Kháng sinh (còn được gọi là trụ sinh) là những chất có khả năng tiêu diệt vi khuẩn hay kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn một cách đặc hiệu. Nó có tác dụng lên vi khuẩn ở cấp độ phân tử, thường là một vị trí quan trọng của vi khuẩn hay một phản ứng trong quá trình phát triển của vi khuẩn. Theo định nghĩa hiện nay, kháng sinh được hiểu là các hợp chất hóa học do vi sinh vật sinh ra và ở nồng độ thấp chúng có thể kìm hãm sự sinh trưởng hoặc tiêu diệt vi sinh vật khác.
Sự ra đời và công dụng của kháng sinh
Chất kháng sinh trước đây được gọi là chất kháng khuẩn, là thành phẩm trong quá trình lên men trên lương thực, thực phẩm của vi sinh vật (khuẩn nhả tơ sợi - actinomycetes; khuẩn nấm mốc - mound; vi khuẩn - bacterial...), sau đó người ta mang sản phẩm này chiết suất, lọc sạch thu được một số hợp chất hóa học. Những chất hóa học này ở nồng độ rất thấp sẽ có tác dụng ức chế hoặc giết chết khá mạnh đối với loại vi sinh vật nào đó (ở đây chủ yếu là vi khuẩn). Về sau, thông qua việc tiến hành nghiên cứu sâu hơn nữa đối với những hợp chất có tác dụng kháng khuẩn này và bằng phương pháp tổng hợp hoặc bán tổng hợp, người ta thu được chất giống hoặc gần giống (như chloromycetin họ penicilin và họ cephalosperin... là sản phẩm bán tổng hợp hóa học) cũng gọi là chất kháng sinh (antibiotics - thuốc kháng sinh).
Thập kỷ 40 và 50 của thế kỷ XX đã ghi nhận những bước tiến vượt bậc của ngành công nghệ sản xuất kháng sinh non trẻ, với việc khám phá ra hàng loạt chất kháng sinh như griseofulvin (1939), gramicidin S (1942), streptomycin (1943), bacitracin (1945), cloramphenicol và polymicin (1947), clotetracyclin và cephalosporin (1948), neomycin (1949), oxytetracyclin và nystatin (1950), erythromycin (1952), cycloserin (1954), amphotericin B và vancomycin (1956), metronidazol, kanamycin và rifamycin (1957)...
Khoảng thời gian giữa những năm 1950 và 1970 thực sự là kỷ nguyên vàng của phát hiện ra những lớp thuốc kháng sinh mới, tuy nhiên, cũng kể từ đó, không có lớp kháng sinh mới nào được phát hiện. Cũng bắt đầu từ những năm 1970 khi kháng kháng sinh được coi là một mối đe dọa thực sự. Trong thập niên, có hai trường hợp đáng chú ý của các chủng vi khuẩn kháng kháng sinh, trong đó một loại vi khuẩn gây nhiễm trùng viêm màng não và tai ở trẻ em và một chủng gây bệnh lậu đã chứng minh có thể gây tử vong. Cả hai chủng trước đây đã được điều trị bằng penicillin hoặc dẫn xuất của penicillin và các sự kiện như thế này đánh dấu sự kết thúc 30 năm điều trị thành công cho các bệnh nhiễm trùng.
Tình hình phát triển kháng sinh mới
Trong một báo cáo chính sách được phát hành bởi Hiệp hội Bệnh truyền nhiễm Mỹ (IDSA) vào cuối năm 2013, IDSA bày tỏ quan ngại nghiêm trọng về sự phát triển của kháng sinh mới đường uống để chống lại vi khuẩn, đặc biệt là vi khuẩn gram âm. Từ năm 2009, chỉ có hai loại thuốc kháng sinh mới đã được phê duyệt tại Mỹ, điều đó cho thấy số lượng thuốc kháng sinh mới hàng năm được phê duyệt để đưa ra thị trường tiếp tục giảm.
