Phương pháp tiêm chủng mới biến vết muỗi đốt thành chất tăng cường miễn dịch
Các nhà nghiên cứu từ WEHI (Melbourne, Úc) đã phát hiện ra một phương pháp mới giúp ngăn ngừa bệnh sốt rét, có thể một ngày nào đó biến vết muỗi đốt từ nguồn lây nhiễm chết người thành chất tăng cường miễn dịch chống lại căn bệnh này. Nhóm nghiên cứu người Úc đã chứng minh một phương pháp tiêm chủng mới có thể kích hoạt hệ miễn dịch chống lại KSTSR trước khi chúng gây bệnh và những vết muỗi đốt sau đó sẽ đóng vai trò như những liều tăng cường để củng cố khả năng miễn dịch theo thời gian.
Phương pháp này đã bảo vệ chuột khỏi bệnh sốt rét trong suốt thời gian nghiên cứu, một kết quả hiếm hoi có thể cung cấp thông tin hữu ích cho việc phát triển các chiến lược phòng ngừa thế hệ tiếp theo đối với một trong những bệnh truyền nhiễm nguy hiểm nhất thế giới. Một số điểm nổi bật:
+ Các nhà nghiên cứu của WEHI đã phát triển một phương pháp tiêm chủng mới biến vết muỗi đốt thành tác nhân tăng cường miễn dịch liên tục, trong một nghiên cứu mang tính đột phá được công bố trên tạp chí Science;
+ Nghiên cứu tiền lâm sàng này là nghiên cứu đầu tiên nhắm mục tiêu vào KSTSR ở giai đoạn cuối tại gan bằng cách sử dụng một loại thuốc chống sốt rét tiềm năng được phát hiện bởi WEHI và công ty dược phẩm sinh học toàn cầu MSD (tên thương mại của Merck & Co., Inc., Rahway, NJ, USA), kích hoạt phản ứng miễn dịch mạnh mẽ và đa tầng bất thường;
+ Phương pháp này giúp bảo vệ chuột khỏi mắc bệnh trong tối đa 02 năm, một khoảng thời gian tương đương với hai mùa sốt rét trong điều kiện thực tế.
Mỗi năm, hơn 600.000 người, chủ yếu là phụ nữ mang thai và trẻ em dưới 5 tuổi tử vong vì bệnh sốt rét. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), cứ hai phút lại có một trẻ em ở Châu Phi chết vì sốt rét. Với tình trạng kháng thuốc ngày càng trầm trọng làm suy yếu công tác kiểm soát sốt rét, nhu cầu cấp thiết đặt ra là cần có các loại thuốc và chiến lược mới có thể ngăn chặn nhiễm trùng trước khi chúng có cơ hội phát triển. Trong nghiên cứu tiền lâm sàng được công bố trên tạp chí Science, các nhà nghiên cứu đã phát triển một chiến lược miễn dịch mới, kết hợp KSTSR do muỗi truyền với một nhóm hợp chất thuốc chống sốt rét đang được nghiên cứu, do WEHI và MSD phát triển.
Các hợp chất này đã ngăn chặn sự phát triển của KSTSR ở giai đoạn quan trọng trong vòng đời của bệnh sốt rét, ngăn ngừa bệnh và kích hoạt phản ứng miễn dịch mạnh mẽ, tạo ra sự bảo vệ lâu dài chống lại bệnh sốt rét. Những vết muỗi đốt sau đó sẽ củng cố khả năng miễn dịch và bảo vệ này. Tác giả chính và trưởng phòng thí nghiệm WEHI, Phó Giáo sư Justin Boddey cho biết, những phát hiện này là một ví dụ về một loại thuốc tiềm năng có khả năng kích hoạt mạnh mẽ hệ thống miễn dịch trước khi bệnh bắt đầu.
Sử dụng hợp chất thuốc mới này, họ đã tìm ra cách biến vết muỗi đốt, chính là tác nhân truyền bệnh sốt rét, thành sự kiện tiêm chủng ở chuột. Điều này đánh dấu một bước ngoặt trong cách thức sử dụng thuốc để phòng ngừa bệnh sốt rét. Các hợp chất này có khả năng bẫy KSTSR ở giai đoạn cuối cùng của quá trình phát triển trong gan, ngay trước khi chúng xâm nhập vào máu và gây bệnh. Cho đến nay, chưa có phương pháp điều trị bằng thuốc nào có thể ngăn chặn ký sinh trùng ở thời điểm miễn dịch lý tưởng này.
