Vi khuẩn đã học được cách chống lại kháng sinh như thế nào?

Kháng kháng sinh là hiện tượng xảy ra khi mầm bệnh hay vi khuẩn không bị tiêu diệt bởi thuốc kháng sinh. Chúng không những tồn tại mà còn sinh sản ra những thế hệ vi khuẩn mới, cũng có đặc tính kháng thuốc và hóa chất điều trị nhiễm trùng.

Theo thống kê của "Chương trình Đánh giá Kháng kháng sinh" được tài trợ bởi chính phủ Anh, hàng năm trên thế giới có 700.000 ca tử vong bởi vi khuẩn kháng thuốc. Ước tính con số sẽ tăng lên đến 10 triệu người vào năm 2050.

Vậy những con vi khuẩn đã làm thế nào để chống lại những viên thuốc từng được coi là thần dược của tây y và tạo nên cơn ác mộng cho loài người? Chúng ta hãy cùng tìm hiểu điều đó.

Vi khuẩn đã kháng thuốc như thế nào?

Thuốc kháng sinh hoạt động như thế nào

Kháng sinh hoạt động để chống lại vi khuẩn gây bệnh. Chúng là những sinh vật đơn bào có kích thước vài phần nghìn milimét, sinh sống và gây viêm nhiễm ở đâu đó trong cơ thể chúng ta. Khi được đưa vào cơ thể, kháng sinh sẽ tiếp cận và tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh theo các cơ chế chính:

• Tấn công trực tiếp thành tế bào, khiến chúng mất khả năng tự bảo vệ khỏi môi trường
• Can thiệp vào quá trình tổng hợp protein
• Tàn phá các quá trình trao đổi chất
• Ngăn chặn sự tổng hợp DNA và RNA

Khi một vi khuẩn kháng thuốc, chúng có khả năng vô hiệu hóa một phần hoặc toàn bộ các cơ chế này của kháng sinh theo các cách dưới đây:

Xây dựng hệ thống phòng thủ

Khi không muốn gặp một ai đó, bạn tránh mặt họ, chặn số điện thoại và mọi hình thức liên lạc khác. Vi khuẩn kháng thuốc sử dụng một chiến lược tương tự đối với kháng sinh. Chúng thay đổi tính thẩm thấu của màng tế bào. Bằng cách này ngăn chặn hoàn toàn hoặc hạn chế cho phép kháng sinh xâm nhập được vào trong tế bào để phá hủy tổ chức của chúng.

Một chiến lược khác của vi khuẩn là chúng cho phép kháng sinh vào bên trong. Nhưng sẽ tạo ra một số phân tử giống như vệ sĩ gác cửa. Chúng sẵn sàng tống cổ kháng sinh ra khỏi tế bào ngay khi bước vào. Một số vi khuẩn sử dụng các máy bơm, lấy năng lượng ATP để bắn thuốc kháng sinh ra khỏi cơ thể chúng.

Ngụy trang mục tiêu

Nhiều kháng sinh làm việc bằng cách chọn một mục tiêu cụ thể của vi khuẩn, ví dụ như bộ phận sản xuất protein của chúng. Sau đó, kháng sinh cô lập bộ phận này khiến vi khuẩn không thể sử dụng chúng và chết vì thiếu nguồn cung protein.

Để đối phó với diễn biến này, vi khuẩn thay đổi cấu trúc của các bộ phận mục tiêu để kháng sinh không còn nhận ra nó. Về cơ bản, dù cho kháng sinh có vào được tế bào, nó cũng không biết làm gì khi các mục tiêu đã được ngụy trang và không nhận ra nổi.

Phản công lại kháng sinh

Đây là chiến thuật kháng kháng sinh cực đoan nhất. Thay vì chỉ sử dụng hệ thống phòng thủ và ngụy trang, vi khuẩn sản xuất một số loại enzyme để chiến đấu trực tiếp với kẻ thù của mình. Chúng làm giảm hoặc bất hoàn toàn tính kháng khuẩn của thuốc. Ví dụ như enzyme beta-lactamse được sản sinh bởi một số vi khuẩn đã đánh bại hoàn toàn penicillin.

Trong hàng triệu vi khuẩn, tồn tại những cá thể có khả năng kháng kháng sinh tự nhiên.

Tất cả những chiến thuật trên đều rất tinh tế, nhưng làm thế nào mà vi khuẩn có thể học được điều này

Trên thực tế, đội quân vi khuẩn có số lượng rất lớn và không phải con nào cũng giống con nào. Tuy nhiên, phân tử thuốc kháng sinh thì giống hệt nhau, chúng không đạt đến sự đa dạng như vi khuẩn. Trong hàng triệu vi khuẩn, có xác xuất tồn tại một vài cá thể tự nhiên có khả năng sử dụng một trong số 3 chiến thuật trên để kháng thuốc.

Khi kháng sinh đã tiêu diệt hết toàn bộ những vi khuẩn nhạy thuốc, các cá thể vi khuẩn kháng thuốc tiếp tục tồn tại và sinh sản. Thế hệ sau của chúng sẽ thay thế những vi khuẩn đã chết và chúng hoàn toàn kháng thuốc.

Một kịch bản khác, vi khuẩn có thể học được các chiến thuật trên bằng cách truyền cho nhau những đoạn mã DNA. Trong đó có chứa cách để ngụy trang một cơ quan hay tạo ra enzyme chống lại kháng sinh.

Một vi khuẩn thông thường có thể nhận gen mã hóa này thông qua nhiều cách. Ví dụ, trong quá trình biến nạp, chúng nhận DNA trần từ một vi khuẩn khác. Hoặc khi một vi khuẩn kháng thuốc chết và nổ tung, chúng giải phóng các mảnh DNA vào môi trường. Các vi khuẩn khác sẽ "nhặt" chúng lại và tái tạo thành các gen kháng thuốc.

Quá trình vi khuẩn kháng kháng sinh tồn tại và phát triển thành quần thể.

Không may rằng dù cho vi khuẩn có học được cách kháng thuốc theo bất kì hình thức nào, chúng cũng sẽ truyền lại khả năng này cho thế hệ tiếp theo. Đó là hệ quả cơ bản của ý tưởng chọn lọc tự nhiên trong thuyết tiến hóa của Darwin được gọi là "sự sống sót của kẻ thích nghi tốt nhất".

Kết quả cuối cùng là chúng ta phải chiến đấu với một quần thể vi khuẩn kháng thuốc, từ thế hệ này sang thế hệ khác. Các công ty dược phẩm e dè trong việc phát triển kháng sinh mới, bởi cứ sau một vài năm vi khuẩn kháng thuốc bắt đầu xuất hiện.

Tuy nhiên, không phải vậy mà con người sẽ thua trong cuộc chiến này. Hiện tại, chúng ta đang có khoảng 100 loại thuốc kháng sinh khác nhau. Hiểu rõ cơ chế kháng thuốc của vi khuẩn, các nhà khoa học một mặt vẫn sẽ tiếp tục điều chế thêm các loại kháng sinh mới. Mặt khác, họ cũng đang đi tìm những phương pháp tiêu diệt vi khuẩn "nhờn thuốc", ví dụ như sử dụng công nghệ nano hứa hẹn đưa nhân loại ra khỏi cơn ác mộng của kháng kháng sinh.