Báo cáo xác định chỉ có bảy loại thuốc kháng sinh hiện đang trong giai đoạn 2 hoặc 3 giai đoạn thử nghiệm lâm sàng để điều trị các gram âm, trong đó bao gồm E. coli, Salmonella, Shigella và các vi khuẩn Enterobacteriaceae. Điều đáng chú ý, các loại thuốc này không giải quyết được toàn bộ phổ hoạt động của các loại vi khuẩn. Một số thuốc trong bảy loại thuốc kháng sinh mới là sự kết hợp của các thuốc kháng sinh đang tồn tại.
Mục tiêu mới của thuốc kháng sinh
Mặc dù có một số lựa chọn thay thế tiềm năng cho điều trị kháng sinh như miễn dịch thụ động hoặc liệu pháp thể thực khuẩn cách tiếp cận chủ đạo dựa trên việc phát hiện và phát triển mới hơn, thuốc kháng sinh hiệu quả hơn. Một số phương pháp có thể để khai thác sự đa dạng kháng sinh mới là thăm dò các hốc sinh thái khác hơn so với đất, chẳng hạn như môi trường biển, peptide kháng khuẩn và các hợp chất từ động vật và thực vật, mô phỏng theo lipopeptides tự nhiên của vi khuẩn và nấm, truy cập vào phần hoang hóa của vi sinh vật thông qua các phương pháp metagenomic và cuối cùng, việc sử dụng các hoàn chỉnh con đường tổng hợp đi tiên phong trong những năm đầu của thời kỳ kháng sinh. Cách tiếp cận thứ hai trở nên nổi trội trong việc tìm kiếm các loại thuốc nhằm vào các mục tiêu mới được xác định trong một tế bào vi khuẩn. Chiến lược khác có thể bao gồm các loại thuốc thiết kế để có các hoạt động mục tiêu kép, chẳng hạn như một kháng sinh rifamycin lai - quinolone, CBR- 2092.
Phần lớn các loại thuốc kháng sinh, thậm chí đã có rất nhiều sửa đổi để nhắm đến mục tiêu là các quá trình phát triển của tế bào. Phạm vi của các mục tiêu được giới hạn trong các thành phần của tế bào như: thành tế bào sinh tổng hợp, DNA/RNA trao đổi chất và một số quá trình tế bào khác. Với phạm vi rộng lớn của bộ gen trình tự, nó sẽ trở thành có thể thực hiện ý tưởng của một viên đạn ma thuật một cách phức tạp hơn, với các mục tiêu cần thiết được xác định chính xác hơn nhiều ở mức độ phân tử. Những thuốc này cần phải được bổ sung bởi sự sẵn có của các bộ sưu tập đa dạng hợp chất hóa học cho sự kết hợp mục tiêu/thuốc. So sánh các con đường chuyển hóa trong tế bào của các vi khuẩn gây bệnh và các loại thuốc nhắm mục tiêu, các đặc điểm gây bệnh để có thể giúp xác định các phối hợp thuốc/mục tiêu nhất là mục tiêu độc.
Mục tiêu tiềm năng khác để can thiệp vào quá trình chuyển hóa của vi khuẩn bao gồm sinh tổng hợp acid béo, phân chia tế bào, sinh tổng hợp các aminoacyl - tRNA... Cơ chế kháng kháng sinh như β - lactamase cũng có thể được nhắm mục tiêu để khôi phục lại tính hiệu quả của thuốc kháng sinh. Ngoài ra, các chiến lược can thiệp không chỉ nhằm các mục tiêu mà là tại các mạng sinh học có thể giúp tạo ra phương pháp điều trị kháng khuẩn mới. Điều trị kết hợp thuốc kháng sinh với một thể thực khuẩn kháng sinh tăng cường đã chứng minh là một sự can thiệp của kháng sinh có triển vọng.
ThS. Nguyễn Bạch
