Sử dụng phage trong điều trị kháng kháng sinh

Bài tiểu luận
Sử dụng phage trong điều trị nhiễm khuẩn kháng kháng sinh



Tình hình sử dụng kháng sinh trên thế giới



Hiện nay, việc sử dụng kháng sinh đang rất phổ biến trên toàn thế giới.



Các nhà khoa học đã và đang tạo ra rất nhiều loại kháng sinh khác nhau, nhằm phục vụ cho quá trình điều trị các bệnh liên
quan đến nhiễm trùng vi khuẩn



Việc các vi khuẩn hiện nay kháng kháng sinh, đặc biệt là vi khuẩn kháng đa kháng sinh, đang đe doạ đến sự tồn vong của
loài người, khi các bệnh về vi khuẩn đều được điều trị chỉ bằng kháng sinh


Giải thích về cơ chế của kháng sinh
Sau khi vào tế bào, kháng sinh được đưa tới đích tác động sẽ phát huy tác dụng bằng cách:



ức chế sinh tổng hợp vách tế bào vi khuẩn: Vi khuẩn sinh ra sẽ không có vách do đó dễ bị tiêu diệt, ví dụ kháng sinh nhóm
bêta-lactam, vancomycin.



Gây rối loạn chức năng màng nguyên tương, đặc biệt là chức năng thẩm thấu chọn lọc, làm cho các thành phần (ion) bên
trong tế bào bị thoát ra ngoài, ví dụ polymyxin.



ức chế sinh tổng hợp protein: Điểm tác động là ribosom 70S của vi khuẩn và kết quả là các phân tử protein không được hình
thành hoặc không có hoạt tính sinh học
+

Ở tiểu phần 30S: Ví dụ như streptomycin cản trở hoạt động của ARN thông tin hoặc tetracyclin ngăn cản các ARN vận

chuyển đã hoạt hoá gắn vào ribosom.
+

Ở tiểu phần 50S: Như chloramphenicol, erythromycin cản trở sự liên kết của các acid amin do gắn vào enzym

peptidyltransferase.




Ức chế sinh tổng hợp acid nucleic: Gồm có
+

Ngăn cản sự sao chép của ADN tạo ADN con, như nhóm quinolon ức chế enzym gyrase làm cho phân tử ADN không

mở được vòng xoắn.
+



Ngăn cản sinh tổng hợp ARN như rifampicin, do gắn vào ARN – polymerase phụ thuộc ADN.

Ức chế sinh tổng hợp các chất chuyển hoá cần thiết cho tế bào, ví dụ sulfamid và trimethoprim ức chế quá trình chuyển hoá
tạo acid folic – một coenzym cần cho việc tổng hợp một số acid amin và các purin, pyrimidin.


Cơ chế kháng kháng sinh của vi khuẩn

Ở đây chúng ta nói về việc kháng do vi khuẩn, không nói đến việc vi khuẩn không chịu tác dụng của thuốc do thuốc không đến
được vị trí đích,…
Có hai loại kháng kháng sinh thường gặp:



Kháng do bản chất của vi khuẩn: Một số vi khuẩn không chịu tác động của một số kháng sinh nhất định, ví dụ Pseudomonas
không chịu tác dụng của penicilin hoặc tụ cầu không chịu tác dụng của colistin. Các vi khuẩn không có vách như Mycoplasma
sẽ không chịu tác dụng của kháng sinh ức chế sinh tổng hợp vách, ví dụ nhóm bêta-lactam.



Kháng do đột biến di truyền nhận được: thường gặp do việc sử dụng kháng sinh không hiệu quả, hoặc sử dụng tràn lan
thuốc. Do một biến cố di truyền là đột biến hoặc nhận được gen đề kháng làm cho một vi khuẩn đang từ không trở nên có
gen đề kháng. Các gen đề kháng nằm trên nhiễm sắc thể hay/và plasmid của vi khuẩn hoặc/và trên transposon.


