Hợp chất mới vô hiệu hóa enzyme DNA gyrase trong điều trị vi khuẩn kháng thuốc

Gần đây, Phys.org đưa tin một nhóm nghiên cứu quốc tế vừa phát hiện một loại hợp chất mới có cơ chế chống vi khuẩn kháng thuốc rất độc đáo.

Hiện nay, việc phụ thuộc và lạm dụng rộng rãi nhiều loại kháng sinh trong phòng ngừa và điều trị các bệnh lây nhiễm do vi khuẩn đã khiến cho các vi khuẩn gây bệnh gia tăng khả năng đề kháng trước nhiều phương thức điều trị hơn bao giờ hết. Sự trỗi dậy của vi khuẩn đa kháng thuốc làm cho số bệnh truyền nhiễm không thể chữa trị ngày càng tăng và là một trong những thách thức lớn trên toàn cầu mà chúng ta phải đối mặt.

Vi khuẩn tụ cầu vàng Staphyloccocus aureus có tính đề kháng với kháng sinh methicillin (Ảnh: NIH/NIAID)

Trong bối cảnh đó, nhóm các nhà khoa học từ trung tâm John Innes ở Vương quốc Anh và các tập đoàn dược phẩm hàng đầu như GlaxoSmithKline, Sanofi vừa báo cáo một tin vui. Đó là triển vọng về một loại hợp chất mới ngăn chặn enzyme DNA gyrase của vi khuẩn và có hoạt tính chống lại một số dòng vi khuẩn kháng thuốc trong phòng thí nghiệm.

Nghiên cứu mới được xuất bản trên Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) đã cho thấy các hợp chất mới sẽ kìm hãm DNA gyrase theo cách khác hẳn so với các loại chất ngăn chặn gyrase từ trước tới nay.

Khoa học gia Thomas Germe (ảnh) giải thích về cơ chế của hợp chất mới như sau:

Sau khi sàng lọc nhiều hợp chất, nhóm nghiên cứu đã tìm thấy Hợp chất 1 (Compound 1) có khả năng ngăn chặn DNA gyrase theo cách mới.;Hợp chất 1 sẽ gắn với một "khoang trống bản lề" ở mặt còn lại trong cấu trúc enzyme DNA gyrase để phòng ngừa enzyme này đu đưa trở lại vị trí chính xác khi thực hiện chức năng sinh học của nó.

Không dừng ở đó, nhóm nghiên cứu còn tạo ra Hợp chất 2 bằng cách thực hiện một số điều chỉnh nhỏ trong cấu trúc hóa học của Hợp chất 1 để nó gắn chặt vào vùng bản lề của enzyme DNA gyrase hơn, ngăn chặn enzyme này tốt hơn. Cả hai loại Hợp chất 1 và 2 đều phòng ngừa được sự tăng trưởng của các dòng vi khuẩn đã đề kháng lại kháng sinh fluoroquinolones trong phòng thí nghiệm.

Hiện nay, vì tính độc hại nên các công trình trên hai hợp chất 1 và 2 đã bị tạm ngưng. 

Tuy vậy, "khám phá này cũng cho thấy chúng ta có thể tiếp tục xác định các hợp chất mới khi hợp tác với ngành công nghiệp y dược và nhấn mạnh tầm quan trọng của các nỗ lực hợp tác, bao gồm cả những nỗ lực hợp tác do liên minh châu Âu EU tài trợ", theo giáo sư Tony Maxwell-trưởng nhóm dự án Hóa sinh ở trung tâm John Innes (ảnh).

Tuy nhiên, theo thời gian các vi khuẩn phát triển được khả năng đề kháng với fluoroquinolones và cũng có thể chống lại được các kháng sinh cùng loại. Vì vậy, không thể dùng fluoroquinolones và các kháng sinh cùng loại để tiếp tục chữa trị các bệnh lây nhiễm từ các dòng vi khuẩn mới có sức đề kháng cao hơn trước. Fluoroquinolones là một loại kháng sinh phổ biến và cực kỳ hiệu quả trước nay cũng nhắm vào việc ngăn chặn DNA gyrase. Cơ chế của fluoroquinolones là ngăn chặn DNA gyrase ở thời điểm nó tương tác với DNA. 

Nghiên cứu tập thể này được sự hỗ trợ của tổ hợp ENABLE, một phần trong chương trình "Các loại thuốc mới cho những con bọ mới' (New Drugs for Bad Bugs-ND4BB) của Sáng kiến Y khoa Đổi mới- Innovative Medicines Initiative được EU tài trợ.

John Innes Centre là một trung tâm độc lập có lịch sử từ năm 1910, chuyên nghiên cứu và đào tạo khoa học vi khuẩn và cây trồng ở Norwich, Norfolk, England (Anh).

Tỏa nhà John Innes Centre ở Norwich (Ảnh: Antony Kelly)

Cơ chế của enzyme DNA gyrase

DNA gyrase là một loại enzyme có khả năng làm thay đổi số lượng siêu xoắn trong cấu trúc ADN bằng cách cắt chuỗi xoắn ốc DNA, làm giảm mức siêu xoắn của nó rồi gắn khít hoàn chỉnh lại đoạn DNA bị gãy.

Theo giải thích của giáo sư Tony Maxwell, enzyme DNA gyrase được các nhà khoa học nhắm tới để làm trung gian tiêu diệt vi khuẩn vì ngăn chặn DNA gyrase sẽ khiến vi khuẩn không thể mô phỏng DNA của nó nữa.

Trong cấu trúc DNA của vi khuẩn, các nhiễm sắc thể xoắn với nhau khá chặt. Do đó, các tế bào vi khuẩn muốn mô phỏng DNA để truy cập và sao chép mã DNA thì phải tháo gỡ các trường xoắn này. Để các enzyme mô phỏng DNA truy cập được vào DNA, vi khuẩn sẽ sử dụng enzyme DNA gyrase để cắt mạch DNA, tháo xoắn rồi nối lại các đầu cắt.

Trần Huyền Linh (Tổng hợp)