92
TỔNG QUAN VỀ ĐÍCH TÁC ĐỘNG TIỀM NĂNG TRÊN CHỦNG
STAPHYLOCOCCUS AUREUS KHÁNG METHICILLIN (MRSA)
Mai Thị Ngọc Lan Thanh1
1. Trường Đại Học Thủ Dầu Một
TÓM TẮT
Ngày nay, vi khuẩn kháng kháng sinh ngày càng phát trin mạnh mẽ, đặc biệt là nhóm vi
khuẩn gồm các chủng Enterococcusfaecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae,
Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, và Enterobacter spp., trong đó,
Staphylococcus aureus kháng methicllin (MRSA) được xếp vào nhóm quan trọng ưu tiên toàn
cầu đ nghiên cứu và phát trin các phương pháp điều trị mới. MRSA có nhiều cơ chế kháng
thuốc và các đích tác động tiềm năng, bài báo này nhằm tổng quan các đích tác động tiềm năng
làm cơ sở cho việc sàng lọc các hợp chất hay thuốc kháng MRSA gồm màng sinh học, hệ thống
tín hiệu Quorum sensing, độc tố, vách tế bào, cung như kênh bơm thuốc.
Từ khóa: MRSA, đích tác động màng sinh học, độc tính, vách tế bào
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Chi Staphylococcus có hơn 40 loài khác nhau, trong đó có 3 loài tụ cầu gây bệnh được
chú ý trong y học: S. aureus (Tụ cầu vàng), S. epidermidis (Tụ cầu da), và S. saprophyticus. Ở
cơ thể người, S. aureus là vi sinh vật cơ hội tấn công vào vết thương hở hoặc những người có
sức đề kháng kém. Vi khuẩn thường kí sinh trên mũi, họng và da của con người và động vật.
Trong chiến tranh thế giới thứ hai, penicillin được đưa vào sử dụng lâm sàng, S. aureus lúc này
còn rất nhạy với kháng sinh. Tuy nhiên, chỉ vài năm sau đó các chủng S. aureus kháng penicilin
đã được phát hiện (Dien Bard, Hindler, Gold, & Limbago, 2014). Hiện nay, S. aureus kháng
penicillin - PRSA (Penicillin Resistant S. aureus) chiếm khoảng 90 % , MRSA dao động từ 30-
50 % trong tổng số các chủng S. aureus được phân lập (Bộ Y Tế, 2015). Methicilin là penicilin
bán tổng hợp, MRSA kháng methicillin xuất hiện 2 cơ chế kháng phổ biến: một là siêu biểu
hiện β-lactamases, hai là thay đổi dạng bình thường của Protein gắn Penicillin (PBPs). Biểu
hiện enzyme β-lactamase được kiểm soát bởi operon bla. Trong Operon bla, blaZ là vùng gen
mã hóa cho β-lactamase, và hai protein đóng vai trò là các protein điều hòa là: blaI (nhân tố ức
chế) và blaR1 (nhân tố hoạt hóa). BlaI ức chế sự biểu hiện của blaZ bằng việc gắn với promoter.
BlaR1 tồn tại như là protein xuyên màng; khi vùng bên ngoài tế bào gắn với β-lactam, thì vùng
bên trong tế bào sẽ được giải phóng và phân giải BlaI, việc này cho phép biểu hiện blaZ. Cơ
chế kháng thứ hai là biểu hiện protein PBP2a được mã hóa từ gen mecA, nằm trên vùng Operon
mec. Operon mecA có hai nhân tố điều hòa là các protein mecI (là nhân tố ức chế) và mecR1 (
là nhân tố hoạt hóa nằm xuyên màng). mecI và mecR1 có chức năng tương đồng với blaI và
blaR1; việc gắn với β-lactam, vùng mecR1 bên trong tế bào được giải phóng để phân giải mecI
và cho phép sự phiên mã mecA. Sự hiện diện của protein PBP2a-là cơ chế hiện diện sau cùng
trong hầu hết các chủng lâm sàng. S. aureus có 4 tiền chất PBPs thông thường trên màng tế bào
chất tham gia vào quá trình liên kết chéo peptidoglycan của vách tế bào. Những PBPs này có
hoạt động tương tự với serine của protease và có ái lực cao với những chất β-lactam. Khi xảy
ra việc gắn, những PBPs không có chức năng hình thành phức hợp vách tế bào, dẫn đến vi
93
khuẩn chết. PBP2a là protein có trọng lượng phân tử 76kDa, được biểu hiện trong các chủng
MRSA. PBP2a có ái lực thấp với nhóm kháng sinh β-lactam. Nên dù có sự hiện diện của kháng
sinh, PBP2a vẫn có chức năng sinh tổng hợp vách như PBPs thông thường, bằng cách này tế
bào sẽ tránh được sự ly giải. PBP2a được biểu hiện từ gene mecA không hiện diện trong các
chủng S.aureus nhạy kháng sinh (Palavecino, 2007). Vancomycin là thuốc ưu tiên hàng đầu
cho điều trị các bệnh nhiễm khuẩn do MRSA (Morrisette, Alosaimy, Abdul-Mutakabbir,
Kebriaei, & Rybak, 2020). Tuy nhiên, các chủng MRSA kháng vancomycin (VRSA) chiếm tỉ
lệ 6,1% đã được báo cáo (Spagnolo et al., 2014). Hơn nữa trong khoảng 30 năm trở lại đây, các
nhà khoa học chưa thực sự thành công trong việc tìm ra loại kháng sinh mới, mà chủ yếu là các
dạng sửa đổi (modify) dựa vào khung nguyên bản của thuốc kháng sinh thế hệ cũ. Vì vậy tổng
quan các đích thuốc tiềm năng có khả năng kháng MRSA là cần thiết cho định hướng dò tìm
