Điều chế kháng sinh bằng phương pháp mới

Thuốc kháng sinh – kì tích y học của thế kỉ XX – đang ngày càng đánh mất vai trò và vị thế của mình. Điều này được chứng minh khi các nhà khoa học tìm thấy một mầm bệnh tại bang Pennsylvania (Mỹ) có chứa một bộ gene đặc biệt. Nếu những loài vi khuẩn có trong mình bộ gene này, chúng sẽ không bị tiêu diệt bởi bất kì loại thuốc nào hiện có trên thế giới. Nói cách khác, loại vi khuẩn này sẽ trở nên bất khả xâm phạm.

Kháng thuốc - thách thức lớn

Giải pháp cho vấn đề thuốc kháng sinh hiện nay khá đơn giản nhưng xem ra rất khó thực hiện. Đầu tiên, chúng ta cần phải thận trọng và dè dặt hơn nữa trong vấn đề sử dụng thuốc kháng sinh để làm chậm quá trình kháng thuốc của vi khuẩn, cũng như kéo dài hiệu quả của thuốc kháng sinh. Thứ hai, chúng ta phải tìm cách tạo ra các loại kháng sinh mới để có thể kháng cự lại được các loài vi khuẩn.

Mới đây, nhà hóa học Andrew Myers (Đại học Harvard) đã xuất bản một nghiên cứu trên tạp chí Nature về một phương pháp mới giúp tạo ra các loại thuốc kháng sinh tổng hợp hoàn toàn. Ông tin rằng, loại kháng sinh tổng hợp mới này có thể đánh lừa cơ chế kháng thuốc của những loại vi khuẩn trong tự nhiên.

Myers chia sẻ: “Khi chúng ta chế tạo những loại thuốc kháng sinh từ vạch xuất phát, chúng ta có thể thay đổi bất cứ quy trình nào để biến loại thuốc này trở nên hiệu quả hơn”.

Hầu hết các chủng loại kháng sinh chúng ta đang sử dụng ngày nay đều có nguồn gốc tự nhiên. Penicillin, một trong những loại thuốc kháng sinh phổ biến nhất hiện nay, đã được phát hiện một cách tình cờ vào năm 1928 và sau đó được sản xuất đại trà từ năm 1940. Điều này cũng đúng với 2 nhóm kháng sinh khác: tetracyclines và macrolides. Tetracyclines được tìm thấy sau khi phân tách một loại vi sinh vật sống trong các cánh đồng lúa mì; còn macrolides lại được khám phá vào cuối những năm 40 của thế kỉ trước từ một loài vi sinh vật trong một mẫu đất ở Philippines.

Đa số các loại kháng sinh có nguồn gốc tự nhiên không phải là những loại thuốc lí tưởng cho con người. Vì vậy, trong hàng thập kỉ nay, các công ty dược phẩm đã tìm cách dùng các chất hóa học để biến đổi các kháng sinh tự nhiên nhằm nâng cao tính an toàn và hiệu quả của chúng.

Macrolides và tetracyclines là những mối quan tâm chính trong công trình của Myers. Đây đều là những loại thuốc mạnh, có thể tiêu diệt nhiều loại mầm bệnh khác nhau; nhưng chúng cũng bao gồm những phân tử lớn và phức tạp nên rất khó có thể được tạo ra từ các chất hóa học công nghiệp. Và do không thể tạo ra thuốc kháng sinh trong phòng thí nghiệm, những nhà hóa học bị giới hạn trong khả năng thay đổi thuộc tính của các kháng sinh tự nhiên.

“Những nhà hóa học đã bỏ ra nhiều thập kỉ để phát triển những lộ trình thực tế nhằm chế tạo những loại kháng sinh có cấu trúc phức tạp, nhưng đa số những nỗ lực này đều thất bại”, Myers nói.

Hướng tiếp cận đột phá

Những nỗ lực trước đây với mục tiêu tổng hợp những loại thuốc này làm tiêu tốn rất nhiều công sức, thời gian, tiền của. Quy trình chế tạo kháng sinh tổng hợp bao gồm hơn 50 bước, vì vậy quy trình này khó có thể đưa vào sản xuất với quy mô lớn. Myers đã phát triển một con đường ngắn hơn.

Thay vì phải trải qua một quá trình hóa học dài ngoằng từ biến chất A thành B, từ B thành C và từ C thành D,… để tổng hợp được loại kháng sinh mới, Myers đã nghĩ ra một phương pháp tổng hợp 8 thành tố đơn giản. Những thành tố này có thể được tổng hợp một cách nhanh chóng để tạo ra nhiều loại phân tử khác nhau trong cùng một nhóm thuốc.

“Andy đã thật sự cách mạng hóa hướng tiếp cận tưởng chừng như lỗi thời và kém hấp dẫn này khi ông có thể sản xuất thuốc kháng sinh từ con số không”, theo lời của Kim Lewis, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Các loại thuốc chống Vi sinh vật tại bang Northeastern.

Myers đã thương mại hóa phương pháp của mình tại hai công ty đặt tại thành phố Watertown: Công ty Dược phẩm Tetraphase thành lập năm 2005 và Công ty Dược phẩm Macrolide thành lập năm 2015. Cả hai công ty này đều đã phát triển hàng ngàn loại phân tử mới, và tiếp tục phát triển hàng chục loại phân tử mới mỗi tuần. Đáng tiếc là họ chưa tạo ra được loại thuốc kháng sinh mới nào. Eravacycline, loại thuốc tiên phong của công ty Dược phẩm Tetraphase đã vượt qua thử nghiệm lâm sàng đầu tiên với tình trạng nhiễm trùng ở ổ bụng, nhưng lại thất bại trong cuộc thử nghiệm lần hai với tình trạng nhiễm trùng đường tiết niệu.

Thậm chí, nếu Myers chế tạo thành công được những kháng sinh tổng hợp, những nghiên cứu sẽ không dừng lại ở đó bởi vì những vi khuẩn kháng thuốc sẽ phát triển chống lại loại kháng sinh mới được tìm ra chỉ sau vài năm.

Theo Giáo sư Michael Gilmore (Khoa Y, Đại học Harvard), “chúng ta chỉ đang lãng phí những loại thuốc kháng sinh quý giá và gây ra tình trạng kháng thuốc khiến rất nhiều sinh mạng sẽ phải gặp nguy hiểm khi tất cả các loại thuốc kháng sinh trở nên vô hiệu”. Giáo sư Gilmore chỉ ra rằng, chính việc sử dụng kháng sinh quá mức trong ngành chăn nuôi đã khiến tình trạng kháng thuốc ngày càng đáng báo động hơn.

Nhưng nếu chúng ta hạn chế sử dụng thuốc kháng sinh cũng như may mắn phát hiện ra thêm các loại thuốc mới thì thảm họa kháng thuốc sẽ không xảy ra.

“Các bạn có thể nghĩ rằng trong tương lai chúng ta sẽ cạn kiệt ý tưởng và sự chọn lựa. Tuy nhiên, với những công cụ hạn chế, một số dòng kháng sinh đang được cải tiến qua hàng thập kỉ nay”, Myers nói. “Tôi nghĩ rằng ngoài tự nhiên vẫn còn có rất nhiều loại kháng sinh mạnh đang chờ chúng ta đến khám phá”.