Các Nguyên nhân gây ra cơ chế kháng:



Trong quần thể vi sinh vật (các quần thể vi khuẩn thuộc vi hệ bình thường ở người): Dưới tác dụng của kháng sinh các cá thể đề kháng được chọn lọc, giữ lại
và phát triển thành dòng vi khuẩn đề kháng; dòng vi khuẩn đề kháng tiếp tục được chọn lọc và thay thế các dòng vi khuẩn nhạy cảm, làm cho vi khuẩn ngày
càng kháng kháng sinh nhiều hơn và cao hơn.



Trong quần thể đại sinh vật (người, động vật): Thông qua sự truyền nhiễm (qua không khí, thức ăn, bụi, dụng cụ…) vi khuẩn đề kháng lây truyền từ người
này sang người khác hoặc từ súc vật sang người.



Trong cuộc chạy đua giữa những nỗ lực phát minh ra kháng sinh mới của con người và sự đề kháng kháng sinh của vi khuẩn thì cho đến nay vi khuẩn luôn
giành phần thắng. Vì vậy, để phát huy hiệu quả và ngăn ngừa vi khuẩn kháng kháng sinh chúng ta phải thực hiện chiến lược sử dụng kháng sinh an toàn, hợp
lý.


Gen đề kháng tạo ra sự đề kháng bằng cách:



Làm giảm tính thấm của màng nguyên tương, ví dụ kháng tetracycline, oxacilin; gen đề kháng tạo ra một protein đưa ra màng, ngăn cản kháng sinh thấm vào
tế bào; hoặc làm mất khả năng vận chuyển qua màng do cản trở protein mang vác và kháng sinh không được đưa vào trong tế bào.



Làm thay đổi đích tác động: Do một protein cấu trúc hoặc do một nucleotit trên tiểu phần 30S hoặc 50S của ribosom bị thay đổi nên kháng sinh không bám
được vào đích (ví dụ streptomycin, erythromycin) và vì vậy không phát huy được tác dụng.





Tạo ra các isoenzym không có ái lực với kháng sinh nữa nên bỏ qua (không chịu) tác động của kháng sinh, ví dụ kháng sulfamide và trimethoprime.
Tạo ra enzym: Các enzym do gen đề kháng tạo ra có thể:

+ Biến đổi cấu trúc hoá học của phân tử kháng sinh, làm kháng sinh mất tác dụng, ví dụ acetyl hoá hoặc phospho hoá hay adenyl hoá các aminozid hoặc
chloramphenicol.
+ Phá huỷ cấu trúc hoá học của phân tử kháng sinh, ví dụ b-lactamase làm cho các kháng sinh nhóm b-lactam mất tác dụng.



Một vi khuẩn kháng kháng sinh thường là do phối hợp các nguyên tắc riêng rẽ kể trên


ĐẶC BIỆT


Gen đề kháng có thể lan truyền theo chiều dọc (Vertical) qua các thế hệ sau thông qua việc nhân lên tế bào.

Ngoài ra thông qua các hình thức vận chuyển di truyền khác nhau như biến nạp, tải nạp, tiếp hợp và chuyển vị trí (transposition), gen đề kháng có thể được
truyền ngang (horizontal) từ tế bào này sang tế bào khác; thậm chí từ tế bào của một loài vi khuẩn này sang tế bào của một loài vi khuẩn khác (nếu gen đề kháng
nằm trên R – plasmid), ví dụ từ vi khuẩn lị sang E. coli, hoặc từ E. coli sang vi khuẩn thương hàn.



Việc sản xuất kháng sinh thế hệ mới đang không bắt kịp với tốc dộ biến đổi và sinh sản của vi khuẩn:

Trong thập niên 70-80: Cần khoảng 10 năm để phát hiện ra chủng vi khuẩn kháng thuốc mới
Hiện nay: chỉ cần 2-3 năm là đã có chủng vi khuẩn kháng thuốc mạnh hơn kháng sinh mới nhất

 

