SB: Vũ khí mới giúp tổng hợp dược chất Artemisinin...

Nguyễn Xuân Hưng

Administrator
Staff member
SB: Vũ khí mới giúp tổng hợp dược chất Artemis

TS Sơn, một thành viên SHVN nhờ tôi đăng giúp bài này. Admin đưa lên trang nhất nhé.

Synthetic Biology: Vũ khí mới giúp tổng hợp dược chất Artemisinin từ E. Coli để chống bệnh sốt rét

Tầm quan trọng của Artemisinin trong điều trị bệnh sốt rét đã được xác định và đề cao từ các nghiên cứu và thử nghiệm lâm sàng của các viện nghiên cứu trên thế giới. Hiện nay Artemisinin đã được sử dụng thay cho Chloroquin, đặc biệt là những trường hợp bệnh nhân kháng thuốc. SHVN số ngày 28/9/05 có báo cáo về kết quả tốt đẹp của Artemisinin dùng trị bệnh sốt rét ở những nước Châu Á. Gần đây, ngành Synthetic Biology đã được ứng dụng thành công trong tổng hợp hoạt chất thiên nhiên Artemisinin ở E. Coli. Nghiên cứu thành công này đã mang lại nhiều hứa hẹn về tính khả thi của việc sản xuất Artemisinin để đáp ứng nhu cầu lớn lao trong việc điều trị sốt rét ở các nước, gồm cả Việt Nam, nơi mà căn bệnh này vẫn còn là vấn đề nan giải của y tế và gây tổn thất kinh tế lớn lao.

Hình 1: (a)Cấu trúc hóa học của hoạt chất ?Artemisinin; (b) Một hồng cầu bị vi trùng sốt rét xâm nhập. Cơ chế hiệu ứng của Artemisinin cho tới nay chưa được biết rõ. Từ một số thí nghiệm, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng Artemisinin có khả năng giải phóng một lượng gốc Oxy tự do làm tiêu hủy trùng sốt rét do tác động đến các enzyme hoặc những phần có chức năng quan trọng như ty thể của chúng. Gốc Oxy tự do được giải phóng từ cầu peroxide không ổn định của Artemisinin bởi tác động của heme (gồm sắt và porphyrin) được giải phóng từ hồng cầu sau khi trùng sốt rét xâm nhập.

Lý do cần tổng hợp Artemisinin:

Hinh 2: Bản đồ phỏng định các vùng dịch sốt rét trên thế giới (màu đỏ)
Bản đồ trên đây định vị các vùng có hiểm họa sốt rét dưới hình thái kinh niên hoặc bộc phát thành dịch. Theo đó hơn nửa diện tích thế giới sống trong vùng này với khoảng 500 triệu người mắc bệnh và số tử vong hàng năm là 2-3 triệu mà phần lớn nạn nhân là trẻ nhỏ. Khả năng đề kháng thuốc trị sốt rét cổ điển thuộc họ hóa học Quinine và kháng sinh gần đây càng làm tăng mối đe dọa của bệnh này. Đặc tính trị liệu cao của ?Artemisinin cho bệnh sốt rét dưới nhiều dạng và giai đoạn cũng như ở các vùng khác nhau trên thế giới đã tạo được sự lưu tâm đặc biệt của giới nghiên cứu y tế và sinh học cơ bản của hoạt chất này. ?Hiện nay Artemisinin là thuốc chuẩn để điều trị bệnh nhân sốt rét kháng thuốc.

Dược thảo Artemisinin đã được biết đến từ trên ngàn năm trước ở Trung Quốc và đã được sử dụng để trị liệu cho nhiều loại bệnh, đặc biệt là bệnh sốt rét ở nhiều nơi. Trong tiến trình này đã có nhiều nỗ lực cải tiến về thực vật học (gồm nuôi cây, tạo giống) và hóa học (gồm ly trích, tổng hợp). Mục đích chính là gia tăng hiệu năng sản xuất Artemisinin để đáp ứng nhu cầu của nạn nhân ở các vùng sốt rét trên thế giới. Tuy nhiên, việc cung cấp số lượng lớn Artemisinin cho dân số lớn lao nằm trong các vùng có nguy cơ sốt rét là rất khó, nếu không muốn nói là vô khả, vì việc sử dụng ly trích thường quy có năng suất thấp. Ngoài ra, phí tổn nằm ngoài khả năng tài chính của nhiều nước, nhất là những nước đang phát triển mà phần lớn bị đe doạn bởi bệnh sốt rét.

Synthetic Biology (SB) và ứng dụng trong tổng hợp Artemisinin:

Vì những khó khăn nêu trên, giới hữu trách và những nhà nghiên cứu y tế, sinh học đã lưu tâm đến kỹ thuật tách dòng (cloning) để mong tìm được giải pháp hữu hiệu hơn nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất lượng lớn Artemisinin. Nhưng khác với kỹ thuật tổng hợp các protein trị liệu đã được áp dụng thành công như insulin, growth hormone, cytokine, lymphokine, erythropoietin v.v. ?việc sử dụng phương pháp tách dòng để tạo hoạt chất artemisinin rất phức tạp. Lý do vì chu trình tổng hợp hóa chất thiên nhiên như Artemisin cần sự tham gia của nhiều enzyme và sự phối hợp của những enzyme này để tạo ra hoạt chất. Chu trình và những enzyme trong chu trình tổng hợp Artemisinin từ cây cải hương ngọt (Herba artemisiae) được diễn tả theo tài liệu (1). May mắn thay, bộ môn Synthetic Biology đã ra đời và tổng hợp Amorphadiene (tiền chất của Artemisinin) cũng là ứng dụng thành công đầu tiên của kỹ thuật này cách đây 3 năm ở phòng thí nghiệm của J. ?Keasling tại Đại học California, Berkely (2).

Synthetic Biology (SB) là một nhánh mới của Sinh học phân tử, theo đó tế bào được coi là một bộ máy gồm các phần có thể tháo gỡ và thay đổi được để tạo thành một hệ thống điều hành mới có khả năng như mong muốn. Các phần (parts) có thể là những gene thụ cảm của tế bào (receptors), hoặc của enzyme, những protein hoat hoa (activator) và của tất cả những protein có chức năng đặc biệt của tế bào. Như vậy, có thể nói SB là việc áp dụng cao độ kỹ thuật gene (genetic engineering) trên diện rộng. Phương pháp SB có tiềm năng tạo những tế bào mới với chức năng như ý muốn. Có hai đặc tính của SB so với các nghiên cứu dùng kỹ thuật gene khác: (i) về kỹ thuật, các bộ điều hành của hệ thống tế bào được tạo riêng từng phần (parts), do đó tùy theo cách ghép các phần này sẽ tạo được những hệ thống điều hành đa dạng theo như nhu cầu và ý muốn; ?(ii) ve ung dung, mục tiêu của SB là tạo hệ thống điều hành có khả năng sản xuất những dược liệu thiên nhiên với năng suất cao (như tổng hợp Artemisinin), các hóa chất có năng lượng như dầu diesel thực vật, tạo các nhóm tế bào có khả năng sản xuất protein trị liệu, enzyme tiêu hủy chất độc để cải thiện môi trường. Đặc biệt là phương pháp SB có hiệu năng rất cao vì dùng phương pháp tách dòng và sản xuất bằng E. Coli. Trong nghiên cứu tổng hợp Artemisinin bằng phương pháp SB, hiệu năng đã tăng 10000 lần và các nhà nghiên cứu hy vọng có thể tăng thêm 10 lần nữa khi kỹ thuật được hoàn chỉnh. ?

Về lý thuyết, khái niệm SB đã có từ cuối thập niên 1970 khi phát hiện enzyme giới hạn (restriction enzymes). ?Nhưng phải đợi đến thập niên 2000 thì mới được triển khai. Lý do vì kỹ thuật SB đòi hỏi kiến thức và sự phát triển của những bộ môn tân tiến khác gồm proteonomics (nghiên cứu cấu trúc và chức năng protein cũng như tương tác giữa chúng); metabolomes (nghiên cứu tổng hợp, biến dưỡng protein); bioinformatics (nghiên cứu tin sinh học) và cell signaling (nghiên cứu hệ thống tín hiệu của tế bào) để xác định chức năng của gene (gene function) và kết quả biến đổi kiểu hình của tế bào (phenotype). Hiện nay những nghiên cứu về SB đã và đang được tiến hành ở nhiều Đại học Quốc tế, trong đó hai trường MIT và UC Berkeley dẫn đầu về bộ môn này. Tài liệu tham khảo 3 liệt kê những trường Đại học và các đề tài nghiên cứu SB ở các nước phát triển. ?

Trên thực tế, viện nghiên cứu dược phẩm Institute of One World Health (IOWH), ở San Francisco đang tiến hành tổng hợp Artemisinin dùng SB. Một tin vui cho chúng ta là nghiên cứu gia đảm trách chương trình này là người Việt Nam, TS. Nguyễn Hữu Tuệ. TS. Tuệ đã tham gia một số hội nghị khoa học ở Việt Nam trong những năm qua. Ở IOWH, tiến trình tổng hợp Artemisinin còn đang trong giai đoạn đầu gồm các vấn đề căn bản như thiết lập một nền móng (platform) có khả năng tái lập (reproducible), năng suất cao (high yield), sản phẩm tinh khiết (purity) và sau đó là 3 giai đoạn thử nghiệm lâm sang (3-5 năm).

Tính khả thi của SB và việc tạo Artemisinin ở Việt Nam:

Nghiên cứu và ứng dụng SB để tạo Artemisinin nêu trên là cần thiết cho nhiều nước nằm trong vùng sốt rét bao gồm Việt Nam. Cho nên việc tìm hiểu về tính khả thi của SB để hoạch định một chiến lược áp dụng cho đất nước cần được lưu tâm thích ứng. Như đã nói ở trên, đặc tính của SB là bộ môn ứng dụng sinh học, vì vậy nếu kỹ thuật đã hoàn chỉnh cho một sản phẩm nào đó thì khi thực hiện chỉ cần làm đúng quy trình (protocols) để thu kết quả. Trong sản xuất Artemisinin, kỹ thuật căn bản là tách dòng các enzyme và kết hợp thành một hệ thống điều hành bằng các phương pháp chuyển gene để tổng hợp, và sau đó là ly trích hoạt chất Artemisinin ở E. Coli. Như vậy theo thiển ý của tôi, SB là một trong những đề tài khoa học mà chúng ta có thể đi tắt để đạt được mục tiêu tạo hợp chất Artemisinin ở ?Việt Nam. Tuy nhiên chúng ta cần khắc phục những yếu tố căn bản gồm khả năng, phương tiện để đáp ứng đòi hỏi kỹ thuật, nhân lực và tài chính. Việc đào tạo chuyên mon SB ở cấp bậc Đại học là cần thiết, nhưng chúng ta chú trọng về phần ứng dụng, mà không đi sâu vào nghiên cứu cơ bản vì đòi hỏi nhiều thiết bị, kiến thức và kỹ thuật cao. Việc kết hợp hữu hiệu với giới khoa học Quốc tế luôn đóng vai trò thiết yếu để triển khai kỹ thuật tân tiến, đặc biệt đối với giai đoạn hiện tại của Việt Nam. Cũng cần tìm hiểu và giải quyết thỏa đáng yếu tố pháp lý về bằng phát minh. Có nhiều kết quả nghiên cứu y sinh học không bị ràng buộc bởi bằng phát minh như trình tự bộ gene người, hoặc được nới rộng vì nhu cầu an toàn y tế thế giới như một số thuốc trị bệnh AIDS. Ngoài ra chúng ta có thể tạo những chương trình kết hợp với các nhóm nghiên cứu quốc tế và qua chương trình đó chúng ta không bị trở ngại pháp lý và có thể trở thành một phần của phát minh. Việt Nam có những ưu điểm hợp tác khoa học Quốc tế như môi trường dịch tễ, lâm sàng đa dạng; về kinh tế, những chi phí về sản xuất và nghiên cứu ở Việt Nam rất thấp sao với những nước kỹ nghệ cao. Ngoài ra, chúng ta cũng có nhiều tiềm năng hấp thu và phát triển công nghệ cao.

Kết luận:

Việc ứng dụng thành công phương pháp SB để tổng hợp Artemisinin chứng tỏ tầm quan trọng của việc triển khai SB thành một chiến lược khoa học để kháng bệnh sốt rét trên toàn cầu. Theo tiến trình đó, SB cần được cứu xét trong nhu cầu ứng dụng mũi nhọn khoa học để phát triển khoa học và y tế ở Việt Nam. Trong định hướng xa hơn, khi đã làm quen và thiết lập được nền tảng SB (SB platform), chúng ta tạo được khả năng để triển khai những đề tài rộng lớn khác như năng lượng và môi trường. ? ?