Giáo sư Boddey cho biết điều này có nghĩa là KSTSR đã bị chặn lại ngay trước khi nó có thể gây bệnh, đồng thời giúp hệ thống miễn dịch có cái nhìn đầy đủ hơn về các mối đe dọa tiềm tàng. Phản ứng miễn dịch được tạo ra chỉ cần một liều lượng KSTSR rất nhỏ nhưng lại rộng hơn và kéo dài hơn so với hầu hết các phương pháp tiêm chủng hiện nay. Điều này là do phương pháp của họ cho phép KSTSR nhân lên và sau đó kích hoạt cả kháng thể và tế bào T CD8+ để bảo vệ chống lại sự tái nhiễm. Quan trọng hơn, điều này bao gồm cả các tế bào T nhớ cư trú trong gan, có khả năng phản ứng nhanh chóng với các bệnh nhiễm trùng trong tương lai và loại bỏ chúng trước khi bệnh phát triển. Các nhà nghiên cứu hy vọng các hợp chất thuốc này có thể cho phép phương pháp "tiêm chủng và tăng cường tự nhiên", trong đó khả năng miễn dịch lâu dài được hình thành và duy trì thông qua các vết muỗi đốt tự nhiên lặp đi lặp lại ở các khu vực lưu hành bệnh.
Hai loại thuốc chống sốt rét được sử dụng trong nghiên cứu WM382 và MK-7602, đều là chất ức chế kép của plasmepsin IX và X - hai "chất điều hòa chính" rất quan trọng cho sự sống sót của KSTSR. Các ứng cử viên thuốc này là kết quả của sự hợp tác nghiên cứu kéo dài một thập kỷ giữa WEHI và MSD. Các nhà nghiên cứu của WEHI đã đạt được khả năng miễn dịch mạnh như trong nghiên cứu tiền lâm sàng bằng cách kết hợp các hợp chất thuốc với liều lượng nhỏ KSTSR lây truyền qua vết muỗi đốt.
John A. McCauley - Giám đốc cấp cao về hóa học Khám phá tại MSD, cho biết các phương pháp hiện tại thường dựa vào các KSTSR đã được làm suy yếu về mặt di truyền, có thể cung cấp khả năng bảo vệ mạnh nhưng đòi hỏi liều lượng cao và khó sản xuất, mở rộng quy mô và sử dụng trong điều kiện thực tế. Bằng cách dùng thuốc để ngăn chặn KSTSR ở giai đoạn cuối tại gan, các nhà nghiên cứu đã giúp hệ thống miễn dịch nhận diện được nhiều kháng nguyên sốt rét hơn với liều lượng KSTSR nhỏ hơn. Cách tiếp cận này có thể mang lại phản ứng toàn diện hơn đối với sự đa dạng của KSTSR trong thực tế và vượt xa những gì các chủng virus đã được làm suy yếu về mặt di truyền trong phòng thí nghiệm có thể đạt được. Dù sử dụng liều lượng KSTSR nhỏ hơn, họ vẫn tạo ra được phản ứng bảo vệ mạnh và bền vững trong nghiên cứu này.
Do WM382 và MK-7602 nhắm vào các enzyme được bảo tồn cao giữa các loài KSTSR, các nhà nghiên cứu hy vọng điều này sẽ cho phép phương pháp của họ cung cấp sự bảo vệ chống lại nhiều "biến thể" sốt rét trong tương lai - có khả năng cho phép người dân ở các khu vực lưu hành bệnh hình thành miễn dịch từ vết muỗi đốt tự nhiên theo thời gian. Một loại thuốc tiêm tác dụng kéo dài dựa trên các hợp chất này đang trong giai đoạn phát triển tiền lâm sàng. Nếu được phát triển, phương pháp này có thể ngăn ngừa bệnh sốt rét bằng cách nhắm vào giai đoạn cuối của bệnh ở gan, với tiềm năng mang lại lợi ích là tạo miễn dịch và tăng cường khả năng miễn dịch cho mọi người sau mỗi lần muỗi đốt.
Công trình này được hỗ trợ bởi MSD, The Wellcome Trust, Hội đồng Nghiên cứu Y tế Quốc gia Úc (NHMRC) và Chính phủ Tiểu bang Victoria. Nghiên cứu có tiêu đề "Tiêm phòng bằng thuốc chống sốt rét tác động ở giai đoạn cuối gan tạo ra miễn dịch bền vững chống lại bệnh sốt rét", với tác giả chính là TS. Ryan Steel được công bố trên Tạp chí Science (DOI: 10.1126/science.aea7605).
Các nhà khoa học đã xác định được một loại protein đặc hiệu có liên quan đến bệnh nhiễm trùng Toxoplasma mãn tính.