E. coli
M1

E. coli

E. coli

E. coli

E. coli

E. coli

E. coli

E. coli

E. coli

M2

M3

M4

M5

M6

M7

M8

M9

E. Coli
M10

Amoxicillin

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

Azithromycin

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

Cephalexin

R

S

R

S

R

R

R

R

R

S

Nalidixic Acid

R

R

R

S

R

S

R

R

R

S

Doxycycline

R

R

S

S

I

S

R

S

R

S

Tetracycline

R

R

S

S

R

S

R

S

R

S

Ciprofloxacin

R

S

R

S

R

S

S

S

S

S

Gentamicin

S

S

R

S

S

S

R

S

S

S

Kanamycin

S

R

I

S

R

S

S

S

S

S

Colistin

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

Sự tương tác giữa các mẫu Escherrichia coli kháng kháng sinh và kháng sinh thường dùng

Chú thích: R: Không đáp ứng; S: Đáp ứng; I:Trung gian


Giới thiệu về Thực khuẩn thể (phage)

là một virus lây nhiễm và
tái tạo trong một vi

khuẩn. Thuật ngữ này
bắt nguồn từ "vi khuẩn"
và tiếng Hy Lạp: φαγεῖν

có 3 phần:

Đầu
Đầu có
có dạng
dạng lăng
lăng kính
kính 6
6 cạnh,
cạnh, đường
đường kính
kính 65
65 nm
nm dài
dài 95
95

đầu, cổ và

được
được cấu
cấu tạo
tạo bởi
bởi 212
212 đơn
đơn vị

vị capsome.
capsome. Bên
Bên trong
trong phần
phần

đuôi.

nm,
nm, cấu
cấu tạo
tạo bởi
bởi protein
protein tạo
tạo thành
thành vỏ
vỏ capsit,
capsit, vỏ
vỏ capsit
capsit
đầu
đầu có
có chứa
chứa một
một phân
phân tử
tử ADN
ADN 2
2 sợi
sợi có

có phân
phân tử
tử lượng
lượng
1,2
1,2 .108.
.108.

(phagein), "nuốt".

Cổ
Cổ là
là một
một đĩa
đĩa 6
6 cạnh
cạnh đường
đường kính
kính 37,5
37,5 nm
nm có
có 6
6
sợi
sợi tua
tua gọi
gọi là
là tua
tua cổ.
cổ.

Phần
Phần cuối
cuối cùng
cùng của
của đuôi
đuôi
là
là một
một đĩa
đĩa gốc
gốc hình
hình 6
6
cạnh
cạnh giống
giống như
như đĩa
đĩa để
để từ
từ
đó
đó mọc
mọc ra
ra 6
6 sợi
sợi gai
gai gọi
gọi là
là

chân
chân bám.
bám.

Đuôi
Đuôi là
là một
một ống
ống rỗng
rỗng được
được bao
bao bọc
bọc bởi
bởi bao
bao
đuôi,
đuôi, bao
bao đuôi
đuôi có
có cấu
cấu tạo
tạo protein
protein tạo
tạo thành
thành vỏ
vỏ
Capxit,
Capxit, kích
kích thước
thước 8

8X
X 95
95 nm.
nm. Phần
Phần rồng
rồng trong
trong
đuôi
đuôi gọi
gọi là
là trụ
trụ có
có đường
đường kính
kính 2,5
2,5 -- 3,5
3,5 nm.
nm.


Lịch sử của Liệu pháp Phage


Liệu pháp thể thực khuẩn được phát hiện bởi Frederick Twort, một nhà vi khuẩn học người Anh. Năm 1915, ông quan sát được những hiện tượng virus lây
nhiễm trên vi khuẩn, mà sau này đã được sử dụng để tiêu diệt mầm bệnh trong liệu pháp thể thực khuẩn.



Từ những năm 1940, Viện nghiên cứu vi sinh Eliava tại Tbilisi, thủ đô Gruzia đã trở thành "cái nôi" giúp Liên Xô hình thành những liệu pháp thể thực khuẩn
đầu tiên. Trong thời kỳ đỉnh điểm, họ đã sản xuất 2-3 tấn thực khuẩn mỗi ngày cho quân đội.



