Các nghiên cứu và phân tích về mặt di truyền: Niềm hy vọng cho phòng chống lại sốt rét và sốt xuất huyết
Dùng muỗi biến đổi gen để tiêu diệt muỗiMuỗi Aedes Aegypty Một chiến lược mới để tiêu diệt muỗi Aedes aegypti gây bệnh sốt xuất huyết đang được các nhà khoa học tiến hành bằng cách làm thay đổi ADN của loại muỗi này khiến chúng bị không thể sinh sản. Các nhà khoa học đang làm việc tại phòng thí nghiệm gần Oxford đã tìm ra cách biến đổi gen - biến muỗi đực Aedes thành kẻ thù của giống loài. Các nhà khoa học sẽ tiến hành phát tán một số lượng lớn muỗi đã được biến đổi vào tự nhiên. Chúng vẫn có thể kết đôi, nhưng không thể sinh sản. Tất cả trứng thụ tinh đều chết trước khi phát triển đầy đủ.
Bằng việc cấy một gen gọi là OX513, chiết xuất từ san hô, vào ADN của muỗi, các nhà khoa học tin rằng họ có thể tiêu diệt tất cả hậu duệ của chúng từ khi còn là ấu trùng. Biện pháp an toàn và hiệu quả này đã được áp dụng ở Malaysia, và muỗi biến đổi gen được chuyển tới đây bằng đường hàng không trong vài năm. Việc tạo ra muỗi biến đổi gen đã được tiến hành từ 20 năm trước, nhưng chỉ gần đây mới nhận được sự ủng hộ của các quan chức y tế. Quỹ Bill and Melinda Gates đã đầu tư 38 triệu USD vào chương trình này. Không như các loài muỗi khác, muỗi Aedes Aegypty là mối hiểm họa đối với con người bởi chúng tồn tại được trong khí hậu lạnh và sinh sôi nhanh trong môi trường đô thị. Sốt xuất huyết - căn bệnh chết người (tỷ lệ tử vong lên tới 20%) mà chúng mang đến, đang tăng nhanh với hơn 100 triệu người tại 100 quốc gia đang bị ảnh hưởng mỗi năm. Và hiện nay vẫn chưa có vắcxin phòng bệnh, cách đặc trị hay giải pháp tối ưu nào để đối phó với thực trạng này. Bên cạnh đó, các nhà khoa học cũng đang điều chỉnh hệ gen của muỗi Anopheles gambiae - mang ký sinh trùng sốt rét, giết ít nhất 1 triệu người mỗi năm. Họ hy vọng rằng muỗi biến đổi gen với hệ miễn dịch siêu mạnh sẽ tiêu diệt ký sinh trùng hoặc chặn đứng sự phát triển của chúng. Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đang chủ trì việc thử nghiệm muỗi biến đổi gen nhằm đảm bảo rằng nguồn gen từ bên ngoài không có đường sinh sôi. Ba trung tâm huấn luyện an toàn sinh học đã được thành lập ở châu Phi, châu Á và Mỹ Latinh, nhằm phát huy tối đa hiệu quả của chương trình này. Sinh học phân tử nghiên cứu về muỗi sốt rét và ký sinh trùng sốt rét Về lãnh vực y tế công cộng, một trong những bệnh truyền nhiễm có tác hại to lớn và kéo dài, nhất là ở các nước vùng nhiệt đới là bệnh sốt rét. Hiện nay, có hơn 500 triệu người bị nhiễm sốt rét trên thế giới và mỗi năm hơn một triệu trẻ em chết vì bệnh này, đa số ở Phi châu vùng cận Sahara. Ðầu tháng 10.2002, hai tạp chí khoa học Science và Nature đã công bố toàn bộ bộ gene của con muỗi Anopheles gambiae và của KSTSR Plasmodium falciparum. Toàn bộ bộ gen và các báo cáo cũng được đưa lên mạng internet để các nhà nghiên cứu trên thế giới trực tiếp tham khảo. Plasmodium falciparum là KSTSR nguy hiểm nhất trong 4 loại (P.falciparum, P.vivax, P.malariae và P. ovale) và muỗi A. gambia là loại muỗi chủ yếu ở châu Phi mang cả 4 loại ký sinh trùng trên. Sự kiện này có ý nghĩa gì và trong tương lai xa con người mới có thể đạt được giấc mơ chế ngự được bệnh sốt rét qua kỹ thuật di truyền phân tử và các khó khăn nào phải vượt qua? Bài này hy vọng đáp ứng phần nào yêu cầu tìm hiểu của bạn đọc Diễn đàn sau những công bố nói trên. Ðã hơn 100 năm từ khi một loại muỗi Anopheles được khám phá là một vector mang ký sinh trùng P. falciparum gây bệnh sốt rét truyền từ người này qua người khác, con người vẫn chưa tận diệt được các loại muỗi gây sốt rét, ngăn chặn được sự truyền nhiễm ở các nước nghèo vùng nhiệt đới, hay trị được ký sinh trùng trong mọi trạng thái của chu kỳ sống của nó trên người bệnh và trên vector muỗi. Trong hai thập niên 1950-60, chiến dịch tiêu diệt muỗi và bệnh truyền nhiễm sốt rét, chủ yếu dùng thuốc DDT (Dichloro Diphenyl Trichloroethane) diệt muỗi được khám phá từ năm 1940 và cấm dùng từ năm 1972) và thuốc chống sốt rét Chloroquinine, đã được thực hiện ở nhiều nơi trên thế giới với sự trợ giúp của Tổ chức Y tế thế giới (WHO). Chiến dịch đã thành công và bệnh sốt rét bị tiêu diệt hay giảm sút một phần ở các nước vùng cận nhiệt đới như miền nam nước Mỹ, nam châu Âu, phần lớn ở Nam Mỹ, châu, nhất là Trung Quốc. Nhưng với sự xuất hiện lại của muỗi kháng thuốc DDT và của KSTSR P. falciparum kháng chloroquine bắt đầu từ Ðông Nam Á và Nam Mỹ sau đó lan ra các vùng khác, sự hữu hiệu của giải pháp trên đã giảm đi. Chiến dịch diệt sốt