Biến thực khuẩn thành liệu pháp kháng sinh

Khi thuốc kháng sinh phải đối mặt với các quy định chặt chẽ hơn và kháng kháng sinh ngày càng lan rộng thì ngành nuôi trồng thủy sản đang tìm kiếm những biện pháp mới để điều trị nhiễm khuẩn, tức là mang lại sự tập trung đổi mới vào thể thực khuẩn.

Một bài đánh giá gần đây trên tạp chí Kháng sinh đã chỉ ra khả năng điều trị và phòng ngừa thể thực khuẩn trong nuôi trồng thủy sản, tranh luận rằng các thể thực khuẩn có thể thuận lợi thay thế phương pháp điều trị bằng thuốc kháng sinh nếu như đáp ứng được các thách thức về an toàn và quy định phù hợp.

Trong bài đánh giá, các nhà nghiên cứu tìm hiểu những lợi ích và những hạn chế của liệu pháp thực khuẩn, xác định các cơ hội điều trị có tiềm năng và những thách thức thực tế mà các nhà sản xuất có thể gặp phải khi áp dụng chúng.

Những rắc rối của thuốc kháng sinh

Mặc dù nhu cầu và năng suất cá nuôi ngày càng tăng nhưng khả năng phục hồi của ngành không nên được coi là điều hiển nhiên. Nuôi trồng thủy sản phải đối mặt với những thách thức lớn từ bệnh tật, đặc biệt là nhiễm khuẩn. Những mầm bệnh này gây thiệt hại lớn đến nền kinh tế mỗi năm và ảnh hưởng tiêu cực đến phúc lợi của cá.

Thuốc kháng sinh có thể điều trị các bệnh nhiễm trùng khác nhau do vi khuẩn gây ra nhưng thuốc kháng sinh cũng có những nhược điểm được chứng minh rõ ràng

Mặc dù thuốc kháng sinh có thể điều trị hầu hết các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn gây ra ở cá nuôi nhưng cũng có những mặt hạn chế đáng chú ý khi sử dụng. Thuốc kháng sinh nhắm vào tất cả các tế bào vi khuẩn trong môi trường của chúng. Điều này có nghĩa là cả vi khuẩn gây bệnh lẫn vi khuẩn có lợi đều sẽ bị tiêu diệt, dẫn đến những hạn chế môi trường và hạn chế sinh học. Kháng kháng sinh (AMR) là một mối bận tâm khác. Việc chuyển gen đề kháng giữa các vi khuẩn đã được ghi nhận rõ ràng và các vi khuẩn đang trở thành một vấn đề cấp bách hơn đối với cả sức khỏe của động vật lẫn sức khỏe con người. Vì những xu hướng này, các nhà nghiên cứu đang tìm hiểu các lựa chọn thay thế dành cho liệu pháp kháng sinh.

Thể thực khuẩn là gì?

Thể thực khuẩn là vi rút chuyên ký sinh vi khuẩn. Các nhà nghiên cứu đã nhận thức được tiềm năng trị liệu của chúng trong nhiều thập kỷ nhưng chúng chưa được triển khai rộng rãi vì thuốc kháng sinh đã có sẵn và mang lại lợi nhuận. Tuy nhiên, vì mầm bệnh do vi khuẩn gây ra đang trở nên kháng thuốc kháng sinh nhiều hơn và các quốc gia đang hạn chế sử dụng thuốc kháng sinh trong nông nghiệp và trong nuôi trồng thủy sản nên các nhà nghiên cứu đang khám phá các thể thực khuẩn giống như các biện pháp điều trị các bệnh do vi khuẩn gây ra.

Các nhà sinh học phân loại các thể thực khuẩn thành thực khuẩn độc hại hay thực khuẩn ôn hòa. Khi các thực khuẩn độc hại ký sinh lên vi khuẩn thì các thành tế bào bị phá vỡ, vật chủ bị phá hủy. Quá trình này hạn chế khả năng chuyển gen, làm cho các thực khuẩn độc hại trở thành lựa chọn điều trị lý tưởng dành cho bệnh do vi khuẩn gây ra.