Sau khi Liên Xô sụp đổ, biện pháp này đã gần như bị quên lãng, chỉ còn xuất hiện tại viện Nghiên cứu thuộc Gruzia



Hiện nay, với việc xuất hiện nhiều chủng vi khuẩn kháng kháng sinh, liệu pháp Phage đang được coi là lá chắn phòng vệ cuối cùng trước nguy cơ “đại dịch”
này


Cơ chế tiêu diệt vi khuẩn của phage




Đầu tiên, phage sẽ bám vào thành tế bào theo một cơ chế được gọi là cơ chế kháng nguyên-kháng thể.



Sau khi phân tử ADN của phage lọt vào tế bào chủ, quá trình tông hợp ADN của tế bào chủ lập tức bị đình chỉ. Sau đó quá trình tổng hợp protein của tế bào
cũng ngừng và bắt đầu quá trình tổng hợp các enzym cần thiết cho quá trình sinh sản của virus.



Tổng hợp xong các thành phần cầu tạo, vi khuẩn bắt đầu lắp ráp lại các thành phẩn để tạo nên phage hoàn chỉnh. Sau khi lắp ghép xong phage, vi khuẩn sẽ bị
phá huỷ và chết để phage có thể ồ ạt phóng ra ngoài



Tuỳ thuộc vào sự tiếp xúc của thế hệ tiếp theo đối với vi khuẩn chỉ định, phage có thể lặp lại quá trinh hoặc tồn tại tự do trong môi trường, ghờ cho đền khi
gặp được vật chủ (vi khuẩn) thích hợp

Sau đó, phage tiết ra men Lizozym thủy phân thành tế bào vi khuẩn. Sau đó dưói tác dụng của ATP-aza bao đuôi của phage co rút làm cho trụ đuôi xuyên qua
thành tế bào và phân tử ADN được bơm vào bên trong tế bào chủ.


Một số nghiên cứu


Nghiên cứu của Rana Rahmani; Gholamreza Zarrini tại University of Tabriz, Iran
 

E. coli M1

E. coli M2

E. coli M3

E. coli M4

E. coli M5

E. coli M6

E. coli M7

E. coli M8

E. coli M9

E. coli M10

TPR1

+

-

+

-

+

-

-

-

+

-

TPR2

-

+

+

-

-

+

-

-

-

-

TPR3

+

-

+

-

-

+

-

-

+

-

TPR4

-

-

-

+

+

-

+

+

+

-

TPR5

-

+

+

+

+

+

-

-

-

+

TPR6

-

-

+

-

+

+

+

+

+

-

TPR7

+

-

-

-

-

+

+

-

-

-

TPR8

+

-

-

-

-

-

+

+

+

-

TPR9

+

-

-

-

-

+

-

-

+

+

TPR10

+

+

-

+

-

+

+

-

+

+

Hiệu lực của một số phage trên Các chủng E.coli Kháng thuốc


Antibiotic

E.Coli M1

E.Coli M2

E.Coli M3

E.Coli M4

E.Coli M5

E.Coli M6

E.Coli M7

E.Coli M8

E.Coli M9

E.Coli M10

3

4

4

8

3

7

3

6

4

8

6

3

5

3

4

6

5

4

6

3

resistant

Phage sensitive

So sánh hiệu lực của kháng sinh với phage trên chủng E.coli đột biến

Vì vậy, ta có thể thấy tính hoạt lực của phage ngang ngửa, thậm chí là hơn so với Kháng sinh


Ưu, nhược điểm của biện pháp
Ưu điểm:




Phage có nhiều trong tự nhiên => Có được nguồn gen phage dồi dào





Phage chỉ tiêu diệt các tế bào vi khuẩn, không gây hại cho con người



Hầu như chưa phát hiện ra loại vi khuẩn kháng lại phage.

