Synthetic Biology: Vũ khí giúp tổng hợp dược chất Artemisinin từ E Coli để chống bệnh sốt rét Tầm quan trọng Artemisinin điều trị bệnh sốt rét xác định đề cao từ nghiên cứu thử nghiệm lâm sàng viện nghiên cứu giới Hiện Artemisinin sử dụng thay cho Chloroquin, đặc biệt trường hợp bệnh nhân kháng thuốc SHVN số ngày 28/9/05 có báo cáo kết tốt đẹp Artemisinin dùng trị bệnh sốt rét nước Châu Á Gần đây, ngành Synthetic Biology ứng dụng thành công tổng hợp hoạt chất thiên nhiên Artemisinin E coli Nghiên cứu thành công mang lại nhiều hứa hẹn tính khả thi việc sản xuất Artemisinin để đáp ứng nhu cầu lớn lao việc điều trị sốt rét nước, gồm Việt Nam, nơi mà bệnh vấn đề nan giải y tế gây tổn thất kinh tế lớn lao Hình 1: (a)Cấu trúc hóa học hoạt chất Artemisinin; (b) Một hồng cầu bị vi trùng sốt rét xâm nhập Cơ chế hiệu ứng Artemisinin chưa biết rõ Từ số thí nghiệm, nhà nghiên cứu nhận thấy Artemisinin có khả giải phóng lượng gốc Oxy tự làm tiêu hủy trùng sốt rét tác động đến enzyme phần có chức quan trọng ty thể chúng Gốc Oxy tự giải phóng từ cầu peroxide khơng ổn định Artemisinin tác động heme (gồm sắt porphyrin) giải phóng từ hồng cầu sau trùng sốt rét xâm nhập Lý cần tổng hợp Artemisinin: Hinh 2: Bản đồ định vùng dịch sốt rét giới (màu đỏ) Bản đồ định vị vùng có hiểm họa sốt rét hình thái kinh niên bộc phát thành dịch Theo nửa diện tích giới sống vùng với khoảng 500 triệu người mắc bệnh số tử vong hàng năm 2-3 triệu mà phần lớn nạn nhân trẻ nhỏ Khả đề kháng thuốc trị sốt rét cổ điển thuộc họ hóa học Quinine kháng sinh gần làm tăng mối đe dọa bệnh Đặc tính trị liệu cao Artemisinin cho bệnh sốt rét nhiều dạng giai đoạn vùng khác giới tạo lưu tâm đặc biệt giới nghiên cứu y tế sinh học hoạt chất Hiện Artemisinin thuốc chuẩn để điều trị bệnh nhân sốt rét kháng thuốc Dược thảo Artemisinin biết đến từ ngàn năm trước Trung Quốc sử dụng để trị liệu cho nhiều loại bệnh, đặc biệt bệnh sốt rét nhiều nơi Trong tiến trình có nhiều nỗ lực cải tiến thực vật học (gồm ni cây, tạo giống) hóa học (gồm ly trích, tổng hợp) Mục đích gia tăng hiệu sản xuất Artemisinin để đáp ứng nhu cầu nạn nhân vùng sốt rét giới Tuy nhiên, việc cung cấp số lượng lớn Artemisinin cho dân số lớn lao nằm vùng có nguy sốt rét khó, khơng muốn nói vơ khả, việc sử dụng ly trích thường quy có suất thấp Ngồi ra, phí tổn nằm ngồi khả tài nhiều nước, nước phát triển mà phần lớn bị đe doạn bệnh sốt rét Synthetic Biology (SB) ứng dụng tổng hợp Artemisinin: Vì khó khăn nêu trên, giới hữu trách nhà nghiên cứu y tế, sinh học lưu tâm đến kỹ thuật tách dòng (cloning) để mong tìm giải pháp hữu hiệu nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất lượng lớn Artemisinin Nhưng khác với kỹ thuật tổng hợp protein trị liệu áp dụng thành công insulin, growth hormone, cytokine, lymphokine, erythropoietin v.v việc sử dụng phương pháp tách dòng để tạo hoạt chất artemisinin phức tạp Lý chu trình tổng hợp hóa chất thiên nhiên Artemisin cần tham gia nhiều enzyme phối hợp enzyme để tạo hoạt chất Chu trình enzyme chu trình tổng hợp Artemisinin từ cải hương (Herba artemisiae) diễn tả theo tài liệu (1) May mắn thay, môn Synthetic Biology đời tổng hợp Amorphadiene (tiền chất Artemisinin) ứng dụng thành công kỹ thuật cách năm phịng thí nghiệm J Keasling Đại học California, Berkely (2) Synthetic Biology (SB) nhánh Sinh học phân tử, theo tế bào coi máy gồm phần tháo gỡ thay đổi để tạo thành hệ thống điều hành có khả mong muốn Các phần (parts) gene thụ cảm tế bào (receptors), enzyme, protein hoat hoa (activator) tất protein có chức đặc biệt tế bào Như vậy, nói SB việc áp dụng cao độ kỹ thuật gene (genetic engineering) diện rộng Phương pháp SB có tiềm tạo tế bào với chức ý muốn Có hai đặc tính SB so với nghiên cứu dùng kỹ thuật gene khác: (i) kỹ thuật, điều hành hệ thống tế bào tạo riêng phần (parts), tùy theo cách ghép phần tạo hệ thống điều hành đa dạng theo nhu cầu ý muốn; (ii) ve ung dung, mục tiêu SB tạo hệ thống điều hành có khả sản xuất dược liệu thiên nhiên với suất cao (như tổng hợp Artemisinin), hóa chất có lượng dầu diesel thực vật, tạo nhóm