Các nhà khoa học Trường Y, Đại học Duke (Mỹ) và trường Đại học Murcia (Tây Ban Nha) vừa phát hiện ra hiện tượng các vi sinh vật có thể kháng thuốc bằng cơ chế “ức chế tạm thời” các gen đích của thuốc, hay epimutation [1] mà không cần tới các đột biến gen.
Hình ảnh cho thấy tác động của chất FK506 làm cho nấm M. circinelloides sinh trưởng như dạng nấm men (giảm độc tính) thay vì dạng hệ sợi thông thường (có độc tính cao). Nhưng khi nuôi lâu ngày hơn, nó bắt đầu sinh trưởng tạo thành dạng hệ sợi (theo [2]).
Thực tế là các đột biến biểu hiện rất kém bền vững nên các nhà nghiên cứu thường bỏ qua chúng. Cecelia Wall, một sinh viên sau ĐH và là đồng tác giả của bài báo, khi đó đang tìm kiếm các đột biến có thể giúp loài nấm gây bệnh ở người M. circinelloides kháng lại thuốc diệt nấm FK506 [3] (hay tacrolimus).
“Loài nấm này là nguyên nhân của một số bệnh nhiễm trùng mucormycosis [4], tuy hiếm nhưng nguy hiểm, thậm chí gây tử vong, đặc biệt là những người có hệ miễn dịch yếu, như bệnh nhân tiểu đường hoặc dương tính với HIV”, GS. Santiago Torres (ĐH Murcia) cho biết.
Giống như phần lớn các thí nghiệm khảo sát tính kháng thuốc, đầu tiên Wall nuôi nấm (gây bệnh) trên đĩa Petri có chứa chất diệt nấm FK506. Cô đã phát hiện ra một vài cá thể sống sót có vài nét khác biệt, chúng nhỏ hơn và sinh trưởng chậm hơn so với dòng cha mẹ. Sau đó Wall đã phân lập những dòng này và giải trình tự gen FKBP12 - là đích tấn công của FK506, nhằm tìm kiếm các đột biến có thể là nguyên nhân của sự kháng thuốc này.
Tuy nhiên, cô đã không tìm thấy bất kỳ đột biến nào. Hơn nữa, Wall phát hiện ra rằng có nhiều thể đột biến [5] “lặn”, tức là chúng trở nên thay đổi và giống với bố mẹ hơn sau khi loại bỏ thuốc diệt nấm ra khỏi môi trường nuôi cấy.
“Đây là một ví dụ về một vài thứ mà bạn có thể tìm thấy trong phòng thí nghiệm và rồi ném chúng vào sọt rác”, TS. Silvia Calo, tác giả đứng đầu của bài báo, postdoc trong nhóm của Heitman và Cardenas nói.
“Bạn tìm kiếm các đột biến trong một gen nào đó và khi bạn chả tìm thấy gì, bạn quyết định không tiếp tục nữa và tập trung vào việc khác. Nhưng chúng tôi muốn tìm hiểu xem chuyện gì đã xảy ra”.
Các nhà nghiên cứu đã tự hỏi liệu ARN can thiệp [6] (RNA interference, RNAi) có phải là nguyên nhân của hiện tượng kháng thuốc không bền vững này hay không? Dù ARN can thiệp không phải có mặt ở mọi sinh vật, nhưng nó đã được chứng minh là tồn tại ở nấm M. circinelloides [7]. Do đó, TS. Calo đã tìm kiếm sự tồn tại của các đoạn ARN ngắn trong các dòng kháng thuốc. Cô đã không tìm thấy ARN mạch ngắn trong các dòng có chứa đột biến ở gen FKBP12, nhưng lại thấy xuất hiện ở các dòng không có đột biến.
Điều quan trọng là TS. Calo đã phát hiện ra các ARN mạch ngắn này chỉ gây “câm lặng” gen FKBP12 mà không tác động đến bất cứ gen nào khác trong hệ gen. Kết quả này chứng minh rằng nấm M. circinelloides có thể tăng cường khả năng kháng thuốc bằng hai cách khác nhau: bằng các đột biến gen (bền vững) hoặc bằng các đột biến biểu hiện (kém bền vững).
Theo các nhà nghiên cứu, kết quả này đã vén bức màn bí mật về một cơ chế phân tử mới kiểm soát kiểu hình một cách linh hoạt thông qua đột biến biểu hiện dựa trên cơ chế ARN can thiệp (RNAi), từ đó gợi ý về cơ chế để tiêu diệt vi sinh vật kháng thuốc và cơ chế điều hoà bằng ARN can thiệp ở nấm và các sinh vật nhân chuẩn khác.
GS. Rosa Ruiz Vazquez, trưởng nhóm nghiên cứu Di truyền học phân tử và CNSH nấm, ĐH Murcia, cho biết: “Các dòng nấm có khả năng kháng lại chất kháng sinh nhờ cơ chế ‘gen câm lặng’ [6] để ức chế biểu hiện thông tin di truyền sử dụng chất kháng sinh đó. Đây là hiện tượng có tính hai chiều và có thể được phát hiện ở các loại nấm gây bệnh khác ở người. Phát hiện này được kỳ vọng sẽ hỗ trợ cho các nghiên cứu chế tạo thuốc trong tương lai nhằm tránh hiện tượng nhờn thuốc”.
Các nhà khoa học cho rằng các đột biến biểu hiện có thể được sinh vật sử dụng trong nhiều trường hợp khác nhau, chẳng hạn như giúp chúng thích ứng với điều kiện môi trường không thuận lợi. Mặc dù đột biến biểu hiện mới được tìm thấy ở hai loài của M. circinelloides, nhưng các nhà khoa học khác đã bắt đầu tiếp cận nhằm khảo sát đặc tính tương tự trên các họ nấm khác như Aspergillus và Neurospora.
Ghi chú
[1] Epimutation: (tạm dịch là đột biến biểu hiện) là những biến đổi trong quá trình biểu hiện của gen, làm thay đổi sản phẩm của gen, nhưng không liên quan đến thay đổi trong trình tự nucleotit của gen.
[2] Silvia Calo, Cecelia Shertz-Wall, Soo Chan Lee, Robert J. Bastidas, Francisco E. Nicolás, Joshua A. Granek, Piotr Mieczkowski, Santiago Torres-Martínez, Rosa M. Ruiz-Vázquez, Maria E. Cardenas and Joseph Heitman, 2014. Antifungal drug resistance evoked via RNAi-dependent epimutations. Nature. (published online: http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/abs/nature13575.html)
[3] FK506 là hợp chất được sử dụng để làm giảm tính mẫn cảm của hệ miễn dịch khi cấy ghép cơ quan, nhằm làm giảm phản ứng đào thải của cơ thể.
[4] Mucormycosis (hay zygomycosis) là các bệnh nhiễm trùng gây ra bởi các loài nấm thuộc bộ Mucorales, chủ yếu là các loài thuộc các họ Mucor, Rhizopus, Absidia và Cunninghamella. Nhóm bệnh này có đặc điểm chung là các sợi nấm xâm nhập và sinh trưởng ở bên trong và xung quanh mạch máu của bệnh nhân.
[5] Thể đột biến (mutant) là những cơ thể mang các đặc điểm di truyền mới do có mang đột biến. Đột biến có thể làm thay đổi trình tự các nucleotit của gen hoặc cấu trúc hay số lượng nhiễm sắc thể trong tế bào.
[6] ARN can thiệp (RNA interference, RNAi) là một cơ chế phức tạp nhằm điều hoà biểu hiện của gen ở các loài sinh vật nhân chuẩn, trong đó gen bị ức chế biểu hiện do các sản phẩm ARN thông tin (mARN) của chúng bị phân huỷ bởi các đoạn ARN ngắn có trình tự bổ sung thông qua một phức hệ gồm nhiều loại protein. Hiện tượng RNAi làm cho gen bị “câm lặng” (silence), tức là gen vẫn phiên mã bình thường nhưng không tạo ra được sản phẩm cuối cùng là protein.
Dựa theo http://www.genengnews.com và http://www.um.es
Nguồn: dantri.com.vn
1900 565656