Mỗi phage có thể tiêu diệt nhiều loại vi khuẩn nếu chúng là loài đột biến gần từ cùng một loài=> Chúng có thể tiêu diệt các loại vi khuẩn kháng thuốc, kể cả
loài kháng kháng sinh mạnh nhất

Phage có thể nhân lên rất nhanh trong tế bào=> có thể tiết kiệm chi phí sản xuất thuốc
Có thể tồn tại trong cơ thể sinh vật, nếu nghiên cứu thêm, ta có thể tạo ra một hệ thống vaccine phage để tạo hệ thống miễn dịch vi khuẩn bên cạch miễn dịch
tự nhiên


Nhược điểm:




Không thể phân loại vi khuẩn theo phương pháp Gram mà phải phân loại dựa theo chủng




Kích cỡ siêu nhỏ=> Có một tỷ lệ Phage Có thể xâm nhập vào đường ruột và tiêu diệt các vi khuẩn có lợi cho con người. VD: vi khuẩn E.coli có lợi




Khi sử dụng với vi khuẩn nội độc tố, phage có thể khiến cho độc tố thoát ra.

Tồn tại lâu trong cơ thể, có thể tiêu diệt nhiều loại vi khuẩn => Khi bị đào thải ra ngoài, phage có thể gây ra sự biến đổi hệ sinh thái vi sinh vật, thậm chí huỷ
diệt hoàn toàn.

Một số loại phage có thể mang theo gen độc tố tiếp hợp với vi khuẩn, có thể tạo thành chủng đột biến có độc lực mạnh hơn khi phage tạo ra trạng thái tiềm
tan

Phage là một loại virus, có một sự e ngại nhất định khi sử dụng phương pháp

Tuy nhiên, hầu hết các nhược điểm này có tỷ lệ xảy ra khá thấp và ta có thể hạn chế nếu sử dụng thuốc
đúng và thông minh


Loại Phương pháp

Kháng sinh

Phage

Các đặc
Điểm

Điểm chung

Đều được sử dụng để chữa trị các bệnh nhiễm trùng
Đều được phát nhiện bên ngoai tự nhiên, trong cùng một thời kỳ

Điểm riêng

-Được sử dụng rộng rãi, ban đầu là khu vực Tây Âu và Châu Mỹ

-Được sử dụng tại khu vực Đông Âu, Liên Xô, tuy nhiên hiện không còn
được ưa chuộng

-Là một chất được tạo ra từ các sinh vật có khả năng sinh ra

-Là một vi sinh vật có nhiều trong tự nhiên

kháng sinh
-Chỉ cần phân loại các vi khuẩn gây bệnh theo phương pháp Gram

-Cần phân loại vi khuẩn gây bệnh theo chủng và chủng biến dị gần nhất

hoặc một số phương pháp khác
-Hiện nay đã phát hiện rất nhiều loại vi khuẩn kháng các kháng

-Chưa phát hiện các vi khuẩn kháng phage. Phage có thể tiêu diệt cả các

sinh hiện nay, có cả loại siêu vi khuẩn kháng tất cả các loại thuốc

siêu vi khuẩn biến dị kháng thuốc

-Chi phí sản xuất rất đắt đỏ
-Bắt buộc phải tuân theo liệu trinh điều trị, hiện nay việc điều trị

-Chi phí sản xuất rẻ hơn kháng sinh

phải kéo dài

-Liệu trình điều trị được rút ngắn


Một số lưu ý



Không nên sử dụng Phage dùng theo đường uống, vì có thể gây ra rối loạn tiêu hoá



Khi điều trị bằng phương pháp Phage, cần theo dõi định kì



Khi nhiễm trùng tổng hợp, cần phối hợp nhiều loại phage khác nhau



Không nên nhầm lẫn Loại thuốc này là kháng sinh thế hệ mới

Tài liệu tham khảo



Rana Rahmani; Gholamreza Zarrini-Effective Phages as Green Antimicrobial Agents Against Antibiotic-Resistant Hospital Escherichia coli (2015)



Marine Henry,LaurentDebarbieux,-Tools from viruses: Bacteriophage successes and beyond, Institut Pasteur,-Molecular Biology of the Genein
Extremophiles Unit, Department of Microbiology, F-75015 Paris, France.



Carla Pereiraa, Catarina Moreirinha- Characterization and in vitro evaluation of new bacteriophages for thebiocontrol of Escherichia coli (2016)



Trần Cẩm Vân - Giáo trình vi sinh vật học môi trường – NXB Đại học Quốc gia Hà Nội


XIN CẢM ƠN THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE