Bản tin tháng 7/2026 của Hội Khoa học sức khỏe TP.HCM
Kháng kháng sinh đang trở thành một trong những thách thức y tế lớn nhất hiện nay, khi nhiều vi khuẩn gây bệnh ngày càng khó bị tiêu diệt bởi các thuốc hiện có. Vì vậy, việc tìm ra những kháng sinh với cơ chế tác động mới, đặc biệt là các chiến lược khiến vi khuẩn khó phát triển khả năng kháng thuốc, là nhu cầu cấp thiết của y học.
Một nghiên cứu vừa công bố trên Nature đã phát hiện rằng một số vi khuẩn đất thuộc chi Streptomyces không chỉ tạo ra một kháng sinh đơn lẻ mà sở hữu cả một “siêu cụm gen” (megacluster) có khả năng sản xuất đồng thời nhiều hợp chất kháng khuẩn cùng nhắm vào con đường chuyển hóa biotin (vitamin B7) – một quá trình thiết yếu để vi khuẩn sinh trưởng.
Streptomyces vốn là nguồn gốc của nhiều kháng sinh nổi tiếng, trong đó có streptomycin điều trị bệnh lao. Tuy nhiên, điểm đặc biệt của nghiên cứu này không phải là phát hiện thêm một kháng sinh mới, mà là lần đầu tiên phát hiện nhiều hợp chất và một protein được “đóng gói” trong cùng một cụm gen và phối hợp tấn công cùng một mục tiêu sinh học.
Nhóm nghiên cứu xác định cụm gen dài khoảng 65.800 cặp base này mã hóa bốn nhóm hợp chất gồm stravidins, acidomycin, α-Me-KAPA và dapamycins, cùng với protein streptavidin. Trong đó, chỉ dapamycins là họ hợp chất mới; các thành phần còn lại đã được biết đến trước đây. Điều mới mẻ là tất cả chúng cùng hoạt động như một “cocktail kháng sinh” tự nhiên.
Mỗi thành phần tấn công một mắt xích khác nhau của con đường tổng hợp hoặc sử dụng biotin. Có chất ức chế các enzyme BioA hoặc BioB, có chất hoạt động như chất nền giả làm rối loạn quá trình tổng hợp biotin, trong khi streptavidin gắn rất chặt với biotin tự do, khiến vi khuẩn không thể sử dụng vitamin này. Thay vì chỉ chặn một công đoạn, hệ thống này đồng thời khóa nhiều bước của cùng một dây chuyền chuyển hóa.
Để chứng minh hệ thống này thực sự hoạt động, nhóm nghiên cứu tiến hành nhiều bước thí nghiệm. Trước hết, họ phân tích hệ gen (genome analysis) và khai thác dữ liệu hệ gen (genome mining) để phát hiện “siêu cụm gen” (megacluster) ở nhiều chủng Streptomyces. Cụm gen này sau đó được chuyển vào một chủng Streptomyces coelicolor trong phòng thí nghiệm để biểu hiện dị loài (heterologous expression). Bằng các kỹ thuật khối phổ ghép sắc ký lỏng (LC-MS/MS) và cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), nhóm nghiên cứu xác nhận cụm gen này thực sự tạo ra các hợp chất stravidins, acidomycin, dapamycins và α-Me-KAPA.
Tiếp theo, các hợp chất được thử hoạt tính kháng khuẩn trong môi trường thiếu biotin. Khi bổ sung biotin trở lại, tác dụng ức chế giảm rõ rệt, chứng tỏ mục tiêu của chúng là con đường chuyển hóa biotin. Kết hợp các thử nghiệm hoạt tính enzyme, bổ sung chất trung gian, sử dụng các chủng đột biến và hệ thống báo cáo hoạt hóa operon biotin, nhóm nghiên cứu xác định bốn hợp chất này không tác động lên cùng một enzyme mà tấn công các mắt xích khác nhau của cùng một con đường chuyển hóa.
Để đánh giá hiệu quả phối hợp, nhóm nghiên cứu sử dụng phép thử bàn cờ (checkerboard assay) nhằm xác định tính hiệp đồng giữa các kháng sinh. Kết quả cho thấy nhiều cặp hợp chất có tác dụng hiệp đồng, nổi bật là stravidin S2 phối hợp với acidomycin hoặc α-Me-KAPA trên nhiều vi khuẩn Gram âm và Escherichia coli. Trên Mycobacterium smegmatis, phần lớn các phối hợp cũng cho thấy hiệu quả hiệp đồng hoặc cộng hợp.
Cuối cùng, nghiên cứu được mở rộng sang mô hình chuột nhiễm Escherichia coli đa kháng thuốc. Chuột được điều trị bằng từng hợp chất hoặc phối hợp, sau đó đánh giá tải lượng vi khuẩn trong máu và các cơ quan. Kết quả cho thấy stravidin S2 và α-Me-KAPA đều có hiệu quả khi dùng riêng, nhưng khi phối hợp, khả năng làm giảm số lượng vi khuẩn vượt trội hơn so với từng thuốc đơn lẻ.
Tuy nhiên, cần nhấn mạnh rằng nghiên cứu này vẫn đang ở giai đoạn tiền lâm sàng. Các kết quả trên chuột rất hứa hẹn, nhưng chưa có nghĩa là “cocktail kháng sinh” này đã sẵn sàng trở thành thuốc dùng cho người. Còn rất nhiều vấn đề cần được nghiên cứu tiếp, bao gồm độ an toàn, độc tính dài hạn, dược động học, khả năng hòa tan, độ bền của từng phân tử trong cơ thể, ảnh hưởng lên hệ vi sinh vật có lợi và nguy cơ phản ứng miễn dịch, đặc biệt đối với thành phần protein như streptavidin. Ngoài ra, một số hợp chất như acidomycin và dapamycin B chưa cho thấy hiệu quả rõ khi dùng riêng trên mô hình chuột trong điều kiện thử nghiệm này, cho thấy việc tối ưu hóa cấu trúc và cách dùng vẫn còn là thách thức lớn.
Ý nghĩa lớn nhất của nghiên cứu không nằm ở việc ngay lập tức tạo ra một loại thuốc mới, mà ở việc mở ra một cách nhìn mới về khám phá kháng sinh từ tự nhiên. Thay vì chỉ tạo ra một phân tử đơn lẻ, Streptomyces đã tiến hóa cả một “hệ vũ khí” gồm nhiều hợp chất và protein cùng phối hợp tấn công nhiều mắt xích của con đường chuyển hóa biotin. Chiến lược “đánh nhiều mục tiêu trên cùng một hệ thống sống còn” này có thể làm tăng rào cản tiến hóa, khiến vi khuẩn khó phát triển khả năng kháng thuốc hơn, đồng thời gợi mở hướng phát triển các liệu pháp phối hợp thế hệ mới dựa trên những cơ chế mà tự nhiên đã tối ưu hóa qua hàng triệu năm.
TS. Nguyễn Trí Nhân, Khoa Khoa học Thực phẩm và Sức khoẻ, Trường Đại học Kiên Giang (Email: ntnhan82@vnkgu.edu.vn)
Nguồn:
1. Basu M. (2026). Antibiotic cocktail made by soil bacteria can kill superbugs. Nature News. https://doi.org/10.1038/d41586-026-01990-y
2. Gordzevich R, Xu M, Wang W, Cook MA, Hackenberger D, Deisinger JP, et al. (2026). A Streptomyces megacluster encodes synergistic biotin-targeting antibiotics. Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-026-10647-9
