Một bài viết vừa được đăng trên số mới nhất của tạp chí Cell cho thấy chúng ta dường như đã tìm ra được một trong những vấn đề y sinh học bí ẩn lâu đời nhất. Trong một nghiên cứu được cho là gặp nhiều thách thức và có nhiều quan điểm trái ngược nhau, các nhà khoa học tại Viện Nghiên cứu Gulbenkian (IGC), Bồ Đào Nha, đã từng bước phát hiện một cơ chế phân tử ở các tế bào hồng cầu lưỡi liềm mà theo đó cơ hội chống chọi lại bệnh sốt rét - một căn bệnh gây ra bởi một số ký sinh trùng sốt rét (Plasmodium) - một cách tốt hơn. Những phát hiện mới này của nhóm nghiên cứu do Miguel P. Soares dẫn đầu đã mở đường cho nhiều biện pháp can thiệp mới chống lại bệnh sốt rét. Cho đến nay, sốt rét vẫn còn là một mối bận tâm lớn của nền y học thế giới và là một gánh nặng cho nền kinh tế nhiều quốc gia, đặc biệt là các quốc gia đang phát triển.
Bệnh thiếu máu do có hồng cầu lưỡi liềm (Sickle Cell Anemia), trong đó, các tế bào hồng cầu cho thấy sự bất thường về hình dạng - hình lưỡi liềm khi quan sát dưới kính hiển vi. Đây thực chất là một rối loạn mang tính di truyền lần đầu tiên được phát hiện và phân loại vào năm 1949 bởi Linus Pauling - người từng 2 lần đoạt giải Nobel Hóa học (1954) và Nobel Hòa bình (1962). Nguyên nhân gây thiếu máu hồng cầu hình liềm là do có sự bất thường ở hemoglobin, một protein vận chuyển oxy trong máu. Bệnh thiếu máu này thường được di truyền từ cha mẹ đã có mang tế bào hồng cầu hình liềm, hoặc một hemoglobin bất thường.
Nếu không được điều trị tốt, những cá thể trong tình trạng này sẽ có tuổi thọ ngắn hơn bình thường và từ đây, những đột biến này sẽ trở nên hiếm hơn trong cộng đồng. Tuy nhiên điều này còn khá lâu mới trở thành hiện thực. Nhiều quan sát đã được thực hiện kéo dài trong nhiều năm gữa thế kỷ XX cộng với những kết quả nghiên cứu của Pauling đã cho thấy trong thực tế những biến đổi bất thường ở hồng cầu mà ở đây là hình thành kiểu hồng câu lưỡi liềm thường được thấy ở những cộng đồng thuộc các khu vực có lưu hành bệnh sốt rét với tỷ lệ mang đột biến này khá cao với khoảng 10 đến 40% dân số của những khu vực trên.
 |
Sơ đồ tóm tắt quá trình hoạt động của hồng cầu hình liềm
trong việc bảo vệ vật chủ khỏi các thương tổn bởi sốt rét thể não.
(Ảnh: cell.com) |
Những cá nhân đơn giản chỉ mang “đột biến lưỡi liềm” (sickle mutation) di truyền từ người bố hoặc mẹ, thường không tiến triển thành bệnh thiếu máu hồng cầu liềm và có thể có cuộc sống bình thường. Tuy nhiên, người ta nhận thấy rằng trong thực tế, những cá thể mang kiểu hồng cầu liềm điển hình có khả năng bảo vệ chống lại bệnh sốt rét khá tốt. Vì vậy có thể thấy được một tỷ lệ cao người mang đột biến này tại các khu vực địa lý thường có sốt rét lưu hành.
Những phát hiện này tạo sự tin tưởng to lớn trong giới y học về cơ chế hoạt động và khả năng chống lại bệnh sốt rét của các hồng cầu liềm điển hình, từ đây nó cung cấp một cái nhìn mới mẻ hơn trong việc phát kiến những phương pháp điều trị cho căn bệnh đang chịu trách nhiệm chính cho hàng triệu cái chết tại khu vực Tiểu vùng Sahara, châu Phi và một số nơi khác trên thế giới. Mặc dù qua nhiều thập kỷ nghiên cứu, đến nay, cơ chế bảo vệ của hồng cầu liềm trước bệnh sốt rét vẫn còn khá mơ hồ.
