Vi khuẩn đang chết hấp thụ chất kháng sinh ở một liều lượng lớn, tạo điều kiện cho các tế bào khác sống sót và sinh trưởng
Vi khuẩn có nhiều chiến lược để sống sót được trước chất kháng sinh: biến đổi yếu tố di truyền để có gen kháng thuốc; tự làm chậm quá trình sinh trưởng; hoặc ẩn mình trong nội bào tử. Kết quả mới từ các nhà nghiên cứu tại Đại học Princeton và Đại học bang California-Northridge (CSUN) đã làm sáng tỏ một cách tiếp cận khác. Trong một quần thể vi khuẩn E.coli được xử lý với một phân tử kháng khuẩn đặc biệt, các nhà nghiên cứu nhận thấy, một số tế bào sắp chết hấp thụ một lượng lớn kháng sinh, cho phép các tế bào bên cạnh của chúng tồn tại và tiếp tục phát triển.
Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một phiên bản đã được sửa đổi của chất kháng sinh quan tâm, phát huỳnh quang màu xanh lục. Chất kháng sinh này là LL37, một loại phân tử peptide kháng khuẩn (AMP) được sản xuất tự nhiên bởi da người, đường hô hấp và các cơ quan khác thường xuyên tiếp xúc với vi khuẩn từ thế giới bên ngoài.
Một đặc điểm nổi bật trong cơ chế kháng sinh của AMP là sự phụ thuộc vào các tương tác vật lý. Cấu trúc của các AMP đều có hai motif chung: một motif tích điện dương cho phép chúng bám vào vi khuẩn do tương tác với màng tích điện âm, trong khi không bám vào màng tế bào nhân thực do màng trung hòa về điện; motif còn lại lưỡng tính cho phép AMP có thể thâm nhập lớp lipid kép trong màng.
Theo dõi các chuyển động của phân tử phát sáng trong một quần thể vi khuẩn, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng một số tế bào E.coli về cơ bản hoạt động như một tấm bia đỡ đạn – hy sinh bản thân trước sự tấn công bằng kháng sinh trong khi các tế bào khác tiếp tục phát triển và nhân lên. Đáng ngạc nhiên là các tế bào chết hấp thụ và giữ lại các peptide kháng khuẩn khi chết, khiến kháng sinh kém hiệu quả.
Mặc dù chúng ta hiểu biết chi tiết về tương tác của AMP với màng, chúng ta không có một bức tranh đầy đủ về động học của AMP trong một quần thể tế bào. Chúng ta vẫn cần phải xác định mức độ mà ở đó các tương tác vật lý của AMP có thể phá vỡ các quá trình sinh học trong vi khuẩn và mức độ mà khi đó lực tĩnh điện có thể điều hành sự thẩm thấu và sự phân rã AMP ở các tế bào khác nhau.
Andrej Košmrlj, trợ lý giáo sư về kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ tại Princeton, đồng hướng dẫn đề tài này, đã hợp tác với nhóm CSUN để phát triển một mô hình toán học để giải thích đầy đủ hơn về hiện tượng này và hỗ trợ nghiên cứu thêm.
Mô hình mô tả động lực học của các quần thể vi khuẩn phải chịu các nồng độ kháng khuẩn khác nhau, cho thấy các tế bào chết thu giữ phân tử nguy hiểm như thế nào và dự đoán sự phát triển chậm lại của các tế bào sống sót – các tính toán được thực hiện bởi các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm của Sattar Taheri-Araghi, trợ lý giáo sư vật lý tại CSUN và đồng tác giả của nghiên cứu cùng với Košmrlj.
“Mô hình đưa đến một lời giải thích trên cơ sở vật lý cho hiện tượng này,” ông Košmrlj nói. Chúng tôi đã có một quan sát đáng ngạc nhiên rằng nồng độ ức chế cần thiết của các peptide kháng khuẩn phụ thuộc vào số lượng vi khuẩn, và mô hình của chúng tôi có thể giải thích tại sao điều này xảy ra.”
Mặc dù đã quan sát được hiện tượng này, các câu hỏi vẫn còn đó, về những gì đang xảy ra ở cấp độ phân tử, Taheri-Araghi nói. “Nghiên cứu này mở ra rất nhiều câu hỏi chưa từng được hỏi trước đây. Phát hiện của chúng tôi có ý nghĩa lớn đối với sự tiến hóa của vi khuẩn – những sinh vật đã tồn tại hàng tỷ năm – cũng như trong y học để thiết kế và quản lý các loại kháng sinh mới.
Các nhà nghiên cứu đã báo cáo kết quả của họ trong một bài báo được công bố vào ngày 18 tháng 12 năm 2018, trên eLife.
Tham khảo:
- Snoussi, M., Talledo, J. P., Del Rosario, N. A., Ha, B. Y., Kosmrlj, A., & Taheri-Araghi, S. (2018). Heterogeneous Absorption of Antimicrobial Peptide LL37 in Escherichia coli Cells Enhances Population Survivability. bioRxiv, 313536.
Theo: tapchisinhhoc.com
