Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà khoa học đã sử dụng một liệu pháp thực nghiệm dựa trên các vi-rút gây nhiễm vi khuẩn được thu thập, một phần, thông qua chương trình BIỂN-PHAGES của HHMI để chống lại nhiễm trùng Mycobacterium ở một cô gái 15 tuổi.
Bệnh nhân, một cô gái 15 tuổi, đã đến Bệnh viện Great Ormond Street ở London để ghép phổi.
Đó là mùa hè năm 2017, và phổi của cô đã phải vật lộn để đạt được thậm chí một phần ba chức năng bình thường của họ. Cô bị xơ nang, một căn bệnh di truyền làm tắc nghẽn phổi với chất nhầy và bệnh nhân bị nhiễm trùng dai dẳng. Trong tám năm, cô đã dùng thuốc kháng sinh để kiểm soát hai chủng vi khuẩn cứng đầu.
Vài tuần sau khi cấy ghép, các bác sĩ nhận thấy vết đỏ ở vị trí vết thương phẫu thuật của cô và có dấu hiệu nhiễm trùng ở gan. Sau đó, họ nhìn thấy các nốt sần – túi vi khuẩn đẩy lên qua da – trên tay, chân và mông của cô. Nhiễm trùng của cô gái đã lan rộng, và thuốc kháng sinh truyền thống không còn tác dụng.
Bây giờ, một phương pháp điều trị cá nhân mới đang giúp cô gái chữa lành. Việc điều trị dựa vào vi khuẩn kỹ thuật di truyền, vi rút có thể lây nhiễm và tiêu diệt vi khuẩn. Trong sáu tháng tiếp theo, gần như tất cả các nốt sần trên da của cô gái biến mất, vết thương phẫu thuật của cô bắt đầu đóng lại và chức năng gan của cô được cải thiện, báo cáo của các nhà khoa học ngày 8 tháng 5 năm 2019, trên tạp chí Nature Medicine .
Graham Hatfull, Giáo sư Viện Y học Howard Hughes (HHMI) tại Đại học Pittsburgh cho biết, công trình này là lần đầu tiên chứng minh việc sử dụng vi khuẩn được thiết kế an toàn và hiệu quả ở bệnh nhân người. Một điều trị như vậy có thể cung cấp một cách tiếp cận cá nhân để chống lại vi khuẩn kháng thuốc. Nó thậm chí có khả năng được sử dụng rộng rãi hơn để kiểm soát các bệnh như bệnh lao.
“Ý tưởng là sử dụng vi khuẩn làm kháng sinh – như một thứ chúng ta có thể sử dụng để tiêu diệt vi khuẩn gây nhiễm trùng”, Hatfull nói.
Thợ săn phage
Vào tháng 10 năm 2017, Hatfull đã nhận được email đặt nhóm của mình vào một nhiệm vụ tìm kiếm vi khuẩn kéo dài hàng tháng.
Một đồng nghiệp tại bệnh viện Luân Đôn đã đặt ra trường hợp: hai bệnh nhân, cả hai đều là thanh thiếu niên. Cả hai đều bị xơ nang và đã được ghép phổi để giúp phục hồi chức năng phổi. Cả hai đều bị nhiễm mạn tính với các chủng Mycobacterium , họ hàng của vi khuẩn gây bệnh lao.
Các bệnh nhiễm trùng đã ổn định trong nhiều năm trước và bùng lên sau khi cấy ghép. “Những con bọ này không phản ứng với kháng sinh”, Hatfull nói. “Chúng là những chủng vi khuẩn kháng thuốc cao.”
Nhưng có lẽ một cái gì đó khác có thể giúp đỡ. Hatfull, một nhà di truyền học phân tử, đã dành hơn ba thập kỷ để tích lũy một bộ sưu tập vi khuẩn, hoặc phage khổng lồ từ môi trường. Đồng nghiệp của Hatfull đã hỏi liệu bất kỳ trong số các phage này có thể nhắm mục tiêu các chủng của bệnh nhân.
Đó là một ý tưởng huyền ảo, Hatfull nói, và anh ta bị thu hút. Bộ sưu tập phage của anh-lớn nhất thế giới – nằm trong khoảng 15.000 lọ và chứa đầy các kệ của hai tủ đông cao sáu feet trong phòng thí nghiệm của anh. Chúng đã được thu thập từ hàng ngàn địa điểm khác nhau trên toàn thế giới – và phần lớn là của sinh viên.
Hatfull dẫn đầu một chương trình HHMI có tên BIỂN-PHAGES cung cấp cho sinh viên năm nhất đại học và sinh viên năm hai cơ hội săn lùng các phage. Năm 2018, gần 120 trường đại học và cao đẳng và 4.500 sinh viên trên toàn quốc đã tham gia chương trình, có sự tham gia của hơn 20.000 sinh viên trong thập kỷ qua.
Có hơn một tỷ (gấp bốn triệu lần một triệu) phage trong bụi bẩn, nước và không khí. Sau khi thử nghiệm các mẫu để tìm một phage, sinh viên nghiên cứu nó. Họ sẽ thấy nó trông như thế nào dưới kính hiển vi điện tử, sắp xếp bộ gen của nó, kiểm tra mức độ lây nhiễm và tiêu diệt vi khuẩn, và tìm ra nơi phù hợp với cây họ phage.