Ngược lại, các thực khuẩn ôn hòa không phá hủy tế bào của vật chủ ngay lập tức. Thay vào đó, các thực khuẩn này chèn bộ gen của chúng vào tế bào vi khuẩn, khiến nó tạo ra nhiều bản sao của bộ gen của thực khuẩn trước khi phá vỡ tế bào vi khuẩn. Loại ký sinh này có liên quan đến chuyển gen ngang, có nghĩa là những thực khuẩn ôn hòa này không nên được sử dụng để điều trị bệnh do vi khuẩn gây ra.

Thể thực khuẩn là những vi rút ký sinh vi khuẩn và đôi khi tiêu diệt vi khuẩn, biến vi khuẩn trở thành một liệu pháp tiềm năng dành cho bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn

Vì các thể thực khuẩn được nhắm mục tiêu để ký sinh các vi khuẩn cụ thể nên các nhà nghiên cứu đã đề xuất tạo ra các loại "thực khuẩn hợp thể" mà ở đó các thể thực khuẩn khác nhau được hòa trộn và triển khai để điều trị các thách thức bệnh tật. Điều này sẽ cho phép các nhà sản xuất đạt được nhiều lợi ích nhất từ việc điều trị.

Các trường hợp đại diện cho liệu pháp thực khuẩn

Mặc dù liệu pháp thực khuẩn dành cho nuôi trồng thủy sản vẫn đang trong giai đoạn thăm dò nhưng nó có tiềm năng rất to lớn. Về mặt sinh thái học mà nói thì thể thực khuẩn có rất nhiều trong tự nhiên. Việc các nhà nghiên cứu phân lập các thực khuẩn độc hại như một liệu pháp tiềm năng là tương đối dễ dàng. Việc phát triển thể thực khuẩn cũng rẻ hơn so với phát triển thuốc kháng sinh.

Từ góc độ sinh học, vì các thể thực khuẩn tác động trực tiếp lên vi khuẩn mục tiêu cho nên chúng có thể vô hiệu hóa mầm bệnh mà không gây hại cho vi khuẩn có lợi hoặc gây ra các tác dụng phụ. Vì nhiều loài thực khuẩn tự sao chép và tự giới hạn (đặc biệt là nếu chúng là thực khuẩn độc hại) nên chúng không mang lại những rủi ro tương tự như các liệu pháp khác. Các nhà nghiên cứu cũng lưu ý rằng các thể thực khuẩn không để lại độc tố môi trường hoặc dư lượng sau khi chúng được sử dụng.

Dữ liệu thực nghiệm chỉ ra rằng thể thực khuẩn có thể có hiệu quả hơn thuốc kháng sinh trong việc điều trị và ngăn ngừa các bệnh truyền nhiễm. Dữ liệu thử nghiệm cũng cho thấy rằng các thể thực khuẩn có thể điều trị thành công các chủng vi khuẩn đa kháng thuốc. Các thể thực khuẩn cũng có thể dọn sạch sẽ các màng sinh học. Các nhà nghiên cứu cho rằng thể thực khuẩn có thể được sử dụng làm chất diệt khuẩn để đảm bảo cho môi trường nuôi trồng thủy sản không có mầm bệnh trong suốt quá trình sản xuất.

Một số lý do dành cho sự thận trọng

Mặc dù có tiềm năng nhưng thể thực khuẩn có một số nhược điểm đáng chú ý. Về mặt sinh học mà nói thì phạm vi hạn hẹp của vật chủ của vi khuẩn có thể là con dao hai lưỡi. Điều này đặc biệt chính xác nếu như các nhà sản xuất cần phải điều trị nhiều chủng vi khuẩn hoặc các chủng vi khuẩn không liên quan đến khía cạnh di truyền. Đột biến là mối bận tâm khác dành cho cả thể thực khuẩn lẫn vi khuẩn mà thực khuẩn nhắm tới. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng một số vi khuẩn có thể trở nên kháng thực khuẩn và các thể thực khuẩn có thể đóng vai trò trong quá trình chuyển gen ngang. Các nhà nghiên cứu sẽ phải liên tục theo dõi việc sử dụng thể thực khuẩn để luôn đi trước đón đầu các đột biến giống như đối với thuốc kháng sinh.