rét đã lần lần bị bãi bỏ, thay vào đó là động tác ngăn chận kiểm soát cầm chừng mà thôi. Một nguyên nhân chủ yếu của sự bãi bỏ chiến dịch diệt sốt rét là do tình hình địa lý chính trị. Từ khi một số vùng trên thế giới đã một phần chặn được hay diệt được dịch sốt rét, vấn đề sốt rét không còn là ưu tiên lớn và bị bỏ quên. Nhất là, cùng thời gian đó, ngân sách viện trợ cho các nước phát triển bị giảm đi vì các lý do kinh tế và chính trị. Trong thập niên 1980, ở châu Phi, nhiều quốc gia cũng đã vay và mang nợ nước ngoài rất nhiều, do đó các tổ chức tài chính quốc tế như Ngân hàng Thế giới (WB), Qũy Tiền tệ Thế giới (IMF) đã gây sức ép lên các chính phủ vùng này để họ phải giảm chi trong ngân sách quốc gia. Vì thế y tế công cộng ở châu Phi đã suy sụp và bệnh sốt rét đã có cơ hội tiếp tục phát triển, gây thiệt hại lớn lao về nhân mạng và kinh tế cho các nước châu Phi nhiệt đới, nhất là ở khu vực dưới Sahara. Trước tình trạng thụ động trong nhiều năm và tình trạng khẩn cấp về bệnh sốt rét ở châu Phi, một Chương trình khởi động đa phương về sốt rét (MIM_Multilateral Initiative on Malaria) đã hình thành trong một hội nghị của các cơ quan nghiên cứu và tổ chức phi chính phủ (NGOs) nhiều nước, ở Dakar, Senegal, năm 1997. Chương trình được Viện Nghiên cứu y tế Mỹ (NIH) bảo trợ. Mục đích của chương trình là để phối hợp hoạt động giữa những nhà nghiên cứu và những nhân viên y tế hoạt động trực tiếp tại các điạ phương có sốt rét, giữa các nước đã và đang phát triển, và để huấn luyện các khoa học gia châu Phi nghiên cứu điều trị bệnh sốt rét. Năm 1998, dưới sự kêu gọi và đòi hỏi của các nước châu,Phi WHO đã ra chương trình "Ðẩy lùi sốt sét" (Roll Back Malaria), với sự hợp tác của WB, Quĩ Liên hiệp quốc vì trẻ em (UNICEF) và Chương trình vì phát triển của Liên hiệp quốc (UNDP) để đẩy mạnh nghiên cứu và hy vọng sẽ đẩy lùi được bệnh sốt rét với mục tiêu giảm nửa số tử vong cho đến năm 2010. Cũng trong năm 1998, Chương trình tìm thuốc chống sốt rét (Medicines for Malaria Venture, MMV) được thành lập, trụ sở đặt tại Geneva, Thụy Sĩ với mục tiêu thực tiễn là gây quĩ để khám phá và phát triển được ít nhất một loại thuốc mới trị bệnh sốt rét mỗi 5 năm. Hiện nay, MMV đang có 7 chương trình nghiên cứu thử nghiệm các loại thuốc mới. Ở Mỹ, năm 1999, Chương trình chế tạo thuốc chủng ngừa sốt rét (MVI_Malaria Vaccine Inititative) được thành lập. Chương trình MMV và MVI đã được sự hỗ trợ tài chính lớn từ nhà tỉ phú Bill Gates, chủ tịch công ty Microsoft qua tổ chức "Bill and Melinda Gates Foundation". Tóm lại trong mấy năm vừa qua, đã có một sự khởi động liên tiếp ở nhiều nơi trên thế giới với ý chí quyết tâm đầu tư tài nguyên và năng lực trong công cuộc chống và trị bệnh sốt rét, nhất là ở các điểm nóng vùng châu Phi. Kết quả đáng kể đầu tiên của các sự khởi động trên chính là sự giải mã toàn bộ bộ gene của muỗi A. gambiae và ký sinh trùng P. falciparum như đã đề cập ở trên. Vài nét về bệnh truyền nhiễm qua vectơ muỗi. Con muỗi lâu nhất mà ta biết được hiện nay được phát hiện trong một hóa thạch ở Canada với tuổi cách đây độ khoảng 76 đến 79 triệu năm. Hiện nay có hơn 3500 các loài muỗi khác nhau, trong đó có khoảng 60 loại Anopheles spp truyền bệnh sốt rét qua hút máu người. Loại muỗi A. gambiae và A. funesus ở châu Phi là hai loại muỗi rất đặc hiệu trong sự truyền bệnh sốt rét. Cả hai loại muỗi này đều có tuổi thọ cao so với các loại muỗi khác và KSTSR trên muỗi vì thế có thời gian đủ dài để phát triển. Ở Việt Nam, muỗi Anopheles có thể mang 2 ký sinh trùng sốt rét, P. falciparum và P. vivax là các loại muỗi A. minimus, A. dirus và A. sundaicus. Các loại muỗi này cũng có nhiều ở Ðông Nam Á. Ký sinh trùng P. vivax đã xuất hiện giới hạn trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long, trong khi P.falciparum ở các nơi khác đa số là các vùng núi và cao nguyên như vùng Tây nguyên. Trong thập niên 1980 đến đầu những năm 1990, nhiều dịch sốt rét đã xảy ra tại các nơi này. Loại ký sinh trùng sốt rét P. falciparum kháng thuốc hiện nay ở khắp nơi trừ đồng bằng sông Hồng. Loại muỗi A. Minimus có mặt ở khắp vùng đất nước trong khi A. dirus chỉ có ở rừng, núi và A. sundaicus thì được giới hạn ở đồng bằng sông Cửu Long và các đồng bằng ven biển.Liên quan đến hóa chất DDT và thuốc từ cây thanh hao hoa vàng. Hiện nay, thuốc xịt muỗi DDT vẫn còn được dùng ở một số nơi, hạn chế trong xó nhà chỗ muỗi hay trú ngụ. Vì dùng trong nhà nên không có hại nhiều cho môi trường sinh vật. Tuy hiệu quả DDT không còn như trước, nhưng nó vẫn giảm được tuổi thọ của muỗi kháng thuốc. Lý do chính mà DDT không còn được dùng rộng rãi nơi công cộng và đã bị cấm ở nhiều nước là vì DDT là một chất ô nhiễm hữu cơ bền (Persistent Organic Pollutant_POP), không dễ dàng bị huỷ. Quy ước quốc tế về hạn chế, kiểm soát sự sử dụng hay thay thế loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ bền đã được chấp nhận và áp dụng ở nhiều nước trên thế giới. Một biện pháp khác trừ muỗi được dùng nhiều và khá phổ thông ở châu Phi gần đây và hiện nay là dùng mùng có tẩm chất diệt muỗi. Chất này là Pyrethroids. Nó có tác dụng như thuốc diệt muỗi DDT và đã đạt được 1 số thành công đáng kể trong sự ngăn chặn và giảm đi cường độ của các dịch sốt rét. Trong năm đầu tiên từ khi phương pháp được dùng, số tử vong trẻ em dưới 5 tuổi đã giảm từ 15% đến 25% ở các làng mạc châu Phi. Tuy nhiên cũng như DDT, hiệu quả đã bắt đầu giảm do sự tăng kháng thuốc và do trung bình 6 tháng phải thấm lại mùng với chất diệt muỗi nên có rất nhiều gia đình nghèo đã không tuân theo cách dùng như quy định vì lý do giá cả kinh tế và sự thuận tiện. Ðể diệt KSTSR, thuốc phổ thông được dùng từ nhiều năm nay là các thuốc có chất hoá học dựa vào hợp chất thiên nhiên như quinine chế tạo từ vỏ cây quina-quina gốc ở Nam Mỹ. Vào khoảng giữa thế kỷ 17, các giáo sĩ dòng Tên đã học được từ người Inca cách dùng vỏ cây quina-quina để trị sốt rét. Tới giữa thế kỷ 19, mặc dù các thuộc địa Tây Ban Nha ở Nam Mỹ cấm xuất khẩu cây quina-quina và dược liệu lấy từ cây, người Anh và Hà Lan đã mang lén đi được các hạt cây này và trồng thành công khắp các đồn điền ở Java, Indonesia. Thuốc trị KSTSR tốt và hiệu nghiệm nhất hiện nay là Artemisinine và dẫn suất lấy từ loại cây thanh hao hoa vàng (quing-hao) mà các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã tìm ra đầu thập niên 1970 và áp dụng thành công trong các thử nghiệm lâm sàng và hiện được dùng rộng rãi. Thanh hảo là một vị thuốc cổ truyền Trung Quốc đã được biết cách đây hơn 2000 năm với nhiều công dụng. Ở một ngôi mộ cổ đời Hán khai quật được, các nhà khảo cổ đã tìm thấy được tư liệu nói về sự sử dụng thảo mộc thanh hao hoa vàng. Artemisinine có tác dụng diệt nhanh chóng các KSTSR lưu hành trong máu và khi dùng chung lượt với các thuốc chống sốt rét khác cho kết quả rất hiệu quả và làm giảm nhiều đi xác suất tái xuất hiện của các KSTSR kháng thuốc. Ở Việt Nam, từ năm 1984, các nhà y học cũng cũng đã dùng thanh hao để trích ra các hợp chất Arthemeter, Artemisine và Artesunate, nghiên cứu khả năng trị sốt rét. Sự sử dụng các chất trên cho thấy có những thành công ở các thử nghiệm và ở các áp dụng thực tiễn trên các bệnh nhân bị sốt rét. Trước 1975, trong chiến tranh, mặc dù không có phổ biến, nhưng thanh hao cũng đã được biết và dùng để trị bệnh sốt rét. Phải nói rằng trong các năm 1970 đến 1990, chỉ ở Trung Quốc và Việt Nam là có sự nghiên cứu và áp dụng chất liệu thanh hao để trị bệnh sốt rét. Hiện nay, WHO đã công nhận sự hiệu quả của Artemisinine có trong thảo dược thanh hao và dùng cho công cuộc trị bệnh sốt rét trên thế giới. Artemisinine được coi như là phòng tuyến hữu hiệu cuối cùng trong kho vũ khí chống KSTSR. Ðây là một thành công và là một đóng góp rất lớn của khoa y học cổ truyền vào y học hiện đại. Tuy vậy, Artemisinine không có hiệu quả nhiều với các KSTSR ẩn ở các bộ phận và tuần hoàn máu trong cơ thể. Qua một mô hình nghiên cứu toán học và thực nghiệm mới đây cho thấy so với tỉ lệ số ký sinh trùng lưu thông trong máu và ẩn, thì hiệu quả của Artemisinin không còn cao nữa. Ngày nay, vì ký sinh trùng đa số đã kháng Chloroquine ở nhiều nơi trên thế giới, nên Artemisinin được dùng chung với một số thuốc khác và được sử dụng giới hạn trong các trường hợp có sự quản lý chặt chẽ để tránh hay giảm thiểu sự xuất hiện các loại KSTSR mới kháng thuốc. Tuy vậy, qua đó đã có một thị trường không hợp pháp buôn bán, nhập lậu thuốc Artemisinin cho những bệnh nhân muốn nhanh dứt bệnh. Bộ gene muỗi A. gambiae, ký sinh trùng P.falciparum và triển vọng chống sốt rét: bộ gene muỗi A. gambiae đã được giải theo thành phần cấu tạo của chuỗi gene, dùng kỹ thuật sinh học di truyền "phá vỡ" ("shotgun"), theo đó các chuỗi DNA của các nhiễm sắc thể của bộ gen được cắt nhỏ ra thành nhiều đoạn và mỗi đoạn được giải mã độc lập với nhau bằng máy giải trình tự. Phần mềm trên máy tính sau đó sẽ cấu tạo lại toàn bộ chuỗi DNA theo các đoạn bị cắt. Phương pháp này nhanh vì nhờ máy tính và đã được dùng để giải mã bộ gen người, ruồi và lúa gạo trước đây. Chương trình giải mã bộ gen muỗi