“Chương trình này thu hút sinh viên bắt đầu vào khoa học thực sự”, David Asai, giám đốc cao cấp của HHMI về giáo dục khoa học và giám đốc chương trình BIỂN-PHAGES nói. “Bất cứ điều gì họ khám phá là thông tin mới.” Thông tin sinh học cơ bản đó có giá trị, ông nói. “Bây giờ bộ sưu tập phage đã thực sự góp phần giúp đỡ một bệnh nhân.”
Đó không phải là mục đích ban đầu của chương trình, Asai và Hatfull nói. “Tôi có cảm giác rằng bộ sưu tập này rất mạnh mẽ để giải quyết tất cả các loại câu hỏi trong sinh học,” Hatfull nói. “Nhưng chúng tôi đã không nghĩ rằng chúng tôi đã từng đi đến điểm sử dụng các phage này một cách trị liệu.”
Liệu pháp thí nghiệm
Ý tưởng về liệu pháp phage đã có từ gần một thế kỷ. Nhưng cho đến gần đây, không có nhiều dữ liệu về tính an toàn và hiệu quả của việc điều trị. Năm 2017, các bác sĩ ở San Diego, California, đã sử dụng thành công các phage để điều trị cho bệnh nhân bị vi khuẩn đa kháng thuốc. Trường hợp đó, và sự gia tăng của kháng kháng sinh, đã thúc đẩy sự quan tâm đến các phage, Hatfull nói.
Chưa đầy một tháng sau khi nghe tin về hai bệnh nhân bị nhiễm bệnh ở London, anh đã nhận được các mẫu vi khuẩn của họ. Nhóm của ông đã tìm kiếm bộ sưu tập của họ để tìm các phage có khả năng nhắm mục tiêu đến vi khuẩn.
Họ đã thử nghiệm các phage riêng lẻ được biết là lây nhiễm họ hàng vi khuẩn của các chủng bệnh nhân và trộn hàng ngàn phage khác lại với nhau và kiểm tra rất nhiều. Họ đang tìm kiếm thứ gì đó có thể làm sạch màng vi khuẩn màu trắng phát triển trên đĩa nhựa trong phòng thí nghiệm. Nếu một phage có thể làm điều đó, nhóm nghiên cứu lý luận, nó có thể chống lại nhiễm trùng của bệnh nhân.
Vào cuối tháng 1, nhóm nghiên cứu đã tìm thấy một người chiến thắng – một phage có thể tấn công vào chủng đã lây nhiễm một trong những thanh thiếu niên. Nhưng họ đã quá muộn, Hatfull nói. Bệnh nhân đã chết hồi đầu tháng đó. “Đây thực sự là những bệnh nhiễm trùng nghiêm trọng, đe dọa đến tính mạng”, ông nói.
Nhóm của ông đã có một vài dẫn cho bệnh nhân thứ hai, mặc dù: ba phage, được đặt tên là Muddy, ZoeJ và BP. Bùn có thể lây nhiễm và tiêu diệt vi khuẩn của cô gái, nhưng ZoeJ và BP không hiệu quả lắm. Vì vậy, Hatfull và các đồng nghiệp đã điều chỉnh bộ gen của hai phage để biến chúng thành kẻ giết vi khuẩn. Họ đã loại bỏ một gen cho phép các phage sinh sản vô hại trong một tế bào vi khuẩn. Không có gen, các phage sinh sản và vỡ ra khỏi tế bào, phá hủy nó. Sau đó, họ kết hợp bộ ba thành một ly cocktail phage, tinh chế nó và kiểm tra nó cho an toàn.
Vào tháng 6 năm 2018, các bác sĩ đã tiêm cocktail cho bệnh nhân qua IV hai lần mỗi ngày với một tỷ hạt phage trong mỗi liều. Sau sáu tuần, quét gan cho thấy rằng nhiễm trùng về cơ bản đã biến mất. Ngày nay, chỉ còn một hoặc hai nốt sần trên da của cô gái. Hatfull có nhiều hy vọng: vi khuẩn chưa cho thấy bất kỳ dấu hiệu nào về khả năng kháng các phage và nhóm của anh ta đã chuẩn bị một phage thứ tư để thêm vào hỗn hợp.
Tìm kiếm các phage phù hợp cho mỗi bệnh nhân là một thách thức lớn, Hatfull nói. Một ngày nào đó, các nhà khoa học có thể pha chế một loại cocktail phage hoạt động rộng hơn để điều trị các bệnh, như nhiễm trùng Pseudomonas đe dọa bệnh nhân bỏng.
“Chúng tôi sắp xếp trong lãnh thổ chưa được khám phá,” anh nói. Nhưng những điều cơ bản trong trường hợp của người phụ nữ trẻ là khá đơn giản, ông nói thêm. “Chúng tôi đã thanh lọc các phage, chúng tôi đã đưa chúng cho bệnh nhân và bệnh nhân đã khỏe hơn.”
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Viện Y khoa Howard Hughes . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :