Siêu vi khuẩn dưới biển sâu ‘Chìa khóa’ đối phó với các đại dịch tương lai

Giới khoa học đang khám phá các siêu vi khuẩn dưới biển sâu trong nỗ lực phát minh loại thuốc mới giúp đối phó với các đại dịch trong tương lai.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Plymouth đã tìm thấy vi khuẩn kháng khuẩn trên bọt biển dưới đáy biển sâu. Ảnh: NERC

Theo trang Guardian (Anh), đã 30 năm kể từ khi loại kháng sinh gần đây nhất được tung ra thị trường. Hầu hết những loại kháng sinh hiện có về cơ bản là những chất được chiết xuất từ các vi sinh vật, nấm, được tổng hợp hoặc bán tổng hợp, có khả năng tiêu diệt vi khuẩn hay kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn một cách đặc hiệu. Một số loại hoạt động như vách ngăn tế bào, một số khác ngăn chặn quá trình sao chép DNA của vi khuẩn.

Nhưng vi khuẩn ngày càng biển đổi nhanh chóng để sống sót sau các cuộc “tấn công hóa học” đó. Và khi có thể tồn tại, chúng sẽ trở thành siêu vi khuẩn độc hại. Nếu không phát triển các loại thuốc kháng sinh mới, vào năm 2050, số người chết do nhiễm trùng kháng thuốc được dự báo sẽ lên tới 10 triệu người mỗi năm và khiến đại dịch COVID-19 “đi vào quên lãng”.

Đây là lý do tại sao các nhà khoa học tại Đại học Plymouth đã tiến hành nghiên cứu vùng vực thẳm tối tăm lạnh giá ở bắc Đại Tây Dương, nơi họ đã phát hiện ra loại bọt biển có chứa các phân tử mạnh có khả năng tiêu diệt những siêu vi khuẩn đó.

Một khu sinh thái dưới đáy biển trên Rãnh Mariana ở phía tây Thái Bình Dương. Ảnh: Alamy

Kerry Howell, giáo sư sinh thái biển và các đồng nghiệp của cô đã cẩn thận thu thập mẫu vật của những loài sinh vật giống thực vật này, mang chúng về phòng thí nghiệm, thử chiết xuất và nghiền thành bột để ngăn ngừa các loại vi khuẩn gây bệnh khó tiêu diệt. Trong số các phân tử dưới đáy đại dương, họ đang tìm ra những tính năng diệt vi khuẩn mới đầy hứa hẹn.

Giáo sư Mat Upton, nhà vi sinh vật học, người đứng đầu phòng thí nghiệm của chương trình khám phá sinh học tại Plymouth, cho biết: “Chúng tôi thực sự chưa biết chính xác chúng là gì. Nhưng chúng tôi đã tìm ra các hợp chất tiêu diệt vi khuẩn mà chúng tôi muốn đánh bại. Có một ý tưởng khá hay rằng chúng là đều những hợp chất mới. Dù vẫn còn sớm, nhưng mọi thứ đang tiến triển theo trình tự”.

Tỷ lệ thành công trong việc tìm ra các hợp chất hữu ích mới trong các loài sinh vật sống dưới biển sâu đang được chứng minh là đặc biệt cao. Hàng trăm hợp chất có hoạt tính sinh học đã được tìm thấy dưới đáy đại dương, một số đã được sử dụng rộng rãi. Trong số đó, có thể kể đến các enzym được tìm thấy trong vi khuẩn sống xung quanh các miệng phun thủy nhiệt. Thậm chí, chúng còn được sử dụng trong các xét nghiệm đối với virus SARS-CoV-2 gây ra đại dịch COVID-19.

Tuy nhiên, các loại thuốc kháng sinh mới và vô số các phân tử có lợi có thể dễ dàng bị “xóa sổ” nếu các hệ sinh thái xung quanh miệng phun thủy nhiệt và các nơi khác dưới đáy đại dương bị phá hủy bởi hoạt động khai thác khoáng sản.