A. gambiae đã được thực hiện với sự cộng tác giữa công ty Celera Genomics, Trung tâm Quốc gia giải mã gen ở Pháp (Genescope) và Viện nghiên cứu về các bộ gen (The Institute for Genomics Research, TIGR) cùng với một số các phòng thí nghiệm đại học ở Mỹ. Ngược lại, việc áp dụng kỹ thuật này trong cuộc giải mã gen của ký sinh trùng P. falciparum khó khăn hơn, do đó tuy đã bắt đầu từ năm 1996 nhưng mãi đến nay mới được coi như gần hoàn tất với 10 nhiễm sắc thể đã giải xong và 4 sắc thể còn lại ở trong giai đoạn cuối. Thực hiện sự giải mã này là do sự cộng tác của 4 tổ chức : Viện nghiên cứu Wellcome Trust Sanger ở Anh, TIGR (Mỹ), Trung tâm Nghiên cứu Y khoa của Hải quân (Naval Medical Research Center) và Trung tâm kỹ thuật bộ gene Standford (Standford Genome Technology Center) ở Mỹ. Ngân sách cho chương trình được tài trợ từ NIH, Bộ Quốc Phòng Mỹ và từ tổ chức tư nhân Wellcome Trust.Với bộ gen được giải mã, một trong những ứng dụng là xác định các gen nhận mùi giúp cho muỗi tìm đến mục tiêu trên người. Mới đây, một nhóm nghiên cứu ở các đại học Vanderbilt, Notre Dame, Illinois và công ty Celera Genomics đã tìm được trên hệ gen của A. gambiae 79 vị trí các gen nhận mùi, trong đó có 5 đã được biết trước đây, 64 gene chỉ thể hiện ở các mô khứu giác và ít nhất 1 gene chỉ có ở muỗi cái đã trưởng thành, điều này cho thấy gen này có liên hệ đến khả năng tìm hơi người để hút máu. Trước đây không lâu, nhà nghiên cứu người Hà Lan-Bart Knols, đã khám phá ra là loại muỗi A. gambiae có khuynh hướng đốt, hút máu người ở chân và gót chân, ngay cả khi toàn thân thể đã được lộ mở ra. Là một người xuất thân từ tỉnh Limburg, Hà Lan, ông suy nghiệm ra là mùi hơi từ chân người rất giống mùi của một loại pho mát đặc biệt ở tỉnh ông. Ông thử nghiệm dùng loại pho mát Limburg và quả nhiên muỗi A. gambiae bay lao vào các pho mát để "hút máu". Một điểm chung giữa pho mát Limburg và chân người là vi khuẩn dùng trong sản xuất pho mát là một vi khuẩn rất gần với loại vi khuẩn Brevibacterium epidermis thường ẩn giữa các ngón chân ẩm và ấm. Cả hai vi khuẩn biến các chất glycerides ra các sản phẩm các chất béo. Ông Knols đang nghiên cứu xem các chất hoá học nào trong đó đã làm muỗi nhận được mùi. Dựa vào các nghiên cứu trên, "chiến tranh hoá học" sẽ được cải tiến tinh vi hơn để đối chọi với muỗi. Ví dụ, như ta có thể sáng chế các hoá chất dựa vào các gene nhận mùi đã được giải mã để đuổi muỗi bằng cách làm rối loạn các điểm nhận trên khứu giác hoặc dụ muỗi vào các bẫy giết muỗi hay làm muỗi hoàn toàn mất phương hướng. Tuy nhiên, cần lưu ý là các loại muỗi truyền sốt rét khác A. gambiae, như A. funestus tiến hoá độc lập với nhau đã lâu nên có bộ gene khác nhau và vì thế những kỹ thuật sinh học dùng bộ gen của A. gambiae sẽ không áp dụng được với loại A. funestus. Sự thành công giải mã một loại muỗi và một loại ký sinh trùng là một sự kiện quan trọng, nhưng đó chỉ là bước đầu cho phép ta sử dụng kỹ thuật di truyền hiện đại để ngăn chặn một bộ phận quan trọng trong sự truyền sốt rét. Song song với triển vọng nghiên cứu dùng bộ gene muỗi A. gambiae là triển vọng dùng bộ gen ký sinh trùng P. falciparum để tìm các điểm yếu của nó, từ đó tạo ra các loại thuốc chống sốt rét và vaccine. Một bộ phận tế bào có thể là điểm yếu của ký sinh trùng đã được khám phá từ năm 1997. Bộ phận này gọi là Apicoplast có thể là bộ phận mà “thuỷ tổ” ký sinh trùng xưa kia đã nhập từ bộ phận chloroplast (để tổng hợp carbohydrates qua quang hợp) của tế bào thực vật Alga. Nơi đây là nơi sản xuất các acid béo cần thiết cho sự sống của ký sinh trùng. Từ bộ gene đã được giải mã, các nhà nghiên cứu đã xác định được là có khoảng 12% protein sản xuất từ các gene đều đến tụ điểm Apicoplast. Từ lộ trình sinh hoá, con người có thể tìm được thuốc ngăn chặn sự hoạt động của các enzym, protein và vô hiệu hoá các phản ứng protein tạo các chất acid béo làm ký sinh trùng bị tiêu diệt. Sau khi đã có được giải mã DNA của bộ gen ký sinh trùng, ta cũng sẽ biết được các lộ trình các phản ứng hoá học để sản xuất các enzyme cần thiết ở nhiều trạng thái khác nhau trong chu kỳ sống của KSTSR. Từ đó ta có thể tìm ra được hoá chất ngăn các tiêu điểm trong lộ trình phản ứng hoá học sản xuất enzyme và diệt được ký sinh trùng. Chẳng hạn, chloroquine (Chloro-7 [(diethylamino-4 methyl-1 butyl)amino]-4 quinoleine) có tác dụng bằng sự hút bám vào các phân tử heme được thải ra từ các phân tử protein Hb trong hồng cầu sau khi bị tiêu thụ bởi KSTSR. Sự bám vào phân tử heme gây trở ngại và phá vỡ lộ trình phản