Điểm yếu của vi khuẩn gây bệnh

Hiện nay, kháng sinh vẫn là vũ khí quan trọng nhất chống lại nhiễm trùng do vi khuẩn. Tuy nhiên, y học đang phải đối mặt với sự thiếu hụt “đạn dược” do ngày càng có nhiều trường hợp kháng kháng sinh. Các nhà khoa học từ Đại học Kỹ thuật Munich và Viện sinh lý học phân tử Max Planck đã làm sáng tỏ cấu trúc phức hợp ClpX-ClpP phân giải protein. Đây là chìa khóa để phát triển các loại kháng sinh mới với mục tiêu tập trung vào chu trình phân giải protein bất hoạt ở vi khuẩn.

Hàng năm, khoảng 700,000 người ở Châu Âu bị nhiễm trùng do các vi khuẩn kháng kháng sinh, trong đó xấp xỉ 33,000 người chết. Mặc dù đây là mối lo ngại lớn và đang gia tăng nhưng hiện nay có rất ít kháng sinh mới được phát hiện và cấp phép trong vài thập kỷ qua. Hiện vẫn chưa có bước tiến mới trong xử lý các vi khuẩn kháng khắng sinh. Đó là lý do tại sao cần tập trung tích cực tìm ra các điểm mới để tấn công vi khuẩn gây bệnh và phát triển các loại kháng sinh mới dựa trên các điểm yếu này.

Cơ chế diệt vi khuẩn mới

Một điểm đặc biệt nổi bật đối với liệu pháp kháng khuẩn là enzyme phân giải protein có tên ClpP: một mặt nó đóng vai trò quan trọng trong các quá trình chuyển hóa của vi khuẩn, mặt khác nó đảm bảo sự kiểm soát quá trình phân giải của protein bất hoạt. Để thực hiện điều này, protein ClpX được coi như là chất hỗ trợ ban đầu. Trong phức hợp với ClpP, ClpX nhận diện các protein cần được phân giải, tháo gỡ và dẫn chúng vào vùng hoạt động phân giải. Các nhà khoa học trong nhóm dẫn đầu bởi giáo sư Stephan Sieber, Đại học Kỹ thuật Munich (TUM) và giáo sư Stefan Raunser, Giám đốc Viện sinh lý học phân tử Max Planck ở Dortmund, đã làm sáng tỏ cấu trúc ba chiều của phức hợp phân giải protein ClpP, từ đó tạo nên tiền đề quan trọng cho các định hướng nghiên cứu dược lý trong tương lai.

(Ảnh minh họa: Mô hình cấu trúc phức hợp protein ClpX-ClpP)

(Nguồn: mpg.de)

Một nhóm kháng sinh tiềm năng mới, được gọi là kháng sinh acyldepsipeptide (ADEP) – cũng có sự thoái hóa không kiểm soát thông qua ClpP mà không cần sự hỗ trợ của ClpX. Kết quả là các protein quan trọng cũng bị phá hủy dẫn đến cái chết của vi khuẩn. Cơ chế hoạt động độc đáo này có tiềm năng cải tiến đáng kể trong cuộc chiến chống lại các vi khuẩn gây bệnh. Trong khi các kháng sinh thông thường hoạt động thông qua sự ức chế các quá trình quan trọng, đối với phát hiện này hiệu quả kháng khuẩn đạt được thông qua sự kích hoạt một quá trình sinh học của tế bào.

Vô hiệu hóa vi khuẩn

Bên cạnh phân giải các protein bất hoạt, ClpP cũng là một chất điều hòa trong việc tạo ra các độc tố gây bệnh. Nhóm nghiên cứu do giáo sư Stephan Sieber dẫn đầu ở TUM đã nghiên cứu thành công ClpP trong nhiều năm, và đã phát triển một số lượng lớn các chất ức chế mạnh chống lại ClpP và ClpX làm ngăn chặn việc sản sinh các độc tố, do đó ít nhiều vô hiệu hóa chúng.

Những khả năng mới thông qua việc làm sáng tỏ cấu trúc của ClpX-ClpP

Cho đến nay cấu trúc phức hợp ClpX-ClpP vẫn chưa được biết một cách tường tận. Dr. Christos Gatsogiannis, nghiên cứu viên trong nhóm của giáo sư Stefan Raunser tại MPI hiện giám sát kết quả này bằng kính hiển vi điện tử lạnh đông.

Với công nghệ này, họ đã chứng minh rằng ADEP và ClpX gắn vào ClpP tại cũng một điểm, nhưng kiểm soát quá trình phân giải protein theo cách khác: trong khi ClpX không làm thay đổi cấu trúc của ClpP, ADEP làm thay đổi phức hợp không được định hướng. Do đó, protein nguyên vẹn cũng bị phân giải mà không bị kiểm soát và không có sự hỗ trợ của ClpX. Việc làm rõ cơ chế này của các nhóm nghiên cứu từ Dortmund và Munich là một cột mốc quan trọng trên con đường phát triển các chất kháng sinh mới hướng đến ClpP

Theo Sciencedaily

Lê Mỹ Tiểu Ngọc – Nguyễn Đức Huy, PTN Công nghệ enzyme và protein