Để có những lựa chọn thuốc bền vững, giá cả phải chăng hơn chúng ta có ngày nay, loại thuốc mà chúng ta dùng để điều trị huyết áp cao, đau hoặc mất trí nhớ một ngày nào đó có thể đến từ vi khuẩn biến đổi gen, được nuôi cấy trong thùng như sữa chua.
Và nhờ một công cụ vi khuẩn mới được phát triển bởi các nhà khoa học tại Đại học Texas ở Austin, quá trình cải thiện việc sản xuất thuốc trong tế bào vi khuẩn có thể đến sớm hơn chúng ta nghĩ.
>> Tham khảo: AI biến tín hiệu điện tâm đồ của đồng hồ thông minh thành công cụ chẩn đoán bệnh suy tim.
Trong nhiều thập kỷ, các nhà nghiên cứu đã tìm cách làm cho việc sản xuất thuốc trở nên hợp lý và bền vững hơn so với các quy trình hiện tại của các nhà sản xuất dược phẩm, nhiều trong số đó phụ thuộc vào cây trồng hoặc dầu mỏ.
Sử dụng vi khuẩn đã được đề xuất như một giải pháp thay thế hữu cơ tốt, nhưng việc phát hiện và tối ưu hóa việc sản xuất các phân tử trị liệu là rất khó và tốn thời gian, đòi hỏi nhiều tháng liền.
Trong một bài báo mới ra tuần này trên tạp chí Nature Chemical Biology, nhóm UT Austin giới thiệu một hệ thống cảm biến sinh học, có nguồn gốc từ vi khuẩn E. coli, có thể được điều chỉnh để phát hiện tất cả các loại hợp chất trị liệu một cách chính xác và chỉ trong vài giờ.
Andrew Ellington, giáo sư khoa học sinh học phân tử và là tác giả tương ứng của bài báo cho biết: “Chúng tôi đang tìm cách cung cấp cho vi khuẩn ‘các giác quan’, tương tự như các thụ thể khứu giác hoặc thụ thể vị giác, và sử dụng chúng để phát hiện các hợp chất khác nhau mà chúng có thể tạo ra.
>> Tham khảo: Chuyển đổi giữa các kết cấu spin tôpô khác nhau.
Nhiều loại thuốc chúng ta sử dụng được sản xuất với các thành phần chiết xuất từ thực vật (ví dụ như morphine, thuốc giảm đau gây nghiện có nguồn gốc từ hoa anh túc, hoặc galantamine, một loại thuốc điều trị chứng mất trí nhớ có nguồn gốc từ hoa thủy tiên vàng).
Chiết xuất thuốc từ những cây này rất phức tạp và tốn nhiều tài nguyên, đòi hỏi nước và diện tích để trồng trọt. Chuỗi cung ứng dễ bị gián đoạn. Và mùa màng có thể bị thiệt hại do lũ lụt, hỏa hoạn và hạn hán. Việc tạo ra các thành phần trị liệu tương tự bằng cách sử dụng hóa học tổng hợp cũng gây ra nhiều vấn đề, vì quá trình này phụ thuộc vào dầu mỏ và các sản phẩm từ dầu mỏ gây lãng phí và tốn kém.
Nhập vi khuẩn khiêm tốn, một sự thay thế rẻ tiền, hiệu quả và bền vững. Mã di truyền của vi khuẩn có thể dễ dàng bị thao túng để trở thành nhà máy sản xuất thuốc.
Trong một quá trình gọi là sinh tổng hợp, các hệ thống sinh học của vi khuẩn được khai thác để tạo ra các phân tử cụ thể như một phần của quá trình tế bào tự nhiên. Và vi khuẩn có thể tái tạo với tốc độ cao. Tất cả những gì họ cần để làm công việc là đường.
>> Tham khảo: Tai nạn tàu container là mối đe dọa đang nổi lên đối với hệ sinh thái biển.
Thật không may, các nhà sản xuất không có cách nào để phân tích nhanh chóng các chủng vi khuẩn biến đổi gen khác nhau để xác định những chủng có khả năng sản xuất số lượng thuốc mong muốn với số lượng thương mại — cho đến tận bây giờ.
Việc phân tích chính xác hàng ngàn chủng đã được thiết kế trên đường đến một nhà sản xuất tốt có thể mất vài tuần hoặc vài tháng với công nghệ hiện tại, nhưng chỉ một ngày với các cảm biến sinh học mới.
Simon d’Oelsnitz, một nhà khoa học nghiên cứu tại Khoa Khoa học Sinh học Phân tử và là tác giả đầu tiên của bài báo cho biết: “Hiện tại không có cảm biến sinh học cho hầu hết các chất chuyển hóa của thực vật”. “Với kỹ thuật này, có thể tạo ra các cảm biến sinh học cho nhiều loại thuốc.”
Cảm biến sinh học được phát triển bởi d’Oelsnitz, Ellington và các đồng nghiệp xác định nhanh chóng và chính xác số lượng của một phân tử nhất định mà một dòng vi khuẩn đang tạo ra.
Nhóm nghiên cứu đã phát triển cảm biến sinh học cho một số loại thuốc phổ biến, chẳng hạn như thuốc giảm ho và thuốc giãn mạch, được sử dụng để điều trị chứng co thắt cơ. Hình ảnh phân tử của các cảm biến sinh học được chụp bởi các nhà tinh thể học tia X Wantae Kim và Yan Jessie Zhang cho thấy chính xác cách chúng bám chặt vào thuốc đối tác của mình.
>> Tham khảo: Nghiên cứu cho thấy xử lý đất bằng ethanol bảo vệ thực vật khỏi hạn hán.
Khi cảm biến sinh học phát hiện ra thuốc, nó sẽ phát sáng. Ngoài ra, nhóm đã thiết kế vi khuẩn của riêng họ để tạo ra một hợp chất có trong một số loại thuốc được FDA chấp thuận và sử dụng cảm biến sinh học để phân tích đầu ra sản phẩm, về bản chất là chỉ ra cách ngành công nghiệp có thể áp dụng cảm biến sinh học để nhanh chóng tối ưu hóa quá trình sản xuất hóa chất.
“Mặc dù đây không phải là cảm biến sinh học đầu tiên,” d’Oelsnitz nói, “kỹ thuật này cho phép chúng được phát triển nhanh hơn và hiệu quả hơn. Đổi lại, điều đó mở ra cơ hội cho nhiều loại thuốc được sản xuất bằng phương pháp sinh tổng hợp.”