tế bào có khả sản xuất protein trị liệu, enzyme tiêu hủy chất độc để cải thiện mơi trường Đặc biệt phương pháp SB có hiệu cao dùng phương pháp tách dịng sản xuất E Coli Trong nghiên cứu tổng hợp Artemisinin phương pháp SB, hiệu tăng 10000 lần nhà nghiên cứu hy vọng tăng thêm 10 lần kỹ thuật hồn chỉnh Về lý thuyết, khái niệm SB có từ cuối thập niên 1970 phát enzyme giới hạn (restriction enzymes) Nhưng phải đợi đến thập niên 2000 triển khai Lý kỹ thuật SB đòi hỏi kiến thức phát triển môn tân tiến khác gồm proteonomics (nghiên cứu cấu trúc chức protein tương tác chúng); metabolomes (nghiên cứu tổng hợp, biến dưỡng protein); bioinformatics (nghiên cứu tin sinh học) cell signaling (nghiên cứu hệ thống tín hiệu tế bào) để xác định chức gene (gene function) kết biến đổi kiểu hình tế bào (phenotype) Hiện nghiên cứu SB tiến hành nhiều Đại học Quốc tế, hai trường MIT UC Berkeley dẫn đầu môn Tài liệu tham khảo liệt kê trường Đại học đề tài nghiên cứu SB nước phát triển Trên thực tế, viện nghiên cứu dược phẩm Institute of o ne World Health (IOWH), San Francisco tiến hành tổng hợp Artemisinin dùng SB Một tin vui cho nghiên cứu gia đảm trách chương trình người Việt Nam, TS Nguyễn Hữu Tuệ TS Tuệ tham gia số hội nghị khoa học Việt Nam năm qua Ở IOWH, tiến trình tổng hợp Artemisinin cịn giai đoạn đầu gồm vấn đề thiết lập móng (platform) có khả tái lập (reproducible), suất cao (high yield), sản phẩm tinh khiết (purity) sau giai đoạn thử nghiệm lâm sang (3-5 năm) Tính khả thi SB việc tạo Artemisinin Việt Nam: Nghiên cứu ứng dụng SB để tạo Artemisinin nêu cần thiết cho nhiều nước nằm vùng sốt rét bao gồm Việt Nam Cho nên việc tìm hiểu tính khả thi SB để hoạch định chiến lược áp dụng cho đất nước cần lưu tâm thích ứng Như nói trên, đặc tính SB mơn ứng dụng sinh học, kỹ thuật hoàn chỉnh cho sản phẩm thực cần làm quy trình (protocols) để thu kết Trong sản xuất Artemisinin, kỹ thuật tách dòng enzyme kết hợp thành hệ thống điều hành phương pháp chuyển gene để tổng hợp, sau ly trích hoạt chất Artemisinin E coli Như theo thiển ý tôi, SB đề tài khoa học mà tắt để đạt mục tiêu tạo hợp chất Artemisinin Việt Nam Tuy nhiên cần khắc phục yếu tố gồm khả năng, phương tiện để đáp ứng đòi hỏi kỹ thuật, nhân lực tài Việc đào tạo chuyên mon SB cấp bậc Đại học cần thiết, trọng phần ứng dụng, mà không sâu vào nghiên cứu địi hỏi nhiều thiết bị, kiến thức kỹ thuật cao Việc kết hợp hữu hiệu với giới khoa học Quốc tế đóng vai trị thiết yếu để triển khai kỹ thuật tân tiến, đặc biệt giai đoạn Việt Nam Cũng cần tìm hiểu giải thỏa đáng yếu tố pháp lý phát minh Có nhiều kết nghiên cứu y sinh học khơng bị ràng buộc phát minh trình tự gene người, nới rộng nhu cầu an toàn y tế giới số thuốc trị bệnh AIDS Ngồi tạo chương trình kết hợp với nhóm nghiên cứu quốc tế qua chương trình khơng bị trở ngại pháp lý trở thành phần phát minh Việt Nam có ưu điểm hợp tác khoa học Quốc tế môi trường dịch tễ, lâm sàng đa dạng; kinh tế, chi phí sản xuất nghiên cứu Việt Nam thấp với nước kỹ nghệ cao Ngồi ra, có nhiều tiềm hấp thu phát triển công nghệ cao Kết luận: Việc ứng dụng thành công phương pháp SB để tổng hợp Artemisinin chứng tỏ tầm quan trọng việc triển khai SB thành chiến lược khoa học để kháng bệnh sốt rét tồn cầu Theo tiến trình đó, SB cần cứu xét nhu cầu ứng dụng mũi nhọn khoa học để phát triển khoa học y tế Việt Nam Trong định hướng xa hơn, làm quen thiết lập tảng SB (SB platform), tạo khả để triển khai đề tài rộng lớn khác lượng môi trường  ... hoạt chất Hiện Artemisinin thuốc chuẩn để điều trị bệnh nhân sốt rét kháng thuốc Dược thảo Artemisinin biết đến từ ngàn năm trước Trung Quốc sử dụng để trị liệu cho nhiều loại bệnh, đặc biệt bệnh. .. hoạt chất artemisinin phức tạp Lý chu trình tổng hợp hóa chất thiên nhiên Artemisin cần tham gia nhiều enzyme phối hợp enzyme để tạo hoạt chất Chu trình enzyme chu trình tổng hợp Artemisinin từ. .. có báo cáo kết tốt đẹp Artemisinin dùng trị bệnh sốt rét nước Châu Á Gần đây, ngành Synthetic Biology ứng dụng thành công tổng hợp hoạt chất thiên nhiên Artemisinin E coli Nghiên cứu thành công