Thực khuẩn thể và tiềm năng ứng dụng trong công nghệ y khoa 2023

Thực khuẩn thể là thể virus có khả năng ký sinh ở vi khuẩn và tiêu diệt vi khuẩn. Hiện nay thể thực khuẩn đang được ứng dụng là một phương pháp điều trị mới trong y khoa. Hãy cùng Docosan tìm hiểu về những thông tin bổ ích xoay quanh thể thực khuẩn trong bài viết dưới đây nhé!

Thực khuẩn thể là gì?

Thực khuẩn thể được định nghĩa là tập hợp các loài virus có khả năng ký sinh ở vi khuẩn. Chúng còn được biết đến với tên gọi bacteriophage, tên gọi này xuất xứ từ tiếng Hy Lạp: bacterium (vi khuẩn) ghép với φαγεῖν (phagein nghĩa là ăn, nuốt), định nghĩa theo nghĩa đen là loại vật thể ăn vi khuẩn. Ở Việt Nam, chúng được gọi là thể thực khuẩn hay thực khuẩn thể. Một số tài liệu gọi tắt là “phage”.

Năm 1896, nhà nghiên cứu ở Ấn Độ đã đặt nghi vấn về sự tồn tại của một tác nhân kháng khuẩn chống lại bệnh tả. Đến năm 1915 nhà khoa học người Anh Frederick Twort, Tổng giám đốc Tổ chức Brown ở London,nghiên cứu về vi khuẩn, đã phát hiện một số tác nhân có khả năng giết chết vi khuẩn. Trong các giả thuyết đặt ra có nhắc đến một loại virus có thể phát triển và tiêu diệt vi khuẩn và ông tin rằng một trong số nguyên nhân thực hiện được điều trên là do:

• Một giai đoạn trong vòng đời của vi khuẩn
• Một loại enzyme sản xuất bởi chính vi khuẩn
• Một loại virus phát triển và tiêu diệt vi khuẩn.

Đến tháng 9 năm 1917 một nhà khoa học người Pháp đã phát hiện ra tác nhân vi trùng có thể đối kháng với tác nhân gây bệnh kiết lỵ. Ông cũng đặt một số nền móng trong công cuộc nghiên cứu về thực khuẩn thể. Càng về sau càng có nhiều nghiên cứu được đầu tư và có quy mô lớn hơn để nghiên cứu về loại virus thực khuẩn thể này. Giải Nobel 1969 về Sinh lý học đã trao cho nhóm tác giả khám phá về sự sao chép của virus thực khuẩn và cấu trúc di truyền của chúng.

Đặc điểm cơ bản của thực khuẩn thể

Thực khuẩn thể được hình thành bởi protein là vỏ bọc ngoài (capsid), một bộ gen DNA hoặc RNA, chúng có thể được cấu tạo bởi cấu trúc đơn giản hoặc phức tạp.  Bộ gen của thực khuẩn thể có thể mã hóa ít nhất 4 gen và nhiều nhất lên đến hàng trăm gen. Mặc dù cấu trúc của mỗi loại thực khuẩn thể có thể khác nhau, nhưng chúng vẫn có những đặc điểm chung.

Để hiểu rõ hơn về thực khuẩn thể cũng như khả năng ứng dụng của nó trong công nghệ y khoa, chúng ta cần tìm hiểu về những đặc điểm cơ bản của nó. Những đặc điểm cụ thể là:

• Thể thực khuẩn nếu tồn tại riêng lẻ không được coi là một sinh vật. Giống như một số loại virus khác, thể thực khuẩn chỉ được xem như một sinh vật khi chúng có khả năng ký sinh trong vật chủ thích hợp.
• Về vật chất di truyền (bộ gen) của thể thực khuẩn hay virus kí sinh vi khuẩn chỉ mang một loại DNA hoặc RNA, không có sự tồn tại đồng thời 2 loại vật chất di truyền này.
• Thể thực khuẩn (cũng như virus) không có cấu tạo tế bào rõ ràng, không thể giải mã và dịch mã vật chất di truyền.
• Thể thực khuẩn không thể tự di động do không có cấu trúc nào hỗ trợ, chúng hoàn toàn bị phát tán bởi các tác nhân bên ngoài như qua giọt bắn trong không khí, trong dòng nước hoặc qua tiếp xúc va chạm trực tiếp
• Chưa ghi nhận khả năng tăng kích thước ở những loại virus này

Thể thực khuẩn là một trong những sinh vật sống phổ biến và đa dạng trong hệ sinh thái. Thể thực khuẩn có tính phổ biến rộng rãi, chúng có thể được tìm thấy ở bất cứ nơi đâu có sự tồn tại của vi khuẩn. Người ta ước tính hiện nay có hơn 10³¹ thể thực khuẩn đang tồn tại trên hành tinh, nhiều hơn bất kỳ sinh vật nào khác trên trái đất, kể cả vi khuẩn.