ứng sinh hoá để giảm độc tố heme của ký sinh trùng và vì thế ký sinh trùng bị diệt. Năm 1999, khi một phần bộ gene của ký sinh trùng được đưa lên mạng, các nhà nghiên cứu ở Ðức đã nhận diện được một enzyme trên hệ gene ký sinh trùng có liên hệ đến một lộ trình hoá học tổng hợp acid béo mà một loại thuốc formidomycin đã được dùng để chặn phản ứng này cho một mục đích hoàn toàn khác: trị bệnh nhiễm trùng đường tiểu. Formidomycin hiện nay ở giai đoạn thẩm định cuối cùng trong các thử nghiệm lâm sàng để trị bệnh sốt rét. Nhóm khoa học gia ở TIGR đã tìm thấy các gen ở KSTSR, trong đó 60% có chức năng chưa được biết đến. Trong lãnh vực protein học, các nhà nghiên cứu đã bắt đầu dùng phương pháp mới quang phổ khối (mass spectrometry) để có thể xác định hàng ngàn loại protein cùng lúc và biết được ở mỗi chu kỳ sống của KSTSR các loại protein nào hoạt động. Ðây cũng là kiến thức rất cần thiết để phát triển thuốc vaccin ngừa KSTSR. Triển vọng lớn nhất mà cũng gây nhiều chú ý và tranh luận nhất là dùng kỹ thuật di truyền để tạo ra một giống muỗi mới, từ giống muỗi gây bệnh mà hệ di truyền đã được thay đổi hay được thêm gene mới để chúng không thể gây bệnh. Giống muỗi với hệ gene được thay đổi này được cho ra môi trường thiên nhiên để chúng vượt trội, cạnh tranh tiêu diệt hay làm loãng mật độ giống muỗi mang bệnh qua kết hợp với giống mang bệnh và từ đó các thế hệ sau của muỗi sẽ có gene không mang ký sinh trùng bệnh sốt rét. Ðầu năm 2002, một nhóm các nhà nghiên cứu ở đại học Cleveland (Ohio) đã cấy thành công một gene mới vào bộ gen loại muỗi A. Stephensi làm nó chống kháng lại được ký sinh trùng sốt rét. WHO đã đặt chương trình nghiên cứu và áp dụng các giống muỗi với hệ gen di truyền được thay đổi là một trong những ưu tiên lớn nhất để chống sốt rét. Một nhóm nghiên cứu Anh vừa cảnh báo rằng những con muỗi được biến đổi gene để miễn dịch với bệnh sốt rét sẽ không thể thay thế các loại muỗi hoang dại trong tự nhiên. Nguyên nhân là việc nuôi nhốt nhiều năm trong phòng thí nghiệm và hiện tượng giao phối cận huyết đã làm suy yếu khả năng sống của chúng. Để nghiên cứu quá trình xâm nhập của muỗi biến đổi gene vào môi trường, Andrea Crisanti và cộng sự tại Đại học Hoàng gia London đã tạo ra 4 dòng muỗi khác nhau, chứa gene mã hóa protein phát sáng xanh hoặc đỏ (thay cho gene kháng KSTSR) và thả chúng vào tự nhiên. Họ phát hiện thấy chỉ sau 4 thế hệ, tương đương với một mùa hè ở nhiều vùng châu Phi, không con muỗi chuyển gene nào còn sống sót. “Muỗi biến đổi gene không có cơ hội tồn tại ngoài môi trường", Crisanti nhận định. Để đối phó với ký sinh trùng sốt rét (lây lan qua vật trung gian là muỗi Anopheles), các nhà khoa học từng đề ra một chiến lược mới: đó là dùng muỗi biến đổi gene (không mắc bệnh) thay thế cho muỗi tự nhiên: Người ta gắn cho những con muỗi trong phòng thí nghiệm một loại gene có thể phá vỡ vòng đời của ký sinh trùng gây bệnh, rồi thả chúng ra ngoài môi trường để giao phối với muỗi hoang dã. Theo tính toán lý thuyết, sau một vài thế hệ, cả quần thể muỗi sẽ được mang gene chống bệnh sốt rét này. Nhưng thực tế thì ngược lại, gene kháng bệnh không thể phát huy tác dụng. Crisanti cho biết phải thả ra hàng triệu con muỗi biến đổi gene trong một khu vực, thì chúng mới có cơ hội thay thế các loài trong tự nhiên đang mang mầm bệnh. "Quy mô và chi phí cho một thí nghiệm như vậy là cực lớn, nên dự án không có tính khả thi", nhà sinh thái học về muỗi Willem Takken tại Đại học Wageningen, Hà Lan, cho biết. Thêm nữa, đa dạng gene cũng giúp cho muỗi hoang dại có ưu thế tiến hóa cao hơn hẳn so với những con muỗi thí nghiệm (đã giao phối cận huyết nhiều đời). Trước tình hình này, Crisanti đã đề ra một giải pháp đối phó, đó là cho muỗi chuyển gene giao phối những với những con hoang dã và lựa chọn thế hệ con được thừa kế gene này, sau đó thả chúng vào môi trường. Chỉ có như vậy, muỗi lai mới có đủ sức lấn át những người anh em hoang dại của chúng. Thành công giải mã bộ gen của muỗi và ký sinh trùng đã và đang thuyết phục các chính phủ và các tổ chức tư nhân tăng thêm ngân sách, tài nguyên cho kỹ thuật sinh học trong công cuộc chống bệnh sốt rét. Tuy vậy, cũng có một số nhà nghiên cứu sinh thái học về các bệnh truyền nhiễm ở vùng nhiệt đới vẫn không tin rằng kỹ thuật sinh học sẽ mang lại những lợi ích thực tiễn ngăn chặn, kiềm chế được dịch sốt rét. Họ cho rằng chương trình mang các giống muỗi với hệ gen đã được thay đổi ra môi trường thiên nhiên là nguy hiểm và không tưởng. Chúng ta có chắc là những muỗi chế tạo