khuẩn lao nói riêng
Thuốc kháng sinh đƣợc coi là một giải pháp cho loài ngƣời trong phòng tránh và điều trị các bệnh nhiễm khuẩn, nhờ có thuốc kháng sinh mà chúng ta có thể kiểm soát đƣợc nhiều dịch bệnh, có nhiều loại kháng sinh, nhƣng dù là loại nào thì chúng đều có một tác dụng chung là ức chế và tiêu diệt vi khuẩn. Cơ chế tác dụng dƣợc lý của mỗi thuốc là khác nhau và tính nhạy cảm của các vi khuẩn đối với mỗi thuốc cũng khác nhau, vì thế, chúng ta cần có nhiều loại thuốc kháng sinh, để đẩy lùi tất cả những mầm bệnh này. Hiện nay, vi khuẩn đang có xu hƣớng kháng lại các loại thuốc kháng sinh. Việc kháng thuốc kháng sinh là một mối hiểm họa lớn, vì những vi khuẩn kháng thuốc sẽ nhân lên nhanh chóng, di truyền tính kháng thuốc cho các thế hệ vi khuẩn con cháu, các vi khuẩn này lại lây lan sang những ngƣời xung quanh và con ngƣời khi mắc bệnh do vi khuẩn kháng thuốc gây ra, sẽ có ít cơ hội để đƣợc điều trị khỏi bệnh. Một trong những phƣơng cách kháng thuốc chính là xảy ra hiện tƣợng đột biến trong quá trình vi khuẩn sinh sôi nảy nở của loài. Đột biến đƣợc hiểu theo nghĩa rộng là chỉ các biến đổi di truyền xảy ra đột ngột ở một thời điểm trong quá trình nhân lên của vi khuẩn. Từ xa xƣa con ngƣời đã nhận thấy có nhiều kiểu đột biến tự nhiên, có
13
nhiều giống cây trồng và vật nuôi đƣợc sinh sản bắt nguồn từ các gen có đột biến. Đột biến gen là đột biến theo nghĩa hẹp, chỉ những biến đổi xảy ra bên trong cấu trúc gen. Mỗi đột biến gen dẫn đến sự thay đổi trình tự các nucleotid tạo ra các alen khác nhau. Đột biến có thể do biến đổi nhiều nucleotid, hoặc 1 nucleotid, loại đột biến này không phát hiện đƣợc khi quan sát tế bào, đột biến có ý nghĩa quan trọng trong nghiên cứu di truyền học. Các đột biến bao gồm nhiều loại khác nhau và đột biến gen bắt nguồn từ những biến đổi phân tử trên ADN, con ngƣời có thể sử dụng các tác nhân vật lí và hóa học gây nên các đột biến nhân tạo hay cảm ứng, trong tự nhiên, dù giữ trong điều kiện nào tất cả các gen đều có thể đột biến, đƣợc gọi là đột biến tự nhiên hay ngẫu nhiên (spontanous mutation). Các đột biến tự nhiên thƣờng xuất hiện rất ít và khái niệm tần số đột biến đƣợc dùng để đánh giá mức độ xuất hiện nhiều hay ít đột biến ở một gen. Các gen khác nhau của cùng 1 sinh vật có thể có tần số đột biến khác nhau. Nhƣng tần số đột biến tự nhiên đối với mỗi gen là một số ổn định. Tần số đột biến đƣợc đánh giá theo các căn cứ khác nhau nhƣ: trên 1 lần sao chép, 1 lần phân bào hay trên 1 giao tử và trên 1 tế bào của 1 thế hệ. Ví dụ nhƣ vi khuẩn lao từ chủng nhạy cảm với rifampicin sang kháng với rifampicin tức là RMP nhạy RMP kháng với tần số 2,25.10-10 đột biến tính trên 1 tế bào/1 thế hệ và ta có thể tính ngƣợc lại, tức là trong 10 tỉ tế bào của một thế hệ có trên 2 đột biến kháng RMP xuất hiện ngẫu nhiên. Tƣơng tự với
các thuốc chống lao khác, nhƣ isoniazid (tức INH nhạy INH kháng) với tấn số
2,56.10-8, thuốc streptomycin (tức S nhạy S kháng) với tấn số 2,95.10-8, thuốc
ethambutol (tức E nhạy E kháng) với tần số 2,95.10-7 (David, 1970). Tuy tần
số đột biến của từng gen là rất thấp, nhƣng tổng các đột biến của nhiều gen là một số đáng kể và có ý nghĩa quan trọng cho sự tiến hóa của loài. Đột biến ảnh hƣởng đến mọi tính trạng khác nhau của sinh vật và tác động theo mọi hƣớng. Nhƣ vậy, loại đột biến ở vi sinh vật có ý nghĩa quan trọng đối với di truyền phân tử, đó là đột biến gen hay sự biến đổi ADN, thƣờng liên quan đến 1 nucleotit hay 1 cặp nucleotit. Có 3 loại đột biến gen đó là thay thế base, thêm base hay mất base (xem Hình 2.8)
14
Hình 2.8 Các loại đột biến điểm
Nguồn: http://catalog.flatworldknowledge.com/users/sign_in
2.2.5.1 Các kiểu đột biến gen ở các loài vi khuẩn
a. Kiểu đột biến thay thế base (base substitutions)
Đột biến thay thế bazơ hay còn gọi là đột biến điểm là loại thƣờng gặp nhất, có hai kiểu thay thế. (i) Sự đồng chuyển (transition): thay cặp G-C bằng A-T và ngƣợc lại (ii) Sự đảo chuyển (transversion): thay A-T bằng T-A và ngƣợc lại.
