đẳng Dược.
“Bây giờ chúng ta có thể tận dụng lợi thế của kỹ thuật protein này để tạo ra các hợp chất mới có nguyên tử flo rất mong muốn này, mà các nhà hóa học đã đấu tranh để thêm vào kháng sinh macrolide trong một thời gian dài.”
Nguyên nhân khiến nguyên tử flo được thêm vào này rất được ưa chuộng là vì nó không chỉ thay đổi cấu trúc của sản phẩm cuối cùng mà còn thay đổi khả năng tiêu diệt vi khuẩn và hoạt động an toàn ở bệnh nhân của sản phẩm.
Erythromycin hoạt động bằng cách liên kết và ngăn chặn hoạt động của ribosome vi khuẩn, điều cần thiết để vi khuẩn tồn tại. Một số vi khuẩn đã phát triển các cách để ngăn chặn sự liên kết này, khiến chúng kháng lại việc điều trị bằng kháng sinh. Việc thay đổi cấu trúc của kháng sinh bằng một nguyên tử flo sẽ vượt qua lợi thế tiến hóa đó, khôi phục khả năng chống lại vi khuẩn của hợp chất.
>> Tham khảo: Mối quan hệ giữa khu vực con người sinh sống và sự tích tụ hạt vi nhựa ở các dòng sông.
Mặc dù các nhà hóa học đã phát triển các phương pháp bổ sung flo tổng hợp, nhưng quá trình này rất khó khăn và đòi hỏi phải sử dụng các thuốc thử hóa học độc hại. Phương pháp sinh tổng hợp mới do các nhà nghiên cứu từ Đại học Goethe và U-M phát triển đã vượt qua những thách thức đó.
“Đó là một bước phát triển rất thú vị, bởi vì chúng ta có thể bỏ qua tất cả các bước tổng hợp tốn thời gian và các hóa chất nguy hiểm,” Sherman nói. “Chúng tôi đã chỉ ra rằng về cơ bản chúng tôi có thể lập trình lại một sinh vật để trực tiếp tạo ra sản phẩm flo hóa.”
Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng các hợp chất flo hóa vẫn còn vài năm nữa mới có sẵn trong phòng khám. Nhưng những phát hiện này đưa ra một con đường hiệu quả hơn để phát triển các loại kháng sinh mới, thậm chí cả thuốc chống vi rút và thuốc chống ung thư.
Grininger cho biết: “Phương pháp của chúng tôi đã được chứng minh là thành công đối với một nhóm kháng sinh nhỏ, nhưng cuối cùng nó có thể được sử dụng để phát triển nhiều loại dược phẩm với việc sử dụng tối thiểu các hóa chất độc hại và sản phẩm phụ”.
>> Tham khảo: Các nhà nghiên cứu đề xuất khuôn khổ mới để điều chỉnh cây trồng biến đổi gen.
Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Quỹ Volkswagen, chương trình LOEWE của bang Hessen và Viện Y tế Quốc gia.
Các tác giả nghiên cứu khác là: Alexander Rittner, Mirko Joppe, Lara Maria Mayer, Simon Reiners, Elia Heid và Dietmar Herzberg thuộc Viện Khoa học Đời sống Phân tử Buchmann, Đại học Goethe Frankfurt, Đức; và Jennifer Schmidt của Viện Khoa học Đời sống Đại học Michigan.
