Qua hàng triệu năm, cá sấu và họ hàng của chúng đã lang thang trên hành tinh của chúng ta, chúng đã phát triển hệ thống miễn dịch mạnh mẽ để giúp chống lại các vi khuẩn có khả năng gây hại trong đầm lầy và hệ thống đường thủy, nơi mà chúng gọi là nhà.

Nghiên cứu của nhóm nghiên cứu thuộc Đại học La Trobe, Úc, được công bố gần đây trên tạp chí Nature Communications, có cái nhìn rõ hơn các protein kháng khuẩn có tên là defensins, được tìm thấy ở cá sấu nước mặn. Những protein này đóng một vai trò quan trọng trong tuyến phòng thủ đầu tiên của loài bò sát chống lại bệnh truyền nhiễm.

Khi mối đe dọa của các vi khuẩn kháng kháng sinh ngày càng tăng, thì nhu cầu về các phương pháp điều trị mới và hiệu quả của chúng ta cũng tăng theo. Liệu những lớp bảo vệ trên những con thú này có thể nắm giữ câu trả lời để giúp tạo ra một làn sóng trị liệu cứu sinh mới?

Defensin là gì?

Defensin là những protein nhỏ được sản xuất bởi tất cả các loại thực vật và động vật. Ở thực vật, defensin thường được tạo ra trong hoa và lá, trong khi defensin ở động vật được tạo ra bởi các tế bào bạch cầu và trong màng nhầy (ví dụ như trong phổi và ruột). Vai trò của chúng là bảo vệ vật chủ bằng cách tiêu diệt các sinh vật truyền nhiễm.

Nghiên cứu về defensin của các loài thực vật và động vật khác nhau đã phát hiện ra rằng chúng có thể nhắm mục tiêu vào nhiều loại mầm bệnh gây bệnh. Chúng bao gồm vi khuẩn, nấm, vi rút và thậm chí cả tế bào ung thư.

Cách phổ biến nhất để defensin tiêu diệt các mầm bệnh này là gắn chúng vào màng ngoài – lớp giữ tế bào lại với nhau. Khi đó, defensin tạo ra các lỗ trên màng, làm cho các chất bên trong tế bào rò rỉ ra ngoài, giết chết tế bào trong quá trình này.

Điều gì đặc biệt về defensins của cá sấu?

Dù sống trong môi trường nước bẩn nhưng cá sấu hiếm khi bị nhiễm trùng dù chúng thường bị thương khi săn mồi và tranh giành lãnh thổ. Điều này cho thấy cá sấu có một hệ thống miễn dịch mạnh. Nhóm nghiên cứu muốn hiểu rõ hơn về cách các defensin của chúng đã thích nghi theo thời gian để bảo vệ chúng trong những môi trường khắc nghiệt này.

Bằng cách tìm kiếm trong bộ gen của cá sấu nước mặn, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng một loại defensin cụ thể, có tên là CpoBD13, có hiệu quả trong việc tiêu diệt nấm Candida albicans – nguyên nhân hàng đầu gây nhiễm nấm ở người trên toàn thế giới. Mặc dù một số defensin thực vật và động vật trước đây đã được chứng minh là nhắm vào nấm Candida albicans, nhưng cơ chế đằng sau hoạt động kháng nấm của CpoBD13 là điều làm cho nó trở nên độc đáo.

Đó là vì CpoBD13 có thể tự điều chỉnh hoạt động của nó dựa trên độ pH của môi trường xung quanh. Ở độ pH trung tính (ví dụ, trong máu), defensin không hoạt động. Tuy nhiên, khi nó đến vị trí nhiễm trùng có độ pH axit thấp hơn, defensin được kích hoạt và có thể giúp loại bỏ nhiễm trùng. Đây là lần đầu tiên cơ chế này được quan sát thấy trong một defensin.

Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra cơ chế này sau khi xác định cấu trúc của CpoBD13 bằng cách sử dụng quy trình gọi là tinh thể học tia X. Điều này liên quan đến việc “bắn” các tinh thể protein được phát triển trong phòng thí nghiệm bằng tia X công suất cao, điều mà các nhà khoa học có thể thực hiện tại Máy gia tốc của Úc.

Liệu nấm thực sự là một mối đe dọa cho sức khỏe con người?

So với nhiễm trùng do vi khuẩn và virus, nhiễm nấm thường không nghiêm trọng. Xét cho cùng, các đại dịch trong suốt lịch sử loài người chỉ do nguyên nhân từ vi khuẩn hoặc virus. Thật vậy, nấm thường được công chúng biết đến nhiều nhất là nguyên nhân gây nhiễm trùng bàn chân và móng chân của vận động viên – những tình trạng hầu như không đe dọa đến tính mạng.

Nhưng nấm có thể gây ra những vấn đề nghiêm trọng đối với sức khỏe con người, đặc biệt là ở những người có hệ thống miễn dịch bị suy giảm. Trên toàn cầu, khoảng 1,5 triệu ca tử vong mỗi năm là do nhiễm nấm.

Kho thuốc chống nấm hiện tại của chúng ta chỉ giới hạn ở một số ít thuốc. Hơn nữa, chúng ta chưa có một loại phương pháp điều trị kháng nấm mới nào kể từ đầu những năm 2000. Tệ hơn nữa, việc lạm dụng thuốc kháng nấm đã dẫn đến một số chủng nấm kháng thuốc.

Nhiệt độ toàn cầu tăng lên cũng khiến các vùng từng có khí hậu lạnh hơn trở nên “thân thiện” hơn với các loại nấm gây bệnh. Biến đổi khí hậu thậm chí còn liên quan đến sự xuất hiện của các loài kháng thuốc mới, chẳng hạn như nấm Candida auris.

Một chặng đường dài từ cá sấu đến phòng khám

Trong cuộc săn lùng các loại thuốc mới, nghiên cứu của nhóm được mô tả trong bài viết và những nghiên cứu tương tự rất quan trọng để tìm ra các loại kháng sinh tiềm năng trong tương lai. Bằng cách mô tả đặc điểm của defensin của cá sấu, nghiên cứu đã cung cấp nền tảng cần thiết để phát triển CpoBD13 thành một chất kháng nấm hiệu quả. Tuy nhiên, thực hiện các thử nghiệm lâm sàng là một quá trình lâu dài và tốn kém. Từ khám phá ban đầu, có thể mất từ 5 đến 20 năm để một loại thuốc mới được phê duyệt.

Hiện tại, các phương pháp điều trị dựa trên protein đôi khi có thể vô tình gây hại cho các tế bào khỏe mạnh của một người. Bằng cách sử dụng kiến thức về defensin của cá sấu, chúng ta có khả năng thiết kế các protein khác để đảm nhận cơ chế cảm nhận độ pH của CpoBD13. Vì vậy, chúng sẽ chỉ “bật” khi bị nhiễm trùng.

Mặc dù còn nhiều việc phải làm trước khi chúng ta nhìn thấy defensin của cá sấu trong phòng khám, nhưng chúng ta có thể hy vọng một ngày nào đó sẽ khai thác sức mạnh nguyên thủy độc nhất của hệ thống miễn dịch của cá sấu để hỗ trợ cuộc chiến toàn cầu chống lại bệnh truyền nhiễm.

Nguồn: The Conversation.