Hình 2.9 Kiểu đột biến thay thế base
15
b. Kiểu đột biến mất base (deletion)
Là loại đột biến dẫn đến sự dịch mã lệch khung, làm thay đổi trình tự các acid amin của các phân tử protein từ điểm biến đổi trở về sau và từ bộ ba bị sai, sự sai sót sẽ kéo dài liên tục đến cuối mạch polypeptit.
C. Kiểu đột biến thêm base (insertion)
Là sự thêm base vào phân tử ADN, đột biến loại này cũng làm sai lệch trình tự của các codon mã hóa cho các acid amin, nên cũng gây nên sự thay đổi trình tự các loại acid amin. Những đột biến điểm xảy ra trên những trình tự mã hóa cho các protein, có thể gây nên các dạng nhƣ đột biến sai nghĩa (missense) sẽ có hậu quả là thay đổi từ axit amin này thành axit amin khác trong mạch polypeptit, hoặc là đột biến vô nghĩa (nonsense) hay đột biến im lặng (silent) sẽ không ảnh hƣởng đến mạch polypeptit
Hình 2.10 Các dạng ảnh hƣởng của đột biến điểm
Nguồn: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Point_mutations-en.png
2.2.5.2 Cơ chế kháng thuốc của vi khuẩn lao
Theo WHO, hiện nay tình trạng vi khuẩn lao kháng thuốc đang là mối lo ngại trên toàn cầu, vi khuẩn lao kháng lại các thuốc chống lao theo nhiều cơ chế khác nhau:
a. Cơ chế kháng thuốc là một đặc tính chung của một loài nguyên vẹn hoặc
do đột biến gen mắc phải hoặc do vận chuyển gen, gen kháng thuốc nằm trên nhiễm sắc thể của vi khuẩn. Gen kháng thuốc mã hoá thông tin, từ đó vi sinh vật sử dụng để chống lại hiệu lực ức chế đặc hiệu của kháng sinh theo các cơ chế sau
16
đây: Làm giảm tính thấm của màng bào tƣơng, làm thay đổi đích tác động của kháng sinh (thay đổi cấu trúc của phân tử mà kháng sinh tác động), tạo ra các bơm (efflux) có tác dụng bơm tích cực kháng sinh ra khỏi tế bào, tạo ra enzym (do gen đề kháng tạo ra) có thể làm biến đổi hoặc phá huỷ cấu trúc hoá học của phân tử kháng sinh làm bất hoạt thuốc kháng sinh (Wright, 2010).
Hình 2.11 Các cơ chế kháng thuốc kháng sinh của vi khuẩn Nguồn http://www.britannica.com/media/full/129670
b. Một số gen kháng thuốc của vi khuẩn lao đã đƣợc nghiên cứu: Hiện nay, ngƣời ta đã xác định đƣợc bản đồ gen và nhiều mã gen kháng thuốc của vi khuẩn lao, trong đó có các loại kháng nhƣ vi khuẩn kháng rifampicin mang đột biến ở gen rpoB, mã hoá cho quá trình tổng hợp ARN Polymerase; vi khuẩn kháng isoniazid mang đột biến ở gen Kat G, Inh A, ahp C; vi khuẩn kháng streptomycin và các amynoglycozid mang đột biến ở gen rrS, rpsL, hoặc cả hai gen này; vi khuẩn kháng pyrazinamid mang đột biến ở gen pnc A.