Cuộc chiến giữa con người và các vi sinh vật gây bệnh là một cuộc chiến không ngừng nghỉ, trong khi đó cán cân thắng thua thường xuyên dịch chuyển giữa hai bên.
Trong lịch sử nhân loại, ngoài những cuộc chiến tranh, nạn đói và thảm họa thiên nhiên thì bệnh truyền nhiễm cũng là nguyên nhân hàng đầu gây tử vong, đặc biệt là ở trẻ em. Đáng tiếc là 20 năm qua chúng ta đã chứng kiến sự nổi lên của các dòng vi khuẩn và nấm có khả năng kháng các loại thuốc kháng sinh thông thường ở những mức độ khác nhau, tạo ra mối đe dọa nghiêm trọng cho sức khỏe cộng đồng. Thủ phạm chính của tình trạng này là việc các bác sĩ kê đơn không thích hợp hoặc các bệnh nhân sử dụng thuốc kháng sinh một cách tràn lan. Trong khi đó, ngành dược phẩm đã trở nên tự mãn với những thành tựu của mình nên trong những năm gần đây rất ít loại thuốc kháng sinh mới được sản xuất hoặc phát triển để đáp lại mối nguy cơ nói trên.
Sự có mặt của vi khuẩn gram dương MRSA (Staphylococcus aureus kháng methixilin), đặc biệt trong các bệnh viện và trạm điều dưỡng, là một trong những nguyên nhân chính gây ra nhiều lo ngại hiện nay. Trong thời gian qua, những chủng mới của dòng vi khuẩn gây bệnh này đã xuất hiện trong các cộng đồng, gây bệnh truyền nhiễm cả ở những người trẻ tuổi khỏe mạnh. Ít được biết đến hơn nhưng cũng nguy hiểm không kém là sự xuất hiện của các dòng vi khuẩn gram âm như Acinetobacter baumannii (có khả năng kháng nhiều loại thuốc, đặc biệt thường gây bệnh lây nhiễm ở binh lính bị thương) và vi khuẩn sản sinh ra beta-lactamaza, còn được gọi là siêu vi khuẩn Ấn Độ.
Tuy một số thuốc kháng sinh mới có hiệu quả chống lại các vi khuẩn gram dương đã được đưa ra sử dụng hoặc hiện đang được thử nghiệm lâm sàng, nhưng tình hình ở các vi khuẩn gram âm đáng lo ngại hơn, vì vậy hiện đang có nhu cầu cấp thiết đối với việc phát triển những tác nhân chống vi khuẩn kiểu mới hoàn toàn, chưa được sử dụng đối với các vi khuẩn gây bệnh.
Kho báu peptit ở ếch
Từ xưa đến nay, những loài động vật có nọc rắn, ếch,…luôn là nguồn cảm hứng để các nhà nghiên cứu tìm kiếm những loại thuốc chữa bệnh mới.
Người có công đầu trong việc phát hiện da ếch có chứa rất nhiều loại peptit với hoạt tính sinh học phong phú là nhà dược phẩm học Vittorio Erspamer người Italia. Từ thập niên 1940 cho đến khi mất vào năm 1999, Erspamer đã xác định và miêu tả đặc điểm của nhiều amin và peptit có mặt trong da của hàng trăm giống ếch. Trong đó có nhiều peptit với hoạt tính trên cơ trơn mà về mặt cấu trúc có liên quan đến những peptit trong cơ thể con người. Trong môi trường thiên nhiên, những hợp chất này cũng như các độc tố khác trong da ếch có thể đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ ếch chống lại các động vật ăn thịt.
Trong cuộc đời của chúng, ếch và cóc nhái thường phải sống trong môi trường nóng ẩm, có lợi cho sự sinh sôi nảy nở của các vi khuẩn và nấm nguy hiểm. Vì vậy, không có gì ngạc nhiên khi chúng phát triển hệ phòng ngự để bảo vệ da trước sự xâm nhập của các vi sinh vật gây bệnh. Tuyến bài tiết trong da ếch liên tục tiết chất nhờn làm ướt bề mặt da. Những chất này thường chứa các peptit với hàm lượng rất cao, có khả năng xâm nhập tế bào và có hoạt tính ức chế tăng trưởng chống lại vi khuẩn cũng như nấm gây bệnh.
Những peptit trên da ếch tạo thành một thành phần của hệ miễn dịch bẩm sinh – tuyến phòng ngự hàng đầu chống lại bệnh truyền nhiễm do vi khuẩn và nấm gây ra. Các peptit chống vi khuẩn này cũng có hoạt tính chống các vi sinh vật gây bệnh truyền nhiễm ở con người. Y học dân gian ở nhiều nước, đặc biệt là các nước Đông Á, cho rằng chiết xuất từ da ếch có khả năng hỗ trợ lành vết thương nhờ ngăn ngừa nhiễm trùng. Nhưng khác với thuở xa, ngày nay người ta có thể thu được các chất bài tiết từ da ếch bằng những quy trình không gây nguy hiểm (tiêm chất dẫn truyền thần kinh noradrenalin), sau đó những con ếch sẽ được thả ra ngoài trời.