Một vài nghiên cứu đã cho rằng, hồng cầu hình liềm có thể nhận biết cách lây nhiễm của ký sin trùng sốt rét đối với các hồng cầu khác. Sau đó, chúng làm giảm lượng ký sinh trùng lây nhiễm đến vật chủ bằng một cách thức nào đó. Vì vậy, cơ thể mang đột biến hình liềm có nhiều khả năng chống lại căn bệnh sốt rét. Tuy nhiên, kết quả của nhóm nghiên cứu IGC lại không đi theo sự giải thích này.
 |
So sánh giữa các loại hồng cầu |
Thực hiện công việc một cách cẩn thận, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Ana Ferreira thuộc phòng thí nghiệm Miguel Soares đã cho thấy rằng những con chuột được biến đổi gen thu thập từ cơ sở nghiên cứu của giáo sư Yves Beuzard đã sản sinh ra một bản sao protein hình lưỡi liềm tương tự như các tế bào hồng cầu hình liềm điển hình và có lẽ nhờ vậy những con chuột thí nghiệm này đã không chết vì sốt rét thể não, qua đó, có thể nghiên cứu cơ chế này đối với con người.
Quan sát não những con chuột này, giáo sư Ingo Bechman đã không phát hiện thấy những tổn thương liên quan đến quá trình phát triển sốt rét thể não mặc dù vẫn có sự xuất hiện của ký sinh trùng.
Ana Ferreira tiếp tục cho thấy sự bảo vệ này đã được thực thi nhờ vào các protein hình liềm trong những con chuột thí nghiệm, hoạt động của cơ chế bảo vệ này không tác động trực tiếp đến khả năng lây nhiễm của ký sinh trùng gây bệnh đối với hồng cầu. Như Miguel Soares đã mô tả là “các protein hình liềm đã làm cho vật chủ có sức chịu đựng được với ký sinh trùng”.
Thông qua một loạt các thí nghiệm về gen, Ana Ferreira đã có thể chỉ ra rằng, đóng vai trò chính trong hiệu quả bảo vệ trên là nhờ vào hemo oxygenaze-1 (HO-1), một loại enzyme được sản sinh ra bởi các protein hình liềm. Enzyme này đã được biết đến trước đó tại phòng thí nghiệm của Miguel Soares có khả năng chống lại tình trạng sốt rét thể não và hơn nửa enzyme HO-1 còn được nhận thấy có thể tạo ra khí carbon monoxide (CO). Trong quá trình phân tích chi tiết cơ chế bảo vệ này, Ana Ferreira đã chứng minh được HO-1, trong “hoạt động sống” cũng như quá trình tương tác với các protein hình liềm đã tạo ra loại khí CO và chính loại khí này đã bảo vệ vật chủ khỏi các thương tổn từ sốt rét thể não mà không can thiệp vào chu kỳ sống của ký sinh trùng trong hồng cầu.
 |
P. falciparum trong mao mạch não (Ảnh: brown.edu) |
Miguel Soares và các đồng nghiệp chắc chắn rằng cơ chế mà họ đã xác định ở các tế bào hồng cầu hình liềm điển hình có thể là cơ chế hoạt động chung của các hồng cầu trong các bệnh di truyền khác cũng có khả năng bảo vệ chống lại bệnh sốt rét nói chung trong quần thể người. “Nhờ vào hiệu quả chống lại bệnh sốt rét, đột biến hồng cầu hình liềm đã được chọn lọc một cách tự nhiên trong quá trình tiến hóa tại Tiểu vùng Sahara, châu Phi, nơi sốt rét còn hoành hành dữ dội và là một trong những nguyên nhân chính của những cái chết. Tương tự, các đột biến về mặt lâm sàng khác có thể cũng đã âm thầm được chọn lựa trong cuộc sống và tạo ra những lợi thế trong việc chống lại sự lây nhiễm của ký sinh trùng”.
Tài liệu tham khảo:
1. Pasvol G, Weatherall DJ, Wilson RJ, 1978. Cellular mechanism for the protective effect of haemoglobin S against P. falciparum malaria. Nature 274: 701–703
2. Le Hesran JY, Personne I, Personne P, Fievet N, Dubois B, Beyeme M, Boudin C, Cot M, Deloron P, 1999. Longitudinal study of Plasmodium falciparum infection and immune responses in infants with or without the sickle cell trait. Int J Epidemiol 28: 793–798.
3. Williams TN, Mwangi TW, Roberts DJ, Alexander ND, Weatherall DJ, Wambua S, Kortok M, Snow RW, Marsh K, 2005. An immune basis for malaria protection by the sickle cell trait. PLoS Med 2: e128.
4. Abu-Zeid YA, Theander TG, Abdulhadi NH, Hviid L, Saeed BO, Jepsen S, Jensen JB, Bayoumi RA, 1992. Modulation of the cellular immune response during Plasmodium falciparum infections in sickle cell trait individuals. Clin Exp Immunol 88: 112–118