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

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 t

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 nhân

kháng thuốc

SHVN số ngày 28/9/05 có báo cáo

về kết quả tốt đẹp của Artemisinin dùng trị bệnh sốt rét ở những nước Châu Á Gần đây, ngành Synthetic Biology đã được ứng dụng thành

công trong tổng hợp hoạt chất thiên

nhiên Artemisinin ở E coli Nghiên

cứu thành công này đã mang lại

nhiều hứa hẹn về tính khả thi của việc sản xuất Artemisinin để đáp

ứng nhu cầu lớn lao trong việc điều trị sốt rét ở các nước, gồm cả Việt Nam, nơi mà căn bệnh này vẫn còn

là vấn đề nan giải của y tế và gây

tổn thất kinh tế lớn lao

Hình 1: (a)Cấu trúc hóa học của hoạt chất Artemisinin; (b) Một

hồng cầu bị vi trùng sốt rét xâm

Artemisinin cho tới nay chưa được biết rõ Từ một số thí nghiệm, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng

Artemisinin có khả năng giải phóng một lượng gốc Oxy tự do làm tiêu hủy trùng sốt rét do tác động đến

các enzyme hoặc những phần có

chức năng quan trọng như ty thể

của chúng Gốc Oxy tự do được

giải phóng từ cầu peroxide không

ổn định của Artemisinin bởi tác

động của heme (gồm sắt và

porphyrin) được giải phóng từ hồng cầu sau khi trùng sốt rét xâm nhập

Lý do cần tổng hợp Artemisinin:

Hinh 2: Bản đồ phỏng định các vùng dịch sốt rét trên thế giới

(màu đỏ)

Bản đồ trên đây định vị các vùng

có hiểm họa sốt rét dưới hình thái kinh niên hoặc bộc phát thành dịch Theo đó hơn nửa diện tích thế giới sống trong vùng này với khoảng

500 triệu người mắc bệnh và số tử vong hàng năm là 2-3 triệu mà

phần lớn nạn nhân là trẻ nhỏ Khả năng đề kháng thuốc trị sốt rét cổ điển thuộc họ hóa học Quinine và kháng sinh gần đây càng làm tăng mối đe dọa của bệnh này Đặc tính trị liệu cao của Artemisinin cho

bệnh sốt rét dưới nhiều dạng và giai đoạn cũng như ở các vùng khác

nhau trên thế giới đã tạo được sự

lưu tâm đặc biệt của giới nghiên

cứu y tế và sinh học cơ bản của

hoạt chất này Hiện nay

Artemisinin là thuốc chuẩn để điều trị bệnh nhân sốt rét kháng thuốc

Dược thảo Artemisinin đã được

biết đến từ trên ngàn năm trước ở Trung Quốc và đã được sử dụng để trị liệu cho nhiều loại bệnh, đặc biệt

là bệnh sốt rét ở nhiều nơi Trong tiến trình này đã có nhiều nỗ lực cải tiến về thực vật học (gồm nuôi cây, tạo giống) và hóa học (gồm ly trích, tổng hợp) Mục đích chính là gia

tăng hiệu năng sản xuất

Artemisinin để đáp ứng nhu cầu

của nạn nhân ở các vùng sốt rét

trên thế giới Tuy nhiên, việc cung

cấp số lượng lớn Artemisinin cho dân số lớn lao nằm trong các vùng

có nguy cơ sốt rét là rất khó, nếu không muốn nói là vô khả, vì việc

sử dụng ly trích thường quy có

năng suất thấp Ngoài ra, phí tổn nằm ngoài khả năng tài chính của nhiều nước, nhất là những nước

đang phát triển mà phần lớn bị đe doạn bởi bệnh sốt rét

Synthetic Biology (SB) và ứng

dụng trong tổng hợp

Artemisinin:

Vì những khó khăn nêu trên, giới hữu trách và những nhà nghiên cứu

y tế, sinh học đã lưu tâm đến kỹ

thuật tách dòng (cloning) để mong tìm được giải pháp hữu hiệu hơn

nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất

lượng lớn Artemisinin Nhưng khác với kỹ thuật tổng hợp các protein trị liệu đã được áp dụng thành công như insulin, growth hormone,

cytokine, lymphokine,

erythropoietin v.v việc sử dụng

phương pháp tách dòng để tạo hoạt chất artemisinin rất phức tạp Lý do

vì chu trình tổng hợp hóa chất thiên nhiên như Artemisin cần sự tham gia của nhiều enzyme và sự phối

hợp của những enzyme này để tạo

ra hoạt chất Chu trình và những

enzyme trong chu trình tổng hợp

Artemisinin từ cây cải hương ngọt (Herba artemisiae) được diễn tả

theo tài liệu (1) May mắn thay, bộ môn Synthetic Biology đã ra đời và tổng hợp Amorphadiene (tiền chất của Artemisinin) cũng là ứng dụng thành công đầu tiên của kỹ thuật

này cách đây 3 năm ở phòng thí

nghiệm của J Keasling tại Đại học California, Berkely (2)

Synthetic Biology (SB) là một

nhánh mới của Sinh học phân tử, theo đó tế bào được coi là một bộ máy gồm các phần có thể tháo gỡ

và thay đổi được để tạo thành một

hệ thống điều hành mới có khả

năng như mong muốn Các phần

(parts) có thể là những gene thụ

cảm của tế bào (receptors), hoặc

của enzyme, những protein hoat

hoa (activator) và của tất cả những protein có chức năng đặc biệt của tế bào Như vậy, có thể nói SB là việc

áp dụng cao độ kỹ thuật gene

(genetic engineering) trên diện

rộng Phương pháp SB có tiềm

năng tạo những tế bào mới với

chức năng như ý muốn Có hai đặc tính của SB so với các nghiên cứu dùng kỹ thuật gene khác: (i) về kỹ thuật, các bộ điều hành của hệ

thống tế bào được tạo riêng từng

phần (parts), do đó tùy theo cách

ghép các phần này sẽ tạo được

những hệ thống điều hành đa dạng

theo như nhu cầu và ý muốn; (ii) ve ung dung, mục tiêu của SB là tạo

hệ thống điều hành có khả năng sản xuất những dược liệu thiên nhiên với năng suất cao (như tổng hợp

Artemisinin), các hóa chất có năng lượng như dầu diesel thực vật, tạo các nhóm tế bào có khả năng sản xuất protein trị liệu, enzyme tiêu

hủy chất độc để cải thiện môi

trường Đặc biệt là phương pháp

SB có hiệu năng rất cao vì dùng

phương pháp tách dòng và sản xuất bằng E Coli Trong nghiên cứu

tổng hợp Artemisinin bằng phương pháp SB, hiệu năng đã tăng 10000 lần và các nhà nghiên cứu hy vọng

có thể tăng thêm 10 lần nữa khi kỹ

thuật được hoàn chỉnh

Về lý thuyết, khái niệm SB đã có từ cuối thập niên 1970 khi phát hiện enzyme giới hạn (restriction

enzymes) Nhưng phải đợi đến thập niên 2000 thì mới được triển khai

Lý do vì kỹ thuật SB đòi hỏi kiến thức và sự phát triển của những bộ môn tân tiến khác gồm

proteonomics (nghiên cứu cấu trúc

và chức năng protein cũng như

tương tác giữa chúng);

metabolomes (nghiên cứu tổng

hợp, biến dưỡng protein);

bioinformatics (nghiên cứu tin sinh học) và cell signaling (nghiên cứu

hệ thống tín hiệu của tế bào) để xác

định chức năng của gene (gene

function) và kết quả biến đổi kiểu hình của tế bào (phenotype) Hiện nay những nghiên cứu về SB đã và đang được tiến hành ở nhiều Đại

học Quốc tế, trong đó hai trường

MIT và UC Berkeley dẫn đầu về bộ môn này Tài liệu tham khảo 3 liệt

kê những trường Đại học và các đề tài nghiên cứu SB ở các nước phát triển

Trên thực tế, viện nghiên cứu dược phẩm Institute of o ne World

Health (IOWH), ở San Francisco

đang tiến hành tổng hợp

Artemisinin dùng SB Một tin vui cho chúng ta là nghiên cứu gia đảm

trách chương trình này là người

Việt Nam, TS Nguyễn Hữu Tuệ

TS Tuệ đã tham gia một số hội

nghị khoa học ở Việt Nam trong

những năm qua Ở IOWH, tiến

trình tổng hợp Artemisinin còn

đang trong giai đoạn đầu gồm các vấn đề căn bản như thiết lập một

nền móng (platform) có khả năng tái lập (reproducible), năng suất cao (high yield), sản phẩm tinh khiết