Các peptit chống vi khuẩn, thu được từ da ếch, thường gồm có 10-48 axit amin. Các peptit này không tiêu diệt tế bào theo một cơ chế đơn nào và cũng không tương tác với cơ quan thụ cảm cụ thể nào của vi khuẩn, tác động của chúng nhìn chung bao gồm sự liên kết không đặc trưng vào màng tế bào của vi khuẩn. Peptit có khả năng tự chèn vào lớp photpholipit kép của màng tế bào, dẫn đến việc màng tế bào bị phá vỡ và phân hủy thành các bọng nước với peptit bao bọc xung quanh. Nhìn chung, ếch bài tiết các loại peptit với cường độ và đặc tính khác nhau, vì vậy tạo ra sự bảo vệ trong phạm vi rộng chống lại các tác nhân xâm nhập gây bệnh.
Không phải tất cả các giống ếch đều có khả năng sản sinh ra peptit chống vi khuẩn, những giống ếch có khả năng này tương đối hiếm. Hiện nay, đại đa số trong khoảng 1000 loại peptit chống vi khuẩn đã được tinh chế từ các giống ếch thuộc họ Hylidae, sống tự do ở các vùng Trung Mỹ, Nam Mỹ và Ôxtrâylia, và các giống ếch thuộc họ Ranidae, sống ở các vùng Âu Á và Bắc Mỹ.
Những ưu điểm và nhược điểm của peptit
Vi khuẩn gây bệnh có khả năng kháng các loại thuốc phổ biến hiện nay thường dễ bị tổn thương trước các tác nhân chống nhiễm trùng được sản xuất từ peptit. Chế độ hoạt động không đặc trưng và khả năng hủy hoại cao của peptit khiến cho các vi sinh vật gây bệnh ít có khả năng trở nên kháng thuốc. Tuy đôi khi các chủng vi khuẩn nuôi cấy trong phòng thí nghiệm cũng phát triển khả năng kháng peptit sau khi chịu tác động lặp đi lặp lại của peptit, nhưng những trường hợp này xảy ra với tỷ lệ thấp hơn nhiều bậc so với các thuốc kháng sinh thông thường.
Nhiều loại peptit từ da ếch có hoạt tính phổ rộng chống vi khuẩn, chúng có tiềm năng cao chống lại cả vi khuẩn gram âm và vi khuẩn gram dương cũng như các loại men gây bệnh. Các peptit không tác động theo cơ chế kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn mà hầu như luôn luôn tác động nhanh để diệt vi khuẩn: Chúng giết chết tế bào mà không ngăn ngừa quá trình tăng trưởng của tế bào.
Tuy nhiên, việc tổng hợp peptit quy mô lớn (cho dù bằng phương pháp hóa học hay công nghệ DNA tái tổ hợp) và tinh chế chúng cho đến khi đạt tiêu chuẩn dược phẩm đòi hỏi phải tốn rất nhiều công sức và chi phí.
Ngoài ra, các peptit từ da ếch sống trong tự nhiên với hoạt tính chống vi khuẩn phổ rộng cũng gây hại ở một mức độ nào đó đối với các tế bào trong cơ thể con người. Ví dụ, chúng gây ra chứng tan huyết đối với hồng huyết cầu bằng cách thâm nhập màng tế bào hồng cầu, nhìn chung ở nồng độ cao hơn nồng độ có thể giết chết tế bào của vi khuẩn.
Một trở ngại khác của việc phát triển các thuốc chống nhiễm trùng trên cơ sở peptit là thời gian bán hủy của chúng trong hệ tuần hoàn khá ngắn, đặc biệt nếu chúng được sử dụng một cách hệ thống. Tuy nhiên, nếu sử dụng ở dạng thuốc xịt hay dầu xoa để đưa lên da nhiễm trùng hoặc các vết thương trên da thì peptit có thể thâm nhập lớp sừng – lớp ngoài cùng của biểu bì để tiêu diệt các vi sinh vật. Vì vậy các ứng dụng điều trị trong tương lai có khả năng sẽ nghiêng về hướng điều trị cục bộ hơn là điều trị hệ thống.