Tài liệu tham khảo chính:

1- http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/assets/images/2004/Mar-24/Engineering_terpenoids.pdf
2-http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/sb-PBD-anti-malarial.html
3- http://openwetware.org/wiki/Labs

Thai-Son NDT
Tokyo Jan. 3, 2007
 
Cho em hỏi trước đây người ta điều trị sốt rét bằng cái gì ạ?
Nguồn gốc quinon ko có chất nào cụ thể? đặc trưng?

Sao ko phòng trừ sốt rét bằng cách phun thuốc diệt muỗi A nô phen nhỉ :D? Em thấy mỗi khi có chiến dịch là người ta lại hò nhau phun một loạt hóa chất diệt muỗi, như vậy có phải nhanh gọn và nó chết hàng loạt ko?

Em nghe nói còn có một số biện pháp triệt sản muỗi bằng một loại ký sinh trùng nào đó cho muỗi đực nhiễm hoặc muỗi cái nhiễm thì nó ko còn khả năng sinh sản. Như vậy có phải diệt ngay từ đầu dây chuyền dịch tễ, khỏi tốn kinh phí điều trị, thuốc men và sx ko?
 
Chao Ban Minh:

Cau hoi cua Ban thuoc ve y khoa phong ngua va duong nhien rat la quan trong. Da co rat nhieu ke hoat phong ngua benh sot ret nhu diet muoi, khai thong moi truong, uong thuoc phong ngua khi di du lich v.v...Tuy co hieu nghiem nhung rat gioi han va hien tai mot nua trai dat van la vung bi nguy co sot ret.

Chu de cua bai viet la nham ve chua tri sot ret tu viec ung dung SB de san xuat thuoc Artemisinin co kha nang cung ung nhu cau lon lao cua mot quoc gia. Ky thuat SB con moi la va la nganh cong nghe rat cao; nhung vi ung dung thuc tien, quan trong nen toi muon de ra de cac Ban nhan dinh va tham khao. SB se la mot cuoc cach mang sinh hoc cua xa hoi trong tuong lai gan day. Va tuong lai la thuoc ve cac Ban, nhung nha khoa hoc tre Viet Nam. Than ai. TS
 
Chu de cua bai viet la nham ve chua tri sot ret tu viec ung dung SB de san xuat thuoc Artemisinin co kha nang cung ung nhu cau lon lao cua mot quoc gia.

Vậy thì Artemisinin có chữa trị và ngăn chặn được cả 4 loại do Plasmodium falciparum, P. vivax, P. malariae, P. ovale ko? nó tác động vào chu kỳ giải phóng của thoa trùng thì đó cũng một biện pháp tốt trong việc ngăn chặn một mắt xích của dây chuyền dịch tễ . Trong đó ở Việt Nam loại ký sinh trùng sốt rét P. falciparum chiếm khoảng 80%, P.vivax 20-30 %, P.malariae 1-2%. (theo ký sinh trùng y học của Bộ môn ký sinh trùng y học trường đh y hn, trang 103).

---------------
Mong anh viết một bài giới thiệu về SB thêm được ko :p. Em chưa hình dung rõ lắm. Anh có thể giải thích giúp em một số đoạn khó hiểu

Synthetic Biology (SB) là một nhánh mới của Sinh học phân tử, theo đó tế bào được coi là một bộ máy gồm các phần có thể tháo gỡ và thay đổi được để tạo thành một hệ thống điều hành mới có khả năng như mong muốn.

Vậy là để thực hiện điều này người ta phải thể hiện được đầy đủ cấu trúc không gian, hoạt tính của từng phân tử Protein, lipid, ... đặc trưng của từng loại tế bào, và hệ thống tín hiệu và những chất "chưa hề biết" và không thể phân tách hoặc kết tinh riêng rẽ trong tế bào và nó sẽ làm nhiệm vụ tổng hợp ra chất cần thiết?

Chu de cua bai viet la nham ve chua tri sot ret tu viec ung dung SB de san xuat thuoc Artemisinin co kha nang cung ung nhu cau lon lao cua mot quoc gia.

