Sản xuất kháng sinh mới bằng chỉnh sửa gen

Nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Nature Communications, mô tả cách sử dụng chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9 để tạo ra các enzyme tổng hợp peptide (NRPS). NRPS là enzyme nhiều kháng sinh tự nhiên như penicillin. Tuy nhiên, cho đến nay, rất khó điều khiển các enzyme phức tạp này để tạo ra các loại kháng sinh mới và hiệu quả.

Ước tính nhiễm trùng do kháng thuốc (AMR) gây ra 700.000 ca tử vong mỗi năm trên toàn cầu và con số này có thể sẽ tăng lên 10 triệu, gây thiệt hại cho nền kinh tế toàn cầu 100 nghìn tỷ USD, vào năm 2050. AMR cũng đe dọa nhiều Mục tiêu Phát triển Bền vững của Liên hợp quốc (SDGs), do 28 triệu người có thể bị đẩy vào cảnh nghèo cùng cực vào năm 2050 trừ khi kiểm soát được AMR.

Nhóm nghiên cứu ở Manchester cho biết có thể sử dụng quá trình chỉnh sửa gen để sản xuất kháng sinh cải tiến, phát triển các phương pháp điều trị mới giúp chống lại các mầm bệnh và bệnh kháng thuốc trong tương lai. "Sự xuất hiện của các mầm bệnh kháng kháng sinh là một trong những mối đe dọa lớn nhất mà chúng ta phải đối mặt ngày nay", Jason Micklefield, Giáo sư Sinh học Hóa học tại Viện Công nghệ Sinh học Manchester (MIB), Vương quốc Anh, giải thích. "Phương pháp chỉnh sửa gen mà chúng tôi đã phát triển là một cách rất hiệu quả và nhanh chóng để thiết kế các enzyme phức tạp có thể tạo ra các cấu trúc kháng sinh mới."

Các vi sinh vật trong môi trường của chúng ta, chẳng hạn như vi khuẩn sống trong đất, đã phát triển các enzyme tổng hợp peptide (NRPS) để lắp ráp các axit amin thành các sản phẩm peptide có hoạt tính kháng sinh rất mạnh. Nhiều loại kháng sinh quan trọng, được sử dụng trong phòng khám ngày nay, có nguồn gốc từ các enzyme NRPS này (ví dụ: penicillin, vancomycin và daptomycin).

Thật không may, các mầm bệnh chết người đang xuất hiện có khả năng kháng tất cả các loại thuốc kháng sinh hiện có. Một giải pháp là tạo ra các loại kháng sinh mới, với các đặc tính cải thiện hơn, có thể tránh được cơ chế kháng thuốc của các mầm bệnh. Tuy nhiên, các kháng sinh peptide có cấu trúc rất phức tạp nên rất khó sản xuất bằng các phương pháp hóa học thông thường, và tốn kém. Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu ở Manchester sử dụng chỉnh sửa gen để thiết kế các enzyme NRPS, hoán đổi các miền nhận biết các khối cấu tạo axit amin khác nhau, dẫn đến các dây chuyền lắp ráp mới có thể cung cấp các sản phẩm kháng sinh peptide mới.

Micklefield nói thêm: "Chúng tôi hiện có thể sử dụng chỉnh sửa gen để đưa ra những thay đổi có mục tiêu đối với các enzym NRPS phức tạp, cho phép tích hợp các tiền chất axit amin thay thế vào cấu trúc peptide. Chúng tôi lạc quan rằng cách tiếp cận này có thể dẫn đến những cách mới để sản xuất kháng sinh cải tiến, rất cần thiết để chống lại các mầm bệnh kháng thuốc mới nổi".

Nghiên cứu được xuất bản trên tạp chí Nature Communications với tựa đề "Chỉnh sửa gen cho phép thiết kế nhanh các dây chuyền lắp ráp kháng sinh phức tạp".

Nguồn: https://phys.org/news/2021-11-scientists-antibiotics-gene.html