Bài viết tiến hành nghiên cứu về Sirolimus hợp chất tự nhiên làm chậm lão hóa, cấu tạo phân tử và tác dụng của Sirolimus, sản xuất Sirolimus trong công nghệ sinh học.
NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI Sirolimus Hợp cHất tự nHiên làm cHậm lão Hóa Sirolimus Sirolimus hợp chất tự nhiên vi khuẩn Streptomyces hygroscopicus thuộc chi Streptomyces họ Streptomycetaceae có đất sản sinh Streptomyces hygroscopicus vi khuẩn Gram dương, có hình sợi, sống hiếu khí, thuộc sinh vật nhân sơ (prokaryote) tìm thấy lần (năm 1970) đất Rapa Nui Easter Island (đảo Phục Sinh) khơi Chile [1][4] Sirolimus gọi rapamycin, tên gọi đến từ Rapa Nui, tên địa Easter Island, nơi mà lần Suren Sehgal phát hợp chất mẫu đất [1] Đây chất đặc trưng chủ yếu khả ngăn chặn hệ thống miễn dịch, sử dụng việc phòng chống “từ chối” phẫu thuật cấy ghép tác dụng quan quản lý thực phẩm, dược phẩm Mỹ (US Food and Drug Administration-FDA) chấp thuận tháng 9/1999, từ thương mại hóa với tên gọi Rapamune Pfizer (tên trước Wyeth dùng)[1][4] Tuy nhiên, gần đây, kết nghiên cứu cho thấy, tác dụng quan trọng Sirolimus chống lão hóa, kéo dài tuổi thọ số bệnh n Nguyễn Dương Tuệ “tai quái” khác, đặc biệt hội chứng HGPS (Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome) - bệnh đột biến di truyền người liên quan đến lão hóa tuổi thọ, người ta gắn cho tên “thuốc trường sinh”, “thuốc tiên” thúc nhà công nghệ sinh học tập trung nghiên cứu để tìm giải pháp nuôi cấy vi khuẩn Streptomyces hygroscopicus cho lên men tốt để sản xuất nhiều Sirolimus Tác dụng Điều mà người quan tâm nhiều Sirolimus (rapamycin) có tác dụng làm Khuẩn lạc tế bào vi khuẩn Streptomy hygroscopicus SỐ 7/2015 Tạp chí KH-CN Nghệ An [26] NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI chậm lão hóa, tăng tuổi thọ cho dù ban đầu sử dụng chất kháng nấm Bởi thế, việc sử dụng kháng nấm bị bỏ rơi phát có tác dụng ức chế miễn dịch mạnh tính chống lại tăng lên nhanh số lượng tế bào (antiproliferative) ung thư Những kết thu nghiên cứu, thực nghiệm động vật chứng minh có tác dụng kéo dài tuổi thọ chuột tới 14% progerin có vai trị q trình ngăn ngừa lão hóa người bình thường [3] Trong báo đăng Health and medicine (09 Jul 2009), nhà nghiên cứu Daniel Cressey cho loại thuốc có tự nhiên từ đầu sử dụng cho người Kể từ đó, dùng cho bệnh nhân cấy ghép phẫu thuật, nhờ mà nhà nghiên cứu Matt Kaeberlein, Brian Kennedy trường Đại học Washington, Seattle, gọi “thuốc tiên” sống Hội chứng HGPS (Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome) hội chứng già trước tuổi sớm (progeroid), bệnh di truyền dù gặp, đặc trưng xuất lão hóa nhanh trẻ em rối loạn di truyền có triệu chứng giống biểu q trình lão hóa, thấy tuổi cịn nhỏ, gây tử vong [5] Rối loạn có tỷ lệ mắc thấp, (1/8.000.000 ca sinh sống) nguy hiểm [6][7] Hội chứng Progeria mô tả lần vào năm 1886 Jonathan Hutchinson [6] năm 1897 Hastings Gilford [7] Sau đặt tên hội chứng Progeria Hutchinson-Gilford Ở bệnh nhân HGPS, nhân tế bào có hình thái bất thường đáng kể khơng phải hình dạng giống thường thấy người khỏe mạnh Trong năm cuối kỷ 20, nghiên cứu Progeria mang lại thơng tin Đến năm 2003, ngun nhân Progeria phát đột biến điểm codon 608 (G608G) gen LMNA Gen LMNA gen mã hóa protein gọi prelamin A Prelamin A có nhóm farnesyl gắn vào tạo protein bất thường gọi progerin vĩnh viễn gắn liền với màng nhân tế bào Việc progerin tích tụ tế bào neo vào màng nhân tế bào thành khối làm cho hình thái cấu