Điều này có nghĩa là nguồn nguyên liệu để nghiên cứu về thực khuẩn thể là vô cùng đa dạng, phong phú. Việc tiến hành nghiên cứu, quan sát với thực khuẩn thể trên vi khuẩn có thể được tiến hành thuận tiện, dễ dàng, đáp ứng được nhiều ứng dụng, lĩnh vực trong thực tiễn. Bên cạnh đó, con người, động vật, thực vật có thể tiếp xúc với các thực khuẩn thể trong môi trường sống mà không gây ra các phản ứng gây hại rõ ràng. Các thể thực khuẩn nhân lên khi nhiễm vi khuẩn gây bệnh, do đó làm tăng đặc tính kháng khuẩn của chúng.

Các thể thực khuẩn được tìm nhiều tại các vùng tập trung nhiều vi khuẩn ký chủ như trong đất hoặc nội tạng như ruột của động vật. Một trong những nguồn chứa tự nhiên lớn nhất của các loại virus là nước biển. Ở đây chứa rất nhiều vi khuẩn và có thể có tới 70% vi khuẩn biển có thể bị nhiễm virus. Trong một vài trường hợp chúng có thể được sử dụng như một loại kháng sinh giúp chữa bệnh. Thực khuẩn thể được xem như một liệu pháp hiệu quả đối với một số chủng vi khuẩn kháng thuốc.

Về mặt cấu trúc, các thể thực khuẩn được chia thành 3 nhóm chính:

• Cấu trúc hình khối không đuôi
• Cấu trúc hình khối có đuôi. Dạng có đuôi (chẳng hạn phage T2) gồm đầu hình lục giác; cổ; đuôi có dạng hình trụ, cuối đuôi có các sợi lông như chân để bám vào vi khuẩn và đĩa gốc với 6 sợi lông đuôi.
• Cấu trúc dạng sợi hay dạng que

 Thành phần hóa học chủ yếu của thực khuẩn thể bao gồm:

• ADN: có hầu hết ở các thực khuẩn thể, thường có 2 chuỗi xoắn vào nhau, một số có ADN một chuỗi, những thực khuẩn thể không chứa ADN thì chứa ARN và thường ARN một chuỗi. 
• Protein: vỏ capsid được cấu tạo bằng những đơn phân gọi là capsome chính là những hạt protein.  
• Enzyme: ở đuôi của thực khuẩn thể có chứa một số loại enzyme. 

Ngoài ra, các thực khuẩn thể có thể phân thành, thể thực khuẩn độc lực (virulent) và thể thực khuẩn ôn hoà (temperate), tùy thuộc vào chu trình sống của chúng.

• Thực khuẩn thể độc lực: thực khuẩn thể sau khi nhân lên trong vi khuẩn thì vi khuẩn sẽ chết và thực khuẩn mới hình thành. 
• Phage ôn hòa: sau khi xâm nhập vào tế bào vi khuẩn sẽ xảy ra một trong hai trường hợp:
  • Theo cách nhân lên của thực khuẩn thể độc lực và giết chết tế bào vi khuẩn. 
  • Các ADN của thực khuẩn thể sẽ kết hợp với ADN của vi khuẩn cho nên không có quá trình nhân lên. Khi vi khuẩn nhân lên thì các ADN của thực khuẩn thể nhân lên theo. 

Khi đã ký sinh vào tế bào vi khuẩn, thực khuẩn thể sẽ bắt đầu quá trình nhân lên. Sự nhân lên của thực khuẩn thể thường diễn ra theo các giai đoạn:

• Giai đoạn hấp thụ và xâm nhập: Muốn xâm nhập và nhân lên trong vi khuẩn, trước hết thực khuẩn thể bám vào các tế bào vi khuẩn bằng bề mặt ở cuối đuôi, màng vi khuẩn sẽ bị thủy phân và ADN chứa trong đầu thực khuẩn thể được bơm vào trong tế bào vi khuẩn. 
• Giai đoạn sinh tổng hợp các thành phần: Enzyme của thực khuẩn thể xuất hiện và phá hủy ADN của tế bào vi khuẩn. Việc tổng hợp ADN, ARN và protein của vi khuẩn bị đình chỉ ngay tức khắc, nhưng việc tổng hợp ADN và protein và thực khuẩn thể bắt đầu. Lúc này, tế bào vi khuẩn vẫn có khả năng tổng hợp năng lượng nhưng dưới quyền kiểm soát của ADN thực khuẩn thể. 
• Giai đoạn lắp ghép và giải phóng: Điều này dẫn đến sự nhân lên của thực khuẩn thể, chúng tự sắp xếp lại, lắp ghép với protein tạo thành những thực khuẩn thể hoàn chỉnh và phá vỡ vi khuẩn chứa nó. Các thực khuẩn thể được giải phóng tìm đến các tế bào vi khuẩn khác và ký sinh vào nó.