Còn con hiv thì sao? liệu nó có thể làm theo kiểu này được ko? :D
 
Chao anh Minh:

Cau hoi:

Vậy là để thực hiện điều này người ta phải thể hiện được đầy đủ cấu trúc không gian, hoạt tính của từng phân tử Protein, lipid, ... đặc trưng của từng loại tế bào, và hệ thống tín hiệu và những chất "chưa hề biết" và không thể phân tách hoặc kết tinh riêng rẽ trong tế bào và nó sẽ làm nhiệm vụ tổng hợp ra chất cần thiết?

Tra loi:

Tat ca nhung yeu to tren la tat yeu cho viec tong hop hoat chat (nhu Artemisinin) o mot te bao. Nhung phan lon la nhung yeu to chung va do te bao (truong hop nay la E. Coli) cung cap. Phuong phap SB dung tong hop Artemisinin dat trong tam vao viec tong hop DNA cho cac genes can thiet trong chu trinh (biosynthesis pathway) tao hoat chat nay o cay Ngai huong (Artemisumn annua). Co tat ca 9 gene duoc tong hop va cac gene nay duoc dat duoi su dieu hanh cua Operon gon initiator, elongator, prolongator, terminator duoc lam san va ghep vao de tao he dieu hanh gene va mang den ket qua tong hop Artemisinin khi chuyen gene vao o E. Coli. Tom lai, SB tao ca mot he thong gene cua tien trinh tong hop haot chat thien nhien, trong khi phuong phap co dien genetic engineering, chi clone mot gene. Di xa hon, SB nham tong hop genome cua virus, hay bacteria de tao sinh vat moi co kha nang nhu y muon. Hien nay da co mot vai biotech company nghien cuu SB de tao E. Coli tri co khan nang xam nhap te bao ung thu de tri cancer, hoac co kha nang che tao ethanol dung cho nang luong, va tao nhung hoa chat tri lieu quan trong rat hiem o thien nhien. Nhu vay tiem nang ung dung va kinh te cua phuong phap SB rat lon lao va quan trong. ?

Cau hoi: ? ?

Còn con hiv thì sao? liệu nó có thể làm theo kiểu này được ko? Very Happy

Ve tri lieu thi chung ta chua the biet duoc, nhung SB se co vai tro quan trong de nghien cuu AIDS virus

Than ai va xin loi toi chua danh tieng Viet ranh.
 
Cho em hỏi thêm: đối với những gen điều hòa hoạt động thì người ta dùng cách nào để nghiên cứu và cô lập quá trình hoạt động của nó? Để từ đó nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng?

Thứ 2: Cả một hệ thống gen phức tạp như vậy, lúc đầu người ta phải tính toán và dự đoán như thế nào để có được quá trình hoạt động ăn khớp và tạo ra sản phẩm?

Thứ 3: Người ta có thể dùng cách gì để có thể kiểm soát quá trình đột biến tự nhiên của gen, với tần suất lớn như virus hiv hoặc virus cúm.
 
Chao anh Minh:

Cho em hỏi thêm: đối với những gen điều hòa hoạt động thì người ta dùng cách nào để nghiên cứu và cô lập quá trình hoạt động của nó? Để từ đó nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng?
Tra loi: Cac dieu hoa haot dong cua gên deu do bo dieu hoa gên cung cap tu cac parts

Thứ 2: Cả một hệ thống gen phức tạp như vậy, lúc đầu người ta phải tính toán và dự đoán như thế nào để có được quá trình hoạt động ăn khớp và tạo ra sản phẩm?
Tra loi: Do la viec xu dung kien thuc ve gên regulation, bioinformatics, tiep theo la engineering cac bo may gên de thanh mot he thong dieu hanh gen huu hieu.

Thứ 3: Người ta có thể dùng cách gì để có thể kiểm soát quá trình đột biến tự nhiên của gen, với tần suất lớn như virus hiv hoặc virus cúm.
Tra loi: Cach kiem soat tot nhat la phai sequence. Trong tuong lai viec sequence se rat nhanh bang chip. Nhung viec ngan ngua mutation la quan trong hon. Co nhieu cach, o E. Coli co the giam thieu bang dung ho Rec A-. Theo du tinh cua SB thi te bao moi duoc coi nhu bo may, khi bi giam nang xuat (vi mutation chang han), chung ta co the thay vao bo may moi de chay.

Cam on nhung cau hoi cua anh da giup toi suy nghi them ve SB.
 

Facebook

Thống kê diễn đàn

Threads
12,995
Messages
72,869
Members
45,065
Latest member
Go88aa
Back
Top