Toxoplasma gondii, hay còn gọi là Toxoplasma là một loại KSTSR lây nhiễm cho hàng trăm triệu người trên toàn thế giới. Mặc dù các trường hợp thường nhẹ, nhưng nó có thể gây ra các triệu chứng nghiêm trọng ở những người có hệ miễn dịch suy yếu và thai nhi đang phát triển. Nó cũng có thể tồn tại trong nhiều năm bằng cách hình thành các nang sống lâu trong mô, khiến nhiễm trùng trở nên mãn tính.
Trong giai đoạn nhiễm trùng mãn tính, hàng trăm KST Toxoplasma có thể tập trung trong một nang mô bên trong tế bào não hoặc cơ. Cuộc sống “chật chội” đó gây ra nhiều hệ lụy: Việc hấp thụ chất dinh dưỡng trở nên khó khăn hơn, chất thải tích tụ và các phản ứng tạo năng lượng có thể gây hại. Cơ chế Toxoplasma điều chỉnh quá trình trao đổi chất để tiếp tục phát triển trong điều kiện “căng thẳng” như vậy vẫn chưa được làm rõ.
Một nghiên cứu mới từ phòng thí nghiệm của Sebastian Lourido, thành viên Viện Whitehead và cũng là Phó Giáo sư Sinh học tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), đã xác định một loại protein đặc hiệu của ký sinh trùng giúp điều phối phản ứng này. Loại protein này được đặt tên là TgPRO, cho phép Toxoplasma kiểm soát stress oxy hóa - sự tích tụ các phân tử oxy phản ứng có thể gây hại cho tế bào - bằng cách kiểm soát các gen liên quan đến sản xuất năng lượng và sử dụng sắt. Kết quả nghiên cứu, được công bố trên tạp chí Cell đã tiết lộ chất điều hòa chuyên biệt đầu tiên về biểu hiện gen chuyển hóa được xác định ở nhóm ký sinh trùng Apicomplexa, bao gồm Toxoplasma và các sinh vật gây bệnh sốt rét. Nghiên cứu do đồng tác giả chính Christopher Giuliano, cựu nghiên cứu sinh và nghiên cứu sinh hiện tại Chinmay Kalluraya trong phòng thí nghiệm Lourido dẫn đầu, đã tiết lộ một cách thức chưa từng được biết đến trước đây mà ký sinh trùng điều chỉnh quá trình trao đổi chất. Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra một chiến lược điều trị khả thi: Ức chế các con đường do TgPRO kiểm soát có thể làm cho Toxoplasma dễ bị tổn thương hơn trước các thuốc chống ký sinh trùng gây ra stress oxy hóa, mặc dù phương pháp này vẫn cần được kiểm chứng.
Để khám phá các gen hỗ trợ khả năng sống sót của Toxoplasma trong các tế bào đông đúc, các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp sàng lọc CRISPR trên toàn bộ hệ gen để so sánh Toxoplasma phát triển ở mật độ thấp và cao. Phương pháp sàng lọc này kiểm tra tác động của việc “tắt từng gen một” ở cả hai mật độ quần thể nhằm xác định gen nào là thiết yếu trong điều kiện đông đúc. Nó đã làm nổi bật các con đường tạo ra hoặc tái chế NAD và NADP, các phân tử quan trọng cho quá trình sản xuất năng lượng và bảo vệ chống lại tổn thương oxy hóa. Nó cũng chỉ ra TgPRO, một protein chưa được nghiên cứu trước đây, đặc biệt quan trọng khi ký sinh trùng sống trong môi trường đông đúc.
Sàng lọc toàn bộ hệ gen là một phương pháp hiệu quả để tìm hiểu xem mật độ KST ảnh hưởng đến khả năng sinh tồn của KST như thế nào - Kalluraya nói. TgPRO nổi lên như một gen rất quan trọng ở mật độ cao. Vì hầu như không có thông tin gì về nó, họ muốn hiểu rõ vai trò của nó. Các ký sinh trùng thiếu TgPRO chức năng tích lũy nhiều phân tử oxy phản ứng hơn và khó cạnh tranh ở mật độ cao. Các thí nghiệm cho thấy sự mất TgPRO làm gián đoạn ty thể - cấu trúc cung cấp phần lớn năng lượng cho tế bào và thay đổi cách KST xử lý glucose và các chất dinh dưỡng khác. Việc bổ sung thêm sắt hoặc khôi phục sự cân bằng hóa học quan trọng bên trong ty thể đã cải thiện sự phát triển của KST cho thấy tác dụng của TgPRO có liên quan đến quá trình chuyển hóa năng lượng phụ thuộc vào sắt.