Từ góc độ thực tế, các nhà nghiên cứu vẫn cần phải nâng cao khả năng phục hồi của thể thực khuẩn và xác định biện pháp tốt nhất để quản lý chúng. Hiện tại, rất khó để thể thực khuẩn ký sinh vào vi khuẩn mục tiêu trước khi hệ thống miễn dịch của vật chủ hoặc các điều kiện môi trường khác được dọn sạch. Hiệu quả của các thể thực khuẩn cũng sẽ phụ thuộc vào các yếu tố sản xuất. Thể thực khuẩn có cấu tạo chủ yếu từ protein nên các điều kiện như nhiệt độ nước, độ pH, độ mặn của nước và mật độ sản xuất có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của chúng. Các nhà nghiên cứu sẽ cần phát triển các biện pháp để gói gọn vi khuẩn và phát triển các loại hợp thể thực khuẩn mà có thể được sử dụng trong điều kiện thực tế.

Các yếu tố sản xuất có thể ảnh hưởng đến khả năng của các thực khuẩn trong việc loại bỏ các thách thức vi khuẩn. Ảnh: BioMar

Tương lai của ngành

Các quy định và pháp chế vẫn còn là một trong những trở ngại lớn nhất đối với việc sử dụng thể thực khuẩn. Kể từ khi được công bố vào năm 2020, không có bất kỳ liệu pháp thực khuẩn chuyên dụng nào được phê duyệt trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản. Khung pháp lý hiện có ở Liên minh châu Âu EU không cho phép việc phát triển các liệu pháp thực khuẩn. Trong khu vực EU, các thể thực khuẩn phải được đăng ký riêng lẻ khiến cho gánh nặng phát triển của hợp thể thực khuẩn trở nên khó khăn một cách thừa thải.

Tuy nhiên, những lo ngại về an toàn không nên được coi nhẹ ngay lập tức. Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng bằng chứng về hạn chế rủi ro không có nghĩa là không có rủi ro. Các cơ quan quản lý cần phải cân bằng những mối lo ngại đó để đảm bảo ngành nuôi trồng thủy sản có thể vượt qua các thách thức về vi khuẩn và kháng kháng sinh (AMR )một cách an toàn.

Một xem xét khác dành cho ngành nuôi trồng thủy sản là liệu thể thực khuẩn sẽ được sử dụng như một biện pháp điều trị nhiễm trùng do vi khuẩn gây ra hay không hay sẽ giống như một phần của biện pháp điều trị dự phòng thông thường. Nghiên cứu trên cả hai chiến lược được kết hợp cùng với một số thử nghiệm chỉ ra rằng việc sử dụng các thể thực khuẩn làm biện pháp điều trị phòng ngừa có lợi hơn và những nghiên cứu khác cho thấy điều ngược lại.

Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng các nhà khoa học đang cố gắng xác định các thể thực khuẩn phù hợp với điều kiện "goldilocks" (điều kiện vàng hay điều kiện thuận lợi mà ở đó có nhiệt độ vừa phải, không quá nóng cũng không quá lạnh). Ngành chăn nuôi cá cần các thể thực khuẩn có độc lực mạnh, có thể dễ dàng sản xuất, lưu trữ dễ dàng, không thể thực hiện chuyển gen và không có bất kỳ gen độc hại nào (sẽ khó đồng thời đạt được tất cả những mục tiêu đó).

Hiện tại, thách thức chính là tạo ra sự cân bằng phù hợp giữa các khía cạnh mong muốn và không mong muốn của mỗi thể thực khuẩn. Nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào hiệu suất trong suốt quá trình thử nghiệm trong cơ thể, loại bỏ các tác dụng phụ tiêu cực và bảo vệ sự an toàn của các sản phẩm.