(purity) và sau đó là 3 giai đoạn thử nghiệm lâm sang (3-5 năm)

Tính khả thi của SB và việc tạo Artemisinin ở Việt Nam:

Nghiên cứu và ứng dụng SB để tạo Artemisinin nêu trên là cần thiết

cho nhiều nước nằm trong vùng sốt rét bao gồm Việt Nam Cho nên

việc tìm hiểu về tính khả thi của SB

để hoạch định một chiến lược áp

dụng cho đất nước cần được lưu

tâm thích ứng Như đã nói ở trên, đặc tính của SB là bộ môn ứng

dụng sinh học, vì vậy nếu kỹ thuật

đã hoàn chỉnh cho một sản phẩm

nào đó thì khi thực hiện chỉ cần làm đúng quy trình (protocols) để thu kết quả Trong sản xuất

Artemisinin, kỹ thuật căn bản là

tách dòng các enzyme và kết hợp thành một hệ thống điều hành bằng các phương pháp chuyển gene để

tổng hợp, và sau đó là ly trích hoạt

chất Artemisinin ở E coli Như vậy

theo thiển ý của tôi, SB là một

trong những đề tài khoa học mà

chúng ta có thể đi tắt để đạt được mục tiêu tạo hợp chất Artemisinin

ở Việt Nam Tuy nhiên chúng ta

cần khắc phục những yếu tố căn

bản gồm khả năng, phương tiện để đáp ứng đòi hỏi kỹ thuật, nhân lực

và tài chính Việc đào tạo chuyên mon SB ở cấp bậc Đại học là cần thiết, nhưng chúng ta chú trọng về phần ứng dụng, mà không đi sâu

vào nghiên cứu cơ bản vì đòi hỏi

nhiều thiết bị, kiến thức và kỹ thuật cao Việc kết hợp hữu hiệu với giới khoa học Quốc tế luôn đóng vai trò

thiết yếu để triển khai kỹ thuật tân tiến, đặc biệt đối với giai đoạn hiện tại của Việt Nam Cũng cần tìm

hiểu và giải quyết thỏa đáng yếu tố pháp lý về bằng phát minh Có

nhiều kết quả nghiên cứu y sinh

học không bị ràng buộc bởi bằng

phát minh như trình tự bộ gene

người, hoặc được nới rộng vì nhu cầu an toàn y tế thế giới như một số thuốc trị bệnh AIDS Ngoài ra

chúng ta có thể tạo những chương trình kết hợp với các nhóm nghiên cứu quốc tế và qua chương trình đó chúng ta không bị trở ngại pháp lý

và có thể trở thành một phần của

phát minh Việt Nam có những ưu điểm hợp tác khoa học Quốc tế như

môi trường dịch tễ, lâm sàng đa

dạng; về kinh tế, những chi phí về sản xuất và nghiên cứu ở Việt Nam rất thấp sao với những nước kỹ

nghệ cao Ngoài ra, chúng ta cũng

có nhiều tiềm năng hấp thu và phát triển công nghệ cao

Kết luận:

Việc ứng dụng thành công phương pháp SB để tổng hợp Artemisinin chứng tỏ tầm quan trọng của việc triển khai SB thành một chiến lược khoa học để kháng bệnh sốt rét trên toàn cầu Theo tiến trình đó, SB

cần được cứu xét trong nhu cầu

ứng dụng mũi nhọn khoa học để phát triển khoa học và y tế ở Việt Nam Trong định hướng xa hơn, khi đã làm quen và thiết lập được nền tảng SB (SB platform), chúng

ta tạo được khả năng để triển khai những đề tài rộng lớn khác như năng lượng và môi trường