Lần đầu giải trình tự nấm penicillin của Alexander Fleming

Nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Hoàng gia London giải trình tự loại nấm mốc thuộc họ Penicillium do chính cha đẻ của thuốc kháng sinh nuôi cấy.

Nấm nuôi cấy từ mẫu vật của Alexander Fleming. Ảnh: CABI.

Các nhà nghiên cứu Anh sử dụng mẫu vật đông lạnh từ chủng nấm ban đầu do bác sĩ kiêm nhà vi sinh vật học Alexander Fleming tình cờ nuôi cấy ở London năm 1928, sau đó so sánh với chủng nấm hiện đại sử dụng trong sản xuất công nghiệp. Mẫu vật chủng nấm của Fleming được giữ lạnh trong bộ sưu tập tại Trung tâm Nông nghiệp và Sinh học Quốc tế tại Oxfordshire, Anh. Nhóm nghiên cứu nhận thấy chủng nấm Anh sử dụng phương pháp sản sinh penicillin hơi khác biệt so với các chủng hiện nay trong sản xuất kháng sinh ở Mỹ. Họ công bố kết quả nghiên cứu hôm 24/9 trên tạp chí Scientific Reports.

Fleming phát hiện loại kháng sinh đầu tiên trên thế giới khi một loài nấm mốc thuộc họ Penicillium mọc tình cờ trong đĩa petri ở phòng thí nghiệm của ông tại Trường Y Bệnh viện St. Mary, ngày nay thuộc Đại học Hoàng gia London. Fleming quan sát đĩa cạn gần cửa sổ để mở bị nhiễm nấm. Tụ cầu khuẩn mà ông nuôi cấy trong kỳ nghỉ tới Suffolk đã chết khi loại nấm này mọc. Ngược lại, những đám tụ cầu khuẩn mọc xa chỗ nấm vẫn nguyên vẹn.

Fleming được trao giải Nobel Y sinh năm 1945 cho công trình về penicillin và thuốc kháng sinh, cùng với đồng nghiệp Ernst Chain và Howard Florey. Dù chủng nấm của Fleming được xem như “nguồn ban đầu” của penicillin, việc sản xuất kháng sinh ở Mỹ nhanh chóng chuyển sang sử dụng loại nấm khác mọc trong dưa ruột vàng. Hơn nữa, loại nấm tự nhiên này cũng thay đổi theo thời gian do các nhà sản xuất thuốc chọn lọc nhân tạo những chủng sản sinh lượng penicillin cao hơn.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học nuôi nấm từ mẫu vật ban đầu của Fleming. Ban đầu, họ định sử dụng chủng nấm trong một số thí nghiệm khác nhau, theo nhà sinh vật học tiến hóa Timothy Barraclough ở Đại học Hoàng gia London và Đại học Oxford. Nhưng họ bất ngờ nhận ra chưa có ai giải trình tự gene của nấm penicillium nguyên bản dù nó có ý nghĩa quan trọng đối với lĩnh vực y học.

Giáo sư Barraclough và cộng sự tập trung vào hai loại gene, một loại mã hóa enzyme mà nấm sử dụng để sản sinh penicillin và một loại điều phối các enzyme đó. Họ nhận thấy cả chủng nấm ở Anh của Fleming và chủng dùng trong sản xuất công nghiệp đều có cùng mã gene điều phối, nhưng loại sau có nhiều bản sao gene điều phối hơn, khiến nó phù hợp để sản xuất thuốc hơn.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu phát hiện gene mã hóa enzyme sản sinh penicillin khác biệt giữa hai chủng cô lập ở Anh và Mỹ. Điều này hé lộ penicillium tự nhiên tiến hóa khác biệt giữa hai nước, dẫn đến các phiên bản enzyme hơi khác nhau. Do nấm mốc như Penicillium tiết ra kháng sinh để chống lại vi khuẩn, nhiều khả năng chủng ở Anh và Mỹ khác biệt bởi chúng cần thích nghi nhằm chiến đấu tốt nhất với quần thể vi khuẩn ở địa phương.