Hệ sinh thái xung quanh một lỗ thông hơi thủy nhiệt. Ảnh: Alamy

Một trong những mục tiêu tiềm năng để tìm ra những phân tử có lợi dưới đáy biển sâu là vực thẳm phía đông nam Đại Tây Dương, nơi cô Howell đang lên kế hoạch cho chuyến thám hiểm tiếp theo cùng với các đồng nghiệp tại Nam Phi. “Đó là một trong những khu vực ít được khám phá nhất trên hành tinh của chúng ta. Thực sự có rất ít dữ liệu”, cô nói.

Họ sẽ đến thăm sườn núi khổng lồ dưới nước, Walvis Ridge, trải dài khoảng 3.200 km từ giữa đảo Tristan da Cunha đến bờ biển Namibia ở châu Phi. Các nhà khoa học sinh thái biển sâu đang chú ý đến lớp vỏ của dãy núi này, vốn rất giàu kim loại, bao gồm cả coban.

Nhóm nghiên cứu của Howell cũng có kế hoạch nghiên cứu vực thẳm phía nam Đại Tây Dương, nơi có rải rác các loại đá kim loại tương tự như ở khu vực Clarion Clipperton ở giữa Thái Bình Dương, hiện đang thu hút sự quan tâm của đông đảo giới nghiên cứu đáy biển.

“Chúng tôi đang cố gắng tìm hiểu thêm về những khu vực này, những loài sinh sống ở đó và những gì chúng mang lại cho con người, trong đó có giá trị y sinh tiềm năng”, Howell nói.

Robot lặn dưới biển sâu được phát triển cho ngành công nghiệp dầu mỏ cũng được sử dụng để lấy các mẫu vật từ đáy biển. Ảnh: NERC

Các nghiên cứu đã phát hiện ra có tới 3/4 bọt biển và san hô dưới đáy đại dương có chứa các hợp chất hữu ích tiềm năng. Chúng có thể trông giống như cây cối, hoa lá hoặc bụi cây.

Trước mối đe dọa của các loại siêu vi khuẩn trong tương lai, bà Rosemary Dorrington, giáo sư vi sinh vật học tại Đại học Rhodes ở Grahamstown, Nam Phi và một đối tác nghiên cứu tại One Ocean Hub cho rằng: “Chúng ta không thể trốn chạy và chúng ta cần phải tìm cách bảo vệ mình – và đó là hóa chất”.

Nhiều chất bảo vệ hóa học này được phát triển từ loại vi khuẩn sống bên trong san hô và bọt biển. Bà Dorrington ví nó như hệ vi sinh vật đường ruột của con người. Bà tiết lộ có thể có tới 1.000 loài vi khuẩn khác nhau trong một miếng bọt biển.

Những con ốc vảy bọc thép được tìm thấy gần các miệng phun thủy nhiệt vào năm 2001 và đang có nguy cơ tuyệt chủng. Ảnh: Guardian

Không giống như việc khai thác khoáng sản, các cuộc thám hiểm của nhà khoa học Howell sẽ ít gây tác động đến hệ sinh thái dưới đáy đại dương. Dù cũng sử dụng robot được phát triển cho ngành công nghiệp dầu mỏ, song việc tìm ra các loại thuốc chỉ cần lấy một mẫu vật duy nhất dưới đại dương. Còn với khai thác khoáng sản, các tàu lặn robot sẽ được triển khai xuống dưới biển sâu, trở thành “tai mắt” từ xa cho các nhà khoa học, chúng càn quét, phá hủy các dãy núi ngầm khổng lồ và các lỗ thông hơi thủy nhiệt. Các loài sinh vật sống xung quanh lỗ thông hơi cũng có thể bị ảnh hưởng, đặc biệt nhiều loài có nguy cơ tuyệt chủng.

Bên cạnh việc phá hủy môi trường sống và các loài sinh vật, Dorrington lo ngại rằng việc khai thác mỏ, hoạt động ở quy mô nhanh hơn nhiều so với nghiên cứu khoa học, có thể gây ô nhiễm cho môi trường sống của các loài sinh vật vốn mong manh – bao gồm cả vi khuẩn – đã mất hàng triệu năm để phát triển.