Tiềm năng ứng dụng thực khuẩn thể trong y khoa

Thể thực khuẩn có thể được sử dụng như chất kháng khuẩn mang lại nhưng hiệu quả và thành tựu đáng ghi nhận trong việc tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh trong những năm 1920 và 1930 (thời kỳ chiến tranh). Tuy nhiên ở các nước Châu Âu thực khuẩn thể chưa được áp dụng vì những sự giới hạn hiểu viết về thể virus này. Cùng với đó là sự phát triển của ngành công nghiệp kháng sinh, dễ sử dụng hơn và dễ quản lý hơn so với thực khuẩn thể. Các nghiên cứu về loại virus kí sinh này hầu hết đều được thực hiện ở Nga và chưa truyền bá rộng rãi trên thế giới.

Bacteriophages được nghiên trong vài thập kỷ qua về hiệu quả ứng dụng trong y khoa cũng như tìm hiểu về bản chất sinh học của chúng. Tuy nhiên hiện nay vẫn chưa được cấp phép trong vấn đề điều trị bệnh nhân. Có một vài trường hợp thử nghiệm thành công trong việc điều trị tuy nhiên tiềm năng về khả năng ứng dụng thể thực khuẩn trong y học tương lai vẫn còn đang bỏ ngỏ. Hiện nay, thực khuẩn thể đang được ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp và đời sống.

Để nghiên cứu về liệu pháp điều trị bằng thực khuẩn thể, nhóm nghiên cứu đã phải tìm ra được loại virus có khả năng tấn công chính xác vào tác nhân vi khuẩn đang gây ra tình trạng nhiễm trùng ở bệnh nhân. Các nhà nghiên cứu đã thực hiện tìm kiếm và chọn lọc, kiểm tra kỹ lưỡng cho đến khi tìm được một loại virus phù hợp với các đặc điểm đặt đề ra trong nghiên cứu.

Virus lúc này được đem đi nuôi cấy và sau đó trộn thành hỗn hợp dịch lỏng bôi lên vị trí nhiễm trùng ở bệnh nhân tham gia nghiên cứu. Trong hỗn hợp dịch lỏng này có kèm theo các chất kháng khuẩn khác nhau. Một số nghiên cứu cho thấy bệnh nhân có dấu hiệu hồi phục sau khi bị nhiễm và trong vòng 3 năm theo dõi sau khi điều trị cho thấy bệnh nhân không có dấu hiệu bất thường, vết thương hồi phục tốt.

Qua đó có thể thấy rằng thể thực khuẩn có thể đóng vai trò quan trọng trong y học tương lai khi mà kháng kháng sinh đang diễn ra ngày một nặng nề. Việc sử dụng kháng sinh một cách hợp lý và tuân thủ điều trị kèm nghiên cứu về ứng dụng thực khuẩn thể đang là một trong những nhiệm vụ được đề ra ngày nay.

Thực khuẩn thể là virus của vi khuẩn, sống ký sinh vào vi khuẩn rồi tiêu diệt nó. Mỗi một loại vi khuẩn chỉ bị một thực khuẩn thể làm tan vỡ mà thôi. Việc nghiên cứu thành công và đưa vào ứng dụng thực khuẩn thể có thể giải quyết được vấn đề kháng kháng sinh hiện nay. Đây không chỉ là thành công của y học mà còn giúp duy trì sự sống, bảo vệ sức khỏe cho tất cả bệnh nhân trên toàn thế giới. Tuy nhiên, do thói quen sử dụng kháng sinh nên sự chấp nhận của một bộ phận xã hội là điều đang được quan tâm.

Cảm ơn bạn đã tìm đọc bài viết “Thực khuẩn thể và tiềm năng ứng dụng trong công nghệ y khoa 2023”. Sự hiểu biết về thực khuẩn thể vẫn còn hạn chế và tiềm năng ứng dụng của chúng trong tương lai vẫn còn được đặt dấu chấm hỏi. Hy vọng qua bài viết này bạn đã có thêm những thông tin bổ ích về thể virus này.

Bài viết được tham khảo từ bác sĩ và các nguồn tư liệu đáng tin cậy trong và ngoài nước. Tuy nhiên, Docosan Team khuyến khích bệnh nhân hãy tìm và đặt lịch hẹn với bác sĩ có chuyên môn để điều trị.

---

Nguồn tham khảo: CDC