này có phân tán, sinh sản và sống bền được trong môi trường thiên nhiên không? Bao lâu thì gen kháng ký sinh trùng sẽ truyền đến loài muỗi? Tỷ lệ muỗi có gene mới là bao nhiêu trong tổng số thì mới có hiệu quả? Quan trọng hơn, có chắc là loại muỗi mới không biến thành một loại mang bệnh khác trong môi trường? Ðây là những câu hỏi quan trọng chưa có giải đáp thoả đáng. Thành công giải mã bộ gen của muỗi và ký sinh trùng đã và đang thuyết phục các chính phủ và các tổ chức tư nhân tăng thêm ngân sách, tài nguyên cho kỹ thuật sinh học trong công cuộc chống bệnh sốt rét. Tuy vậy, cũng có một số nhà nghiên cứu sinh thái học về các bệnh truyền nhiễm ở vùng nhiệt đới vẫn không tin rằng kỹ thuật sinh học sẽ mang lại những lợi ích thực tiễn ngăn chặn, kiềm chế được dịch sốt rét. Họ cho rằng chương trình mang các giống muỗi với hệ gen đã được thay đổi ra môi trường thiên nhiên là nguy hiểm và không tưởng. Chúng ta có chắc là những muỗi chế tạo này có phân tán, sinh sản và sống bền được trong môi trường thiên nhiên không? Bao lâu thì gen kháng ký sinh trùng sẽ truyền đến loài muỗi? Tỷ lệ muỗi có gene mới là bao nhiêu trong tổng số thì mới có hiệu quả? Quan trọng hơn, có chắc là loại muỗi mới không biến thành một loại mang bệnh khác trong môi trường? Ðây là những câu hỏi quan trọng chưa có giải đáp thoả đáng. Công tác tiêu diệt sốt rét tuỳ thuộc vào sự hiểu biết về sinh thái của các loài muỗi, chúng ta hiện nay chưa hiểu hết được các yếu tố quan trọng trong sự lây lan bệnh trong cộng đồng. Thí dụ như tuổi thọ khác nhau của các loại muỗi là yếu tố quan trọng về khả năng truyền bệnh của chúng và sự hiểu biết này có thể dẫn đến những biện pháp đơn giản và rất hữu hiệu ngăn chặn dịch sốt rét hay làm giảm khả năng lây bệnh ở một số vùng địa phương tuỳ thuộc vào môi trường và cách sinh hoạt của người dân trong vùng. Biện pháp cần hơn là tăng mức sống của người dân, sống trong nhà có cửa lưới, hoạch định vùng dân cư và nếu có thể được tránh sống tập trung ở những vùng ẩm thấp có nhiều nước, giảm sự hiện diện của các hồ, vũng nước, hay dùng thuốc diệt muỗi một cách hữu hiệu hơn. Chẳng hạn như trong phạm vi không rộng lớn dọc sông Rio Grande, biên giới giữa Texas và Mexico, từ năm 1980 đến 1999 chỉ có 64 trường hợp sốt xuất huyết ở Texas trong khi ở Mexico bên kia bờ sông có đến 62.514 trường hợp, mặc dù muỗi Ae. aegypti mang bệnh sốt xuất huyết có nhiều ở Texas hơn ở Mexico. Sự khác biệt là ở Mexico rất ít nhà có cửa sổ có lưới chắn và người dân ra đường nhiều hơn trong khi ở Texas đa số trong nhà hoặc trong xe hơi có máy lạnh. Các nhà sinh thái học cũng phê bình cho rằng quỹ nghiên cứu chống sốt rét đã chi quá nhiều cho công cuộc nghiên cứu sinh học phân tử và bỏ rơi những nghiên cứu thực tiễn trước mắt. Phản ứng lại, một số các nhà sinh học phân tử cho rằng đã từ lâu sau bao nhiêu nghiên cứu sinh thái, con người vẫn chưa trị được bệnh truyền nhiễm sốt rét, đã đến lúc phải có phương thức mới. Sự tranh cãi thật ra cũng đã có lợi ích là giúp các nhà sinh thái và sinh học phân tử trao đổi quan điểm và đưa đến những cộng tác chung với nhau. Cách đây vài tháng, các nhà sinh thái học đã đưa ra chương trình nghiên cứu về sự khả thi và vấn đề liên quan đến thả muỗi có chuyển gen mới ra môi trường. Một số cũng bắt đầu hợp tác với các nhà sinh học phân tử trong các đề án gởi các cơ quan chi ngân sách cho nghiên cứu bệnh sốt rét. Các cơ quan như WHO cũng bắt đầu quan tâm và sẵn sàng ủng hộ nghiên cứu và áp dụng vấn đề sinh thái trong sự truyền bệnh sốt rét. Cũng vậy, tuy triển vọng tìm ra thuốc diệt ký sinh trùng dùng dữ liệu sẵn có từ bộ gene là rất cao, nhưng tìm được thuốc chủng (vaccine) lại là chuyện khác. Hiện nay ngân sách dùng trong lãnh vực nghiên cứu này rất là ít, nên nhiều nhà nghiên cứu vaccine đã phân ra hai trường phái, có ý kiến khác nhau về chương trình giải bộ gen. Trường phái thứ nhất cho rằng ngân sách nên đầu tư vào tìm thuốc chủng, có lợi ích thực tế trước mắt hơn là vào chương trình giải mã và nghiên cứu bộ gene. Ngược lại quan điểm trên là quan điểm cho rằng các nhà nghiên cứu vaccin cần phải mạnh dạn loại bỏ một số các vaccin đang thử nghiệm ở giai đoạn đầu và tìm trong hệ gen các tiêu điểm có tính kháng nguyên (Antigene) thích hợp nhất. Vì lúc đầu có rất nhiều thuốc có triển vọng nhưng đa số đều hỏng trước và sau các thử nghiệm lâm sàng. Tuy vậy nghiên cứu vaccin tìm tiêu điểm trong bộ gene ký sinh trùng chưa đủ, cần phải nghiên cứu thêm bộ gene con người, nơi phát sinh hệ miễn nhiễm chống ký sinh trùng sốt