Synthetic Biology: Vũ khí mới giúp tổng hợp dược chất Artemisinin từ E. Coli để chống bệnh sốt rét

Tầm quan trọng của Artemisinin trong điều trị bệnh sốt rét đã được xác định và đề cao từ các nghiên cứu và thử nghiệm lâm sàng của các viện nghiên cứu trên thế giới. Hiện nay Artemisinin đã được sử dụng thay cho Chloroquin, đặc biệt là những trường hợp bệnh nhânkháng thuốc.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Synthetic Biology: Vũ khí mới giúp tổng hợp dược chất Artemisinin từ E. Coli để chống bệnh sốt rét Synthetic Biology: Vũ khí mớigiúp tổng hợp dược chấtArtemisinin từ E. Coli đểchống bệnh sốt rétTầm quan trọng của Artemisinintrong điều trị bệnh sốt rét đã đượcxác định và đề cao từ các nghiêncứu và thử nghiệm lâm sàng củacác viện nghiên cứu trên thế giới.Hiện nay Artemisinin đã được sửdụng thay cho Chloroquin, đặc biệtlà những trường hợp bệnh nhânkháng thuốc.SHVN số ngày 28/9/05 có báo cáovề kết quả tốt đẹp của Artemisinindùng trị bệnh sốt rét ở những nướcChâu Á. Gần đây, ngành SyntheticBiology đã được ứng dụng thànhcông trong tổng hợp hoạt chất thiênnhiên Artemisinin ở E. coli. Nghiêncứu thành công này đã mang lạinhiều hứa hẹn về tính khả thi củaviệc sản xuất Artemisinin để đápứng nhu cầu lớn lao trong việc điềutrị sốt rét ở các nước, gồm cả ViệtNam, nơi mà căn bệnh này vẫn cònlà vấn đề nan giải của y tế và gâytổn thất kinh tế lớn lao.Hình 1: (a)Cấu trúc hóa học củahoạt chất Artemisinin; (b) Mộthồng cầu bị vi trùng sốt rét xâmnhập. Cơ chế hiệu ứng củaArtemisinin cho tới nay chưa đượcbiết rõ. Từ một số thí nghiệm, cácnhà nghiên cứu nhận thấy rằngArtemisinin có khả năng giải phóngmột lượng gốc Oxy tự do làm tiêuhủy trùng sốt rét do tác động đếncác enzyme hoặc những phần cóchức năng quan trọng như ty thểcủa chúng. Gốc Oxy tự do đượcgiải phóng từ cầu peroxide khôngổn định của Artemisinin bởi tácđộng của heme (gồm sắt vàporphyrin) được giải phóng từ hồngcầu sau khi trùng sốt rét xâm nhập.Lý do cần tổng hợp Artemisinin:Hinh 2: Bản đồ phỏng định cácvùng dịch sốt rét trên thế giới(màu đỏ)Bản đồ trên đây định vị các vùngcó hiểm họa sốt rét dưới hình tháikinh niên hoặc bộc phát thành dịch.Theo đó hơn nửa diện tích thế giớisống trong vùng này với khoảng500 triệu người mắc bệnh và số tửvong hàng năm là 2-3 triệu màphần lớn nạn nhân là trẻ nhỏ. Khảnăng đề kháng thuốc trị sốt rét cổđiển thuộc họ hóa học Quinine vàkháng sinh gần đây càng làm tăngmối đe dọa của bệnh này. Đặc tínhtrị liệu cao của Artemisinin chobệnh sốt rét dưới nhiều dạng và giaiđoạn cũng như ở các vùng khácnhau trên thế giới đã tạo được sựlưu tâm đặc biệt của giới nghiêncứu y tế và sinh học cơ bản củahoạt chất này. Hiện nayArtemisinin là thuốc chuẩn để điềutrị bệnh nhân sốt rét kháng thuốc.Dược thảo Artemisinin đã đượcbiết đến từ trên ngàn năm trước ởTrung Quốc và đã được sử dụng đểtrị liệu cho nhiều loại bệnh, đặc biệtlà bệnh sốt rét ở nhiều nơi. Trongtiến trình này đã có nhiều nỗ lực cảitiến về thực vật học (gồm nuôi cây,tạo giống) và hóa học (gồm ly trích,tổng hợp). Mục đích chính là giatăng hiệu năng sản xuấtArtemisinin để đáp ứng nhu cầucủa nạn nhân ở các vùng sốt réttrên thế giới. Tuy nhiên, việc cungcấp số lượng lớn Artemisinin chodân số lớn lao nằm trong các vùngcó nguy cơ sốt rét là rất khó, nếukhông muốn nói là vô khả, vì việcsử dụng ly trích thường quy cónăng suất thấp. Ngoài ra, phí tổnnằm ngoài khả năng tài chính củanhiều nước, nhất là những nướcđang phát triển mà phần lớn bị đedoạn bởi bệnh sốt rét.Synthetic Biology (SB) và ứngdụng trong tổng hợpArtemisinin:Vì những khó khăn nêu trên, giớihữu trách và những nhà nghiên cứuy tế, sinh học đã lưu tâm đến kỹthuật tách dòng (cloning) để mongtìm được giải pháp hữu hiệu hơnnhằm đáp ứng nhu cầu sản xuấtlượng lớn Artemisinin. Nhưng khácvới kỹ thuật tổng hợp các proteintrị liệu đã được áp dụng thành côngnhư insulin, growth hormone,cytokine, lymphokine,erythropoietin v.v. việc sử dụngphương pháp tách dòng để tạo hoạtchất artemisinin rất phức tạp. Lý dovì chu trình tổng hợp hóa chất thiênnhiên như Artemisin cần sự thamgia của nhiều enzyme và sự phốihợp của những enzyme này để tạora hoạt chất. Chu trình và nhữngenzyme trong chu trình tổng hợpArtemisinin từ cây cải hương ngọt(Herba artemisiae) được diễn tảtheo tài liệu (1). May mắn thay, bộmôn Synthetic Biology đã ra đời vàtổng hợp Amorphadiene (tiền chấtcủa Artemisinin) cũng là ứng dụngthành công đầu tiên của kỹ thuậtnày cách đây 3 năm ở phòng thínghiệm của J. Keasling tại Đại họcCalifornia, Berkely (2).Synthetic Biology (SB) là mộtnhánh mới của Sinh học phân tử,theo đó tế bào được coi là một bộmáy gồm các phần có thể tháo gỡvà thay đổi được để tạo thành mộthệ thống điều hành mới có khảnăng như mong muốn. Các phần(parts) có thể là những gene thụcảm của tế bào (receptors), hoặccủa enzyme, những protein hoathoa (activator) và của tất cả nhữngprotein có chức năng đặc biệt của tếbào. Như vậy, có thể nói SB là việcáp dụng cao độ kỹ thuật gene(genetic engineering) trên diệnrộng. Phương pháp SB có tiềmnăng tạo những tế bào mới vớichức năng như ý muốn. Có hai đặctính của SB so với các nghiên cứudùng kỹ thuật gene khác: (i) về kỹthuật, các bộ điều hành của hệthống tế bào được tạo riêng từngphần (parts), do đó tùy theo cáchghép các phần này sẽ tạo đượcnhững ...