trúc nhân trở nên bất thường [3] Các nhà khoa học nhận thấy, hội chứng đội biến gen HGPS khiến cho loại protein đột biến progerin tăng lên số lượng tế bào khiến chúng bị lỗi lão hóa nhanh bình thường Từ lâu nay, trẻ em bị progeria khó chữa khỏi, bệnh thường phát triển triệu chứng thời gian vài tháng đầu đời Các triệu chứng sớm bao gồm xơ cứng bì nơi trở nên rõ ràng trẻ 18-24 tháng tuổi Ở bệnh nhân này, tăng trưởng thể bị hạn chế, rụng tóc có khn mặt đặc biệt: mặt nhỏ với hàm lõm nông mũi bị chèn ép Sau đó, tiến triển bệnh làm cho da nhăn nheo, xơ vữa động mạch, suy thận, giảm thị lực có vấn đề tim mạch Trẻ bị HGPS cịn bị xơ cứng bì, xơ cứng thắt chặt da thân thể, tứ chi SỐ 7/2015 Tạp chí KH-CN Nghệ An [27] NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI Người chẩn đốn mắc chứng rối loạn thường có quan nhỏ, yếu ớt giống người cao tuổi Da mặt thường bị nhăn, với đầu lớn mối tương quan với quan, khuôn mặt hẹp mũi nhỏ, đáng ý đơi mắt khác người bình thường, tĩnh mạch da đầu bật (dễ thấy rõ ràng rụng tóc) Cơ xương khớp thối hóa gây mỡ thể bắp, khớp cứng, trật khớp hông triệu chứng khác vốn vắng bóng người chưa vào độ tuổi già Cô bé Hayley Okines, sống Sussex (Anh), trường hợp điển hình hội chứng đột biến gen HGPS Hayley vừa trịn 13 tuổi vào tháng 1/2011, khn mặt cô bé chẳng khác cụ già Các bác sĩ cho biết, hội chứng HGPS khiến bé Hayley già nhanh lần so với người bình thường Hoặc cậu bé Mỹ trở thành ông già dù tuổi Nhiều nghiên cứu năm qua tác dụng rapamycin cho thấy loại “thần dược” có khả kéo dài tuổi thọ khoảng 10 năm Khi điều trị rapamycin, protein đột biến progerin bị đẩy khỏi tế bào thể giúp tế bào trở lại trạng thái bình thường khỏe mạnh Ngồi ra, chất rapamycin có tác dụng giúp tế bào sống lâu bình thường Theo nhà khoa học người Mỹ, tế bào trẻ em mắc hội chứng già trước tuổi sống lâu sau điều trị loại thuốc “trường thọ” rapamycin Tiến sĩ Francis Collins, nhà khoa học xuất sắc thành viên nhóm nghiên cứu, hy vọng phát họ giúp tìm phương pháp điều trị hội chứng HGPS - hội chứng đột biến Cô bé Hayley Okines SỐ 7/2015 gen đẩy nhanh trình lão hóa khiến bệnh nhân chết cịn tuổi[6][7] Bởi thế, nhà khoa học đặc biệt quan tâm progeria qua tiết lộ manh mối q trình lão hóa bình thường [5][6] Phương thức tác dụng Sirolimus ức chế IL-2 cytokine Cytokine glycoprotein có khối lượng phân tử thấp, thường từ 8-30 kDa, trung bình khoảng 25 kDa, quan trọng tín hiệu tế bào Cytokine sản xuất phạm vi rộng tế bào, kể tế bào miễn dịch đại thực bào, tế bào lympho B, lympho T tế bào mast, tế bào nội mô, nguyên bào sợi nhiều tế bào mô đệm; cytokine định sản xuất nhiều loại tế bào Các glycoprotein hoạt động vai trò chất trung gian điều hịa tế bào thể Có thể nói cytokine ngơn ngữ chung tế bào thể nhằm trao đổi thông tin chúng với glycoprotein làm trung gian điều hòa trực tiếp tương tác tế bào kiểm sốt q trình xảy khoang ngoại bào Rất nhiều yếu tố phát triển cytokine hoạt động yếu tố giúp tế bào sống sót cách ngăn ngừa tượng chết tế bào Hợp chất phát huy tác dụng thơng qua thụ thể đặc hiệu có hình thức tác động như: cận tiết (paracrine), tự tiết (autocrine), nội tiết (endocrine) xúc tiết (juxtacrine) đặc biệt ảnh hưởng đến hoạt động kích thích tế bào khác chế truyền tín hiệu phụ thuộc, thơng qua tác động mTOR (mammalian target of rapamycin) protein kinase serine/threonine có tác dụng theo chiều hướng tăng trưởng tế bào, tăng sinh tế bào, có người mã hóa gen mTOR [4] Các mTOR làm rối