rét. Nếu ngân sách nghiên cứu đầy đủ cho cả hai nhóm thì chắc chắn sẽ không có vấn đề phân hoá ! Một trong những vấn đề quan trọng trong nghiên cứu hệ gene là xử lý số lượng dữ kiện và kiến thức DNA khổng lồ sẵn có, chứa và phân tích các dữ kiện DNA là một ngành mới phát triển được gọi là sinh tin học (bioinformatics). Với ngân sách dành cho kỹ nghệ sinh học nói chung và sốt rét nói riêng gia tăng gần đây, nhiều nhà nghiên cứu thuộc các ngành khác đã tập trung vào sinh học phân tử. Hiện nay, nhiều nhà sinh học cũng cần có kiến thức liên ngành và sự hỗ trợ của kỹ thuật tin học. Kho cơ sở dữ liệu (database) chứa thông tin về bộ gene P. falciparum trên mạng hiện nay (http://plasmaDB.org/) gồm có các dữ kiện từ nhiều nguồn như toàn bộ gen đã được giải mã, những gen, protein đã được biết và tiên đoán qua máy tính, các dữ kiện so sánh gen với các động vật khác. Phần mềm chứa dữ liệu được dùng là Oracle với kiến trúc dựa vào chuẩn GUS (Genomics Unified Schema). Ðể dữ liệu có thể được dùng phổ quát, nhất là ở các nước đang phát triển có vần đề tra cập trên mạng internet, hệ gen của ký sinh trùng và các tư liệu liên hệ đã được đưa lên CD-ROM. Ðể có CD-ROM, liên hệ đến malaria@atcc.org với chủ đề điện thư là "Nature malaria CD-ROM" và để CD được gởi đến, phải có địa chỉ của người nhận trong điện thư. Diệt ký sinh trùng ngay trong cơ thể muỗi - Muỗi chuyển gen ? Theo một kết quả nghiên cứu của phòng thí nghiệm sinh học phân tử châu Âu, đăng trên tạp chí“Cells and Sciences” của Anh.Các nhà khoa học tin rằng việc làm thay đổi đáp ứng miễn dịch của cơ thể muỗi có thể ngăn chặn được lây truyền ký sinh trùng sốt rét (KSTSR) từ muỗi sang người. Ý tưởng này xuất hiện khi các nhà nghiên cứu này xác định được 4 loại protein do loài muỗi này sản sinh ra, trong đó gồm hai loại giết chết ký sinh trùng sốt rét và hai loại protein còn lại là bảo vệ chúng. Họ cho rằng các protein bảo vệ này có thể bị làm biến đổi để trở thành kẻ tiêu diệt KSTSR và làm cho chúng không thể truyền sang người được. Hai loại protein của muỗi diệt được KSTSR là TEP1 và LRIM, nhưng khả năng hoạt động của chúng rất khác nhau, và điều này lý giải tại sao một số loại muỗi truyền ký sinh trùng sốt rét sang người, trong khi các loại khác thì không truyền sang được. Còn hai loại protein bảo vệ ký sinh trùng sốt rét và làm cho chúng phát triển được trong cơ thể muỗi được các nhà khoa học xác định có tên là CTL4 và CTLMA2. Trong điều kiện thí nghiệm, bằng kỹ thuật sinh học phân thử, người ta đã làm hai loại protein CTL4 và CTLMA2 bị bất hoạt, dẫn đến 97% KSTSR trong muỗi bị phá hủy ngay từ trong cơ thể muỗi. Phải chăng đây là một bước tiến trong lĩnh vực bệnh nhiệt đới nói chung và sốt rét nói riêng trong việc khống chế bệnh sốt rét theo phương thức muỗi chuyển gen (transgenic mosquitoes)! Phát hiện và thái độ xử trí bệnh sốt rét qua đồng hồ đeo tay Trước tình hình bệnh sốt rét hoành hành trẻ em trên thế giới và trẻ em với phụ nữ châu Phi như vậy, một nhà sáng chế Nam Phi vừa chế tạo đồng hồ đeo tay có tác dụng phát hiện và giúp xử trí ca bệnh sốt rét. Nó hoạt động bằng cách giám sát máu của người đeo và sẽ báo động khi chúng dò thấy ký sinh trùng sốt rét. Tác giả Gervan Lubbe cho biết cho biết loại đồng hồ này sẽ được tung ra thị trường vào tháng tới (2006). Nguyên lý sử dụng của lọai đồng hồ này là sử dụng một cây kim tý hon châm vào cổ tay người đeo 4 lần mỗi ngày và kiểm tra máu để phát hiện ký sinh trùng sốt rét, nếu lượng KSTSR ³ 50KSTSR/mL máu, đồng hồ sẽ nhấp báo động và hình ảnh một con muỗi sẽ nhấp nháy trên bề mặt đồng hồ. Trong trường hợp đó ngời đeo đồng hồ phải có thái độ xử trí là uống ngay 3 viên thuốc (phù hơp với phác đồ điều trị ở châu Phi). Hiện công ty Gervans trading của ông Lubbe này đã nhận đợc nhiều đơn đặt hàng trị giá 1,5 triệu USD từ các công ty, tổ chức chính phủ và các tổ chức viện trợ khác đang hoạt động ở châu Phi. Muỗi và gene chống ký sinh trùng sốt rét. Theo một công trình nghiên cứu của viện Hàn Lâm khoa học Hoa Kỳ, các nhà nghiên cứu đang từng bước tiến gần hơn đến việc tạo ra một dòng muỗi chuyển gene có khả năng kháng KSTSR. Kết quả của nghiên cứu là dòng muỗi sạch KSTSR và có tỷ lệ sống cao hơn những con muỗi bình thường khi nuôi bằng máu có Plasmodium. Theo peter Atkinson thuộc đại học California ở Riverside có thể đưa loại muỗi này vào tự nhiên và sử dụng như một tác nhân cạnh tranh sinh học, chấm dứt sự lan truyền dai dẳng của loại KST này trong quần thể. Các nghiên cứu trước đây cho thấy những con muỗi chứa KSTSR không thích nghi tốt với như muỗi không mang mầm bệnh. Dựa trên quan sát này, Marcelo Jacobs-Lorena thuộc trường y tế cộng cộng Johns Hopkins, Bloomberg đưa ra suy luận rằng muỗi được chuyển gen kháng KSTSR có sức sống vượt trội các cá thể hoang dại, Về kết quả thực tế thú vị này, bản thân Jacobs-Lorena thừa nhận “Tôi đã từng tin rằng việc sử dụng phương pháp chuyển gen chỉ có hại mà thôi”. Thực tế, một số nghiên cứu khác cho thấy những cá thể muỗi được chuyển gen có thể phải chịu một số thiệt thòi trong thích nghi, bù lại lợi ích từ tính kháng sốt rét. Theo Mauro T. Marrelli, cũng thuộc trường Johns Hopkins, các nhà nghiên cứu đã so sánh sự thích nghi của muỗi Anopheles stephensi hoang dại với các cá thể muỗi biểu hiện SM1, một peptide có khả năng ngăn cản trùng sốt rét xâm nhập vào đường tiêu hóa của muỗi. Những cá thể muỗi chuyển gen này không thể bị bệnh bởi Plasmodium berghei, một loại KSTSR nhiễm trên loài gặm nhấm. Các nhà nghiên cứu đã thả muỗi hoang dại và muỗi chuyển gen vào lồng và nuôi bằng máu chuột nhiễm Plasmodium. Sau 9 thế hệ, muỗi mang gen chuyển đã chiếm khoảng 70% tổng số. Các thí nghiệm bổ sung đã cho thấy các cá thể muỗi chuyển gen có tỷ lệ sinh sản cao và tỷ lệ tử vong thấp hơn dòng muỗi hoang dại trong điều kiện dinh dưỡng là máu chứa KSTSR đang phát triển. Atkinson nói đây là công việc thú vị, một số người đã luôn nói rằng những cá thể chuyển gen mà chúng tôi tạo ra sẽ khó có thể tồn tại, bởi những thay đổi di tuyền là không có nghĩa về thích nghi trong môi trường này, có lẽ đây là một tin tức đáng khích lệ. Theo một nghiên cứu trước đây, muỗi chuyển gen kháng KSTSR đã được tạo ra nhưng lại theo một hướng khác, đó là làm gia tăng phản ứng miễn dịch của muỗi. Cái giá phải trả cho khả năng chống sốt rét tuyệt vời này là con muỗi mất khả năng cạnh tranh do phải dồn sức cho hệ miễn dịch của nó. Bài học này tương tự như cây chuyển gen chống hạn thì không sống tốt trong điều kiện mát mẻ. Theo Hilary Hurd thuộc đại học Keele ở Staffordshire, trong 1 bức thư điện tử trao đổi với The Scientist: "Peptide SM1 có lợi thế do nó không phải là một phần của hệ̣ thống miễn dịch tự nhiên và vai trò chính của nó là ngăn chặn sự nhiễm của KSTSR chứ không tiêu diệt chúng”. Theo Jacob-Lorena, để có thể được đưa vào tự nhiên, các nhà khoa học vẫn cần phải nỗ lực hơn nữa để giải quyết rào cản trong cơ chế di truyền nhằm không chỉ gia tăng số lượng muỗi chuyển gen mà còn phải gia tăng hàm lượng gen chuyển trong các quần thể muỗi (Nghiên cứu trên Geneflow). Thậm chí kể cả khi muỗi chuyển gen vượt quá ngưỡng dòng muỗi hoang dại trong điều kiện thí nghiệm, thì cũng vẫn chưa đủ để có thể “đưa gen vào tự nhiên”. Nhưng những kết quả của họ đã cho thấy để đạt đến thành công, có thể chúng tôi không cần một thành công, có thể chúng tôi không cần một động lực mạnh như suy luận ban đầu nữa”. Theo Robert Sinden thuộc trường cao đẳng hoàng gia Luân Đôn, bước quan trọng nhất chính là lặp lại các thí nghiệm này trên loại ký sinh trùng sốt rét gây bệnh cho người. “Nếu các kết quả trên được lặp lại với cùng điều kiện này, chúng ta có lý do để lạc quan về tương lai”. Nuôi loài muỗi cải biến gen chống sốt xuất huyếtNghiên cứu được đăng trên tạp chí Proceeding của NAS cho biết các nhà khoa học đang nuôi cấy một loài muỗi cải biến gen nhằm chống sự lan truyền của dịch bệnh sốt xuất huyết.Virus gây bệnh sốt xuất huyết truyền qua đường muỗi cái chích người và hiện không có vắcxin hay thuốc đặc trị. Giới chuyên gia dẫn thống kê cho biết bệnh này lây cho 100 triệu người mỗi năm và đe dọa một phần ba dân cư trên thế giới. Giới khoa học hi vọng rằng các loài muỗi đực do họ nuôi cấy khi giao phối với muỗi cái sẽ tạo ra một loài muỗi cái con có chứa gen giới hạn mọc cánh. Các con muỗi cái trong thế hệ sau, nhận gen của muỗi bố và không thể bay vì đôi cánh không thể phát triển bình thường. Các con muỗi đực mang gen này vẫn tiếp tục bay bình thường. Theo nhà nghiên cứu Luke Alphey từ Đại học Oxford và công ty chuyển giao công nghệ Oxitec Ltd, kỹ thuật này hoàn toàn dùng riêng cho một loài, vì các con đực thế hệ nào chỉ giao phối với riêng con cái thuộc thế hệ đó. Nếu biện pháp trên được triển khai, loài muỗi mới sẽ đủ sức loại bỏ loài muỗi tự nhiên trong vòng 6-9 tháng. Giáo sư Anthony James thuộc nhóm nghiên cứu tại Đại học California ở Irvine nói: “Các biện pháp kiểm soát sốt xuất huyết hiện nay không hiệu quả đầy đủ và các biện pháp mới đang rất cần. Kiểm soát muỗi là nguồn lây virus sẽ giảm mức độ bệnh tật và tử vong ở người”.
|
TRANG CHỦ