Sau đó, nhóm nghiên cứu đã truy tìm phản ứng này đến một cơ chế phân tử. TgPRO là một protein liên kết RNA, có nghĩa là nó gắn vào các thông điệp phân tử (RNA) mà tế bào sử dụng để tạo ra protein. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng nó liên kết và ổn định một tập hợp các thông điệp được chọn lọc liên quan đến việc sử dụng chất dinh dưỡng, hoạt động của ty thể và sự lắp ráp các cụm sắt-lưu huỳnh, những cấu trúc nhỏ mà nhiều enzyme cần để hoạt động. Các thí nghiệm đã kết nối quan sát ban đầu - rằng một số KST chỉ bị suy yếu khi bị quá nhiều với sự tương tác chính xác giữa một protein điều hòa và các mục tiêu RNA của nó. Một trong những yếu tố thực sự hay của câu chuyện là khả năng kết nối toàn bộ quá trình - từ quan sát ban đầu và sàng lọc toàn bộ hệ gen đến hậu quả chuyển hóa và sự tương tác trực tiếp giữa TgPRO và các RNA mục tiêu của nó.
Toxoplasma gondii là một loại đơn bào nội bào gây ra bệnh Toxoplasmosis, một trong những bệnh truyền nhiễm phổ biến nhất trên toàn thế giới. Vật chủ chính là loài mèo là động vật duy nhất mà ký sinh trùng có thể hoàn thành chu kỳ phát triển hữu tính và thải trứng qua phân, con người nhiễm qua việc ăn thịt chưa nấu chín kỹ chứa nang ký sinh, tiếp xúc với phân mèo nhiễm bệnh, hoặc truyền từ mẹ sang con trong thời kỳ mang thai.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng việc giảm nồng độ oxy cũng làm giảm căng thẳng oxy hóa và phục hồi một phần sự phát triển của KST mà không cần TgPRO. Toxoplasma thường được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm ở nồng độ oxy trong khí quyển, cao hơn đáng kể so với nồng độ oxy trong hầu hết các mô động vật. Kết quả này cho thấy điều kiện oxy có thể ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình trao đổi chất của KST và các nhà nghiên cứu cảnh báo những người khác đang nghiên cứu về Toxoplasma nên xem xét điều này.
Sau khi thử nghiệm vai trò của TgPRO trong môi trường đông đúc nhân tạo, nhóm nghiên cứu cũng đã kiểm tra xem TgPRO có vai trò gì trong quá trình nhiễm trùng mãn tính, khi Toxoplasma hình thành nang trong não. Chuột bị nhiễm KST thiếu TgPRO chức năng phát triển các nang não nhỏ hơn, cho thấy TgPRO hỗ trợ sự phát triển của KST trong môi trường dày đặc tự nhiên của nang ở giai đoạn mãn tính. Giai đoạn mãn tính vẫn còn khá khó hiểu - Giuliano nói. Việc chứng minh TgPRO ảnh hưởng đến sự phát triển của bào nang KST cho thấy những thay đổi chuyển hóa tương tự cũng cần thiết trong não và cung cấp cho chúng ta manh mối về cách ký sinh trùng tồn tại ở đó trong nhiều tháng hoặc nhiều năm."
TgPRO có rất ít điểm tương đồng với các protein điều hòa các chương trình trao đổi chất tương tự ở động vật có vú, nấm men và vi khuẩn, nhưng nó lại kiểm soát nhiều loại gen giống nhau mà các sinh vật này điều chỉnh khi tế bào phải đối mặt với stress oxy hóa hoặc điều kiện dinh dưỡng thay đổi. Đây là một ví dụ về tiến hóa hội tụ: các sinh vật có quan hệ xa đã phát triển các bộ máy phân tử khác nhau để giải quyết một vấn đề sinh học tương tự.
Sự hội tụ đó cho thấy rằng việc phối hợp các con đường trao đổi chất này có thể là một yêu cầu cơ bản để tế bào thích nghi với căng thẳng. Nhìn chung, nghiên cứu này thiết lập một mô hình mới về cách ký sinh trùng Apicomplexa điều chỉnh quá trình trao đổi chất của chúng và thúc đẩy nền tảng nghiên cứu về cách Toxoplasma tồn tại bên trong vật chủ.
(Hết Phần 2) (Tiếp theo Phần 3)
TS.BS. Huỳnh Hồng Quang & Ths.Bs. Nguyễn Công Trung Dũng
Viện Sốt rét-KST-CT Quy Nhơn