Vi khuẩn biến đổi gen để thoát khỏi ảnh hưởng của việc tiêm phòng ở lợn và gia cầm

Các nhà nghiên cứu tại ETH Zurich và Đại học Basel đã phát triển một loại vaccine bảo vệ động vật khỏi vi khuẩn Salmonella. Những vi khuẩn này thường thoát khỏi ảnh hưởng của việc tiêm chủng bằng cách biến đổi gen lớp vỏ bảo vệ của chúng. Các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc điều khiển quá trình này để dụ vi khuẩn vào bẫy tiến hóa.

Trong nhiều trường hợp, việc phát triển vaccine chống vi khuẩn khó khăn hơn nhiều so với vaccine chống viruss. Giống như hầu hết các mầm bệnh, vi khuẩn có thể làm giảm hiệu quả của vaccine bằng cách sửa đổi gen của chúng. Đối với nhiều mầm bệnh, sự thích nghi di truyền như vậy dưới áp lực chọn lọc từ việc tiêm chủng sẽ làm giảm độc lực hoặc khả năng thích ứng của chúng. Điều này cho phép các mầm bệnh thoát khỏi tác động của việc tiêm chủng nhưng phải trả giá là ít lây truyền hơn hoặc ít gây thiệt hại hơn. Tuy nhiên, một số mầm bệnh, bao gồm nhiều vi khuẩn, cực kỳ giỏi trong việc thay đổi cách thức cho phép chúng thoát khỏi tác động của việc tiêm chủng trong khi vẫn có khả năng lây nhiễm cao.

Đối với các nhà khoa học đang tìm cách phát triển vaccine, kiểu trốn tránh miễn dịch này đã là một vấn đề cơ bản trong nhiều thập kỷ. Nếu họ bắt đầu phát triển vaccine chống lại mầm bệnh vi khuẩn, họ thường sẽ nhận thấy rằng những loại vaccine này nhanh chóng trở nên không hiệu quả.

Cách để chống lại trốn tránh miễn dịch

Tuy nhiên, giờ đây, các nhà nghiên cứu tại ETH Zurich và Đại học Basel đã khai thác chính xác cơ chế này để tạo ra một loại  vaccine hiệu quả chống lại vi khuẩn. Họ đã thành công trong việc phát triển một loại vaccine Salmonella, thay vì cố gắng tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn đường ruột, họ lại hướng dẫn sự tiến hóa của chúng trong ruột để biến chúng thành mầm bệnh yếu hơn.

Giáo sư Emma Slack của ETH giải thích: “Điều này cho phép chúng tôi chứng minh rằng sự trốn tránh miễn dịch không chỉ là một thách thức lớn trong việc phát triển vaccine mà trên thực tế nó có thể được sử dụng hiệu quả trong cả y học cho người và thú y”. “Chúng tôi có thể sử dụng nó để thúc đẩy sự tiến hóa của các vi sinh vật gây bệnh theo một hướng nhất định – trong trường hợp nghiên cứu của chúng tôi là một ngõ cụt.”

Slack dẫn đầu nghiên cứu, có sự tham gia của nhiều nhà nghiên cứu từ các nhóm khác nhau tại ETH Zurich và các tổ chức khác, cùng với Giáo sư ETH Wolf-​Dietrich Hardt và Médéric Diard, Giáo sư tại Biozentrum của Đại học Basel.

Vaccine kết hợp dẫn đến mục tiêu

Trong nghiên cứu của mình, các nhà nghiên cứu đã tiêm cho chuột một loạt loại vaccine hơi khác nhau chống lại Salmonella typhimurium và quan sát cách vi khuẩn Salmonella trong ruột của động vật biến đổi gen của chúng để thoát khỏi tác dụng của vaccine. Điều này cho phép các nhà khoa học xác định đầy đủ các đột biến trốn tránh miễn dịch có thể có ở Salmonella typhimurium. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một loại vaccine kết hợp từ bốn chủng Salmonella có khả năng chống lại toàn bộ các lựa chọn trốn tránh di truyền của vi khuẩn.

Vaccine kết hợp này đã giảm sự trốn tránh miễn dịch của vi khuẩn một cách đáng ngạc nhiên, khiến lớp phủ đường Salmonella quan trọng trên bề mặt bị teo đi. Mặc dù vi khuẩn bị ảnh hưởng vẫn có thể nhân lên trong ruột của động vật nhưng phần lớn chúng không thể lây nhiễm vào các mô cơ thể và gây bệnh. Điều này là do lớp phủ đường là một phần của lớp phủ bảo vệ của vi khuẩn, giúp che chắn chúng khỏi sự phòng vệ của vật chủ cũng như khỏi viruss thường lây nhiễm và tiêu diệt vi khuẩn. Trong các thử nghiệm trên chuột, các nhà khoa học đã có thể chứng minh rằng vắc xin mới của họ có hiệu quả hơn trong việc ngăn ngừa nhiễm khuẩn Salmonella so với các loại vaccine hiện có được phép sử dụng cho lợn và gà.

Các nhà khoa học hiện có kế hoạch sử dụng nguyên tắc tương tự để phát triển vaccine chống lại các vi sinh vật khác - ví dụ như chống lại các chủng vi khuẩn kháng thuốc. Ngoài ra, có thể sử dụng phương pháp tiếp cận trong công nghệ sinh học và mang lại những biến đổi cụ thể ở vi sinh vật bằng cách gây áp lực chọn lọc thông qua vaccine.

Nguồn nghiên cứu

Diard M, Bakkeren E, Lentsch V, Rocker A, Amare Bekele N, Hoces D, Aslani S, Arnoldini M, Böhi F, Schumann-​Moor K, Adamcik J, Piccoli L, Lanzavecchia A, Stadtmueller BM, Donohue N, van der Woude MW, Hockenberry A, Viollier PH, Falquet L, Wüthrich D, Bonfiglio F, Loverdo C, Egli A, Zandomeneghi G, Mezzenga R, Holst O, Meier BH, Hardt WD, Slack E: Một loại vắc xin uống được thiết kế hợp lý tạo ra globulin miễn dịch A trong ruột chuột điều khiển sự tiến hóa của các biến thể Salmonella giảm độc lực. Nature Microbiology, ngày 27 tháng 5 năm 2021, doi: external page10.1038/s41564-​021-00911-1call_made

Nguồn: thepigsite