Hiệu quả chống nhiễm trùng
Hoạt tính chống vi khuẩn và nấm của peptit da ếch cũng như độc tính của chúng đối với tế bào trong cơ thể con người được xác định bởi một số yếu tố như cường độ điện tích phân tử, sự phân bố điện tích trên bề mặt peptit, mức độ kỵ nước và độ bền hình dạng. Màng tế bào của vi khuẩn thường giàu photpholipit và lipopolysaccarit tích điện âm, trong khi đó màng huyết tương của tế bào ở động vật có vú thường chứa phopholipit, ion lưỡng tính“ với tỷ lệ cao hơn nhiều, cùng với các cholesterol và este cholesterol không tích điện. Về nguyên tắc, sự tăng điện tích dương trên peptit chống vi khuẩn sẽ hỗ trợ các tương tác với màng tế bào tích điện âm của vi khuẩn và làm tăng tiềm năng chống vi khuẩn mà không tăng độc tính đối với tế bào trong cơ thể con người.
Chiến lược tác động như trên đã chứng tỏ là có hiệu quả trên thực tế và dẫn đến việc phát triển các chất tương tự như peptit da ếch với tiềm năng chống vi khuẩn cao hơn đáng kể, nhưng có độc tính thấp hơn đối với tế bào trong cơ thể con người.
Một số peptit với khả năng chữa bệnh hiệu quả hơn đã được điều chế bằng cách sử dụng L-lysin (axit amin có tính kiềm mạnh) để thế các axit amin thích hợp có tính axit hoặc trung tính trên bề mặt kỵ nước của đường xoắn ốc alpha.
Kết quả thử nghiệm hiện nay cho thấy, ở nồng độ thấp hơn 10 microM peptit nhìn chung ức chế sự tăng trưởng của vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh, nhưng ở nồng độ dưới 200 microM không gây ra tan huyết đối với hồng cầu. Như vậy, tính theo mol thì tiềm năng chống vi khuẩn của peptit tương đương với các thuốc kháng sinh tiêu chuẩn hiện đang được sử dụng.
Tiềm năng chữa bệnh
Hơn 20 năm đã trôi qua từ khi các nhà khoa học phát hiện magainin trong da của một giống ếch châu Phi. Đó là những peptit đầu tiên của động vật lưỡng cư mà hoạt tính chống vi khuẩn đã được các nhà nghiên cứu khác nhau trên thế giới miêu tả và xác định độc lập. Từ đó đến nay, khoảng 1000 peptit đã được tách từ các chất bài tiết trong da những con ếch thuộc các họ khác nhau.
Nhưng mặc dù đã được chứng minh là có hoạt tính phổ rộng chống các chủng vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh và một số loài nấm gây bệnh, các peptit chống nhiễm trùng vẫn chưa được chấp nhận sử dụng trong thực hành lâm sàng. Một chất tương tự như magainin và có chứa lysin là pexiganan axetat (MSI-78) đã thể hiện tiềm năng rõ rệt như tác nhân chống nhiễm trùng khi điều trị cục bộ các vết loét nhiễm trùng chân ở bệnh nhân tiểu đường và điều trị các bệnh chốc lở. Tuy nhiên, Cục thực phẩm và dược phẩm Mỹ chưa chấp thuận cho lưu hành pexiganan axetat trên thị trường với lý do là hiệu quả của nó chưa được biểu thị đủ rõ ràng.
Để có thể tiếp tục đạt được tiến bộ trên lĩnh vực này, các nhà khoa học đang tích cực tìm kiếm những ứng dụng lâm sàng mới cho peptit. Ví dụ, gần đây tại một số trung tâm nghiên cứu người ta đã xác định nhiều chất tương tự như peptit da ếch và không có độc tính, có tiềm năng đóng vai trò kép (điều trị cả nhiễm trùng và viêm) trong điều trị các bệnh da thông thường như mụn trứng cá. Ngoài việc tiêu diệt tế bào của tác nhân lây nhiễm chính, các peptit còn ngăn ngừa sự giải phóng các xytokinin tăng viêm, do đó giúp giảm đáp ứng viêm nhiễm sau khi da bị vi khuẩn tấn công.
Trong cuộc chiến chống các loại vi khuẩn và siêu vi khuẩn, việc sử dụng các tác nhân điều trị khác nhau, kể cả các peptit lấy từ da ếch, cũng sẽ không giúp con người loại bỏ hoàn toàn các siêu vi khuẩn. Các dòng vi khuẩn gây bệnh sẽ dần dần phát triển khả năng kháng thuốc bằng cách thay đổi thành phần phopholipit của màng tế bào để giảm sự liên kết của peptit và tạo ra những enzym có khả năng phân hủy peptit. Cuộc chiến này sẽ tiếp diễn, nhưng những công cụ hỗ trợ lấy từ thiên nhiên như peptit da ếch có thể giúp con người “mua thời gian” để trong khi đó phát triển những loại thuốc kháng sinh kiểu mới.
Source: HV, theo Chemistry & Industry, 4-2012. Tạp chí CN Hoá chất, Số 8/2013.