loạn điều hòa bệnh nhân, chẳng hạn bệnh tiểu đường, béo phì, trầm cảm số bệnh ung thư [2] Với rapamycin hợp chất ức chế mTOR cách liên kết với thụ thể [6], nhờ mà ức chế trình sinh trưởng, sinh sản tế bào diễn kết kéo dài sống mà cịn có tác dụng điều trị ung thư [6] Tạp chí KH-CN Nghệ An [28] NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI Theo Viviana Perez, trợ lý giáo sư Khoa Sinh hóa Lý sinh học OSU College of Science, bước tiến quan trọng nghiên cứu rapamycin tìm thấy lợi ích rõ ràng hợp chất khơng làm tăng sức đề kháng insulin nên đáp ứng không để tăng tuổi thọ mà để giải số bệnh liên quan đến tuổi cải thiện sức khỏe nói chung Nhờ đó, họ tìm thấy cách mà để người không sống lâu hơn, mà để sống tốt với chất lượng sống cao Sản xuất Sirolimus công nghệ sinh học Sirolimus (hay Rapamycin) hợp chất tự nhiên nên khó sản xuất theo đường hóa học mà phải đường sinh học Khi phân lập vi khuẩn Streptomyces hygroscopicus, đường công nghệ sinh học cho nhiều lợi môi trường nuôi cấy, thiết bị nuôi cấy, phương pháp nuôi cấy tiêu theo dõi Cơng trình nghiên cứu để ni Streptomyces hygroscopicus MTCC4003 giải pháp để tăng trưởng tế bào nhằm sản xuất rapamycin tối đa thực thi theo phương pháp lên men chìm bioreactor, lắc 300 rpm sục khí Trong mơi trường ni cấy, Fructose sử dụng làm nguồn carbon Đây hydratcarbon phổ biến dễ kiếm Bằng mơ hình tốn học đáng tin cậy tối ưu hóa thơng số q trình lên men nên hàm lượng rapamycin thu sản xuất cao, đáp ứng nhu cầu y học Với việc trọng đến hàng triệu dân số già đi, Novartis - công ty dược phẩm khổng lồ Thụy Sĩ bước đầu xác định rapamycin loại thuốc chống lão hóa đưa thị trường [1] Mặt khác, thập niên vừa qua, sử dụng rapamycin cho thấy loại thuốc không kéo dài sống mà ngăn chặn số tác động tuổi tác thông thường, ngăn ngừa công ung thư, bệnh tim Alzheimer./ Tài liệu tham khảo Biotech, October 2014, Volume 4, Issue 5-Kinetics of rapamycin production by Streptomyces hygroscopicus MTCC 4003 Beevers CS, Li F, Liu L, Huang S (2006) "Curcumin inhibits the mammalian target of rapamycin-mediated signaling pathways in cancer cells" Int J Cancer119 (4) De Sandre-Giovannoli, A.; Bernard, R.; Cau, P.; Navarro, C.; Amiel, J.; Boccaccio, I.; Lyonnet, S.; Stewart, CL et al (Jun 2003) "Lamin a truncation in Hutchinson-Gilford progeria".Science 300 (5628) Huang S, Bjornsti MA, Houghton PJ (2003) "Rapamycins: mechanism of action and cellular resistance" Cancer Biol Ther (3) Lu MK, Gong XG, Guan KL mTOR in podocyte function: is rapamycin good for diabetic nephropathy? Cell Cycle 2011; 10: 3415-3416 Korf B (2008) "Hutchinson-Gilford progeria syndrome, aging, and the nuclear la mina" N Engl J Med 358 (6) Merideth MA, Gordon LB, Clauss S et al (2008) "Phenotype and course of Hutchinson-Gilford progeria syndrome" N Engl J Med 358 (6) SỐ 7/2015 Tạp chí KH-CN Nghệ An [29] ... sống lâu hơn, mà để sống tốt với chất lượng sống cao Sản xuất Sirolimus công nghệ sinh học Sirolimus (hay Rapamycin) hợp chất tự nhiên nên khó sản xuất theo đường hóa học mà phải đường sinh học... nhanh q trình lão hóa khiến bệnh nhân chết cịn tuổi[6][7] Bởi thế, nhà khoa học đặc biệt quan tâm progeria qua tiết lộ manh mối trình lão hóa bình thường [5][6] Phương thức tác dụng Sirolimus ức... tuổi sớm (progeroid), bệnh di truyền dù gặp, đặc trưng xuất lão hóa nhanh trẻ em rối loạn di truyền có triệu chứng giống biểu q trình lão hóa, thấy tuổi cịn nhỏ, gây tử vong [5] Rối loạn có tỷ lệ