các hợp chất mới với cơ chế MRSA hiệu quả hơn.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp đánh giá được thực hiện bằng cách thu thập cơ sở dữ liệu từ các nguồn, bao
gồm: Google Scholar, Science Direct và Pubmed. Tác giả đã sử dụng các thuật ngữ tìm kiếm:
“MRSA”, “đích tác động”, “màng sinh học”, “độc tính”, “vách tế bào”; tài liệu bằng tiếng
Việt và tiếng Anh. Bên cạnh đó các tài liệu có những yếu tố như là: tiêu đề không liên quan đến
mục tiêu nghiên cứu, bài nghiên cứu viết bằng ngôn ngữ khác, bài nghiên cứu trình bày không
rõ ràng hoặc dữ liệu không đầy đủ... sẽ không được sử dụng trong bài đánh giá này.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Màng sinh học
Màng sinh học là tập hợp các vi sinh vật liên kết chặt chẽ với nhau ở trên bề mặt vật chất
và được bao bọc bởi chất nền ngoại bào có thành phần là polysaccharide, protein và DNA
(Bhattacharya, Wozniak, Stoodley, & Hall-Stoodley, 2015; Donlan, 2002). Trong màng sinh
học có một hoặc nhiều loài vi khuẩn khác nhau (Thornton et al., 2011). Cấu trúc của màng sinh
học hoàn chỉnh có tính phân lớp và không đồng nhất (Stewart & Franklin, 2008), trong đó vùng
lõi của màng sinh học bao gồm các tế bào vi khuẩn chuyển sang trạng thái tĩnh, không hoạt
động (persister), chiếm khoảng 1 % trong tổng số vi khuẩn cấu thành lớp màng sinh học. Trong
nhiều bệnh nhiễm trùng mạn tính, sự hình thành màng sinh học làm cho vi khuẩn rất khó bị tiêu
diệt bởi kháng sinh, bởi lẽ khi ngừng dùng thuốc, vi khuẩn ở trạng thái không hoạt động trong
màng sinh học sẽ hồi phục và gây nhiễm trùng trở lại. Do được lớp polysaccharide bao bọc nên
vi khuẩn có khả năng bám dính, tồn tại lâu dài trên bề mặt, đề kháng tốt với hiện tượng thực
bào và sự tác động của kháng sinh (Costerton, Stewart, & Greenberg, 1999). S. aureus ở giai
đoạn hình thành màng sinh học thì các tế bào vi khuẩn trong màng sinh học bao gồm những vi
khuẩn dạng tĩnh giảm nhạy với kháng sinh, trong đó có vancomycin, việc phá hủy tế bào trở
nên khó khăn hơn (Parastan, Kargar, Solhjoo, & Kafilzadeh, 2020). Nếu màng sinh học được
hình thành thì khả năng kháng thuốc kháng sinh tăng đến 1000 lần (Ivanova, Ivanova, &
Tzanov, 2018). Hơn nữa, đích tác động này chỉ có ở tế bào Prokaryote. Chính vì vậy, các hợp
chất ức chế sự hình thành màng sinh học rất đáng được lưu tâm đối với các mầm bệnh khó điều
trị như MRSA (Lee et al., 2013).
Hệ thống tín hiệu Quorum sensing
Hệ thống quorum sensing (QS) là một đích tác động tiềm năng, vì phân tử của QS được
giải phóng ở giai đoạn hình thành khuẩn lạc vi sinh và biểu hiện nhiều gene để kiểm soát sự
94
trưởng thành màng sinh học (Omar, Wright, Schultz, Burrell, & Nadworny, 2017). Vì vậy, hệ
thống QS là cần thiết cho sự hình thành màng sinh học (Kalia & Kumar, 2014). Trong màng
sinh học, vi khuẩn có đặc điểm biểu hiện độc tính và khả năng kháng kháng sinh. Nhóm tác
giả Amelia Muhs và cộng sự đã sử dụng các loài thực vật bản địa được dùng trong điều trị
làm lành vết thương và các bệnh nhiễm khuẩn, nghiên cứu sử dụng cao chiết từ loài Schinus
terebinthifolia (Brazilian Peppertree) như là nguồn chất ức chế độc tính. Nhóm tác giả đã báo
cáo hoạt tính ức chế từ phân đoạn cao chiết giàu flavone 430D-F5 cho hoạt tính ức chế các
gene điều hòa độc tố trên chủng S. aureus (Muhs et al., 2017). Các nhân tố ức chế hệ thống
QS có thể ảnh hưởng đến độc tố, giảm khả năng hình thành màng sinh học và tăng khả năng
nhạy với liệu pháp thuốc trên chủng MRSA. Vì vậy các nhân tố ức chế QS có thể hữu dụng
là các chất trợ nên nó không cần có hoạt tính ức chế vi khuẩn hay diệt khuẩn (Ni, Li, Wang,
& Wang, 2009).
Kênh bơm thuốc
MRSA COL có kiểu hình kháng đa thuốc bằng cơ chế bơm thuốc ra bên ngoài tế bào
MRSA, dẫn đến thuốc không đến được đich tác động của nó (Martins et al., 2007). NorA là
một kênh bơm thuốc hiện diện trên S. aureus. Nhiều nhân tố ức chế kênh bơm thuốc nhưng
không được sử dụng vì liên quan đến độc tính của nó. Ví dụ như reserpine là một nhân tố ức
chế bơm tiềm năng nhưng gây thoái hóa thần kinh. Do đó, cần có nghiên cứu về những nhân
tố ức chế NorA với khả năng gây độc tính thấp hơn (Sundaramoorthy et al., 2018). Những
nhân tố ức chế bơm không có tính độc thường có thể dùng như những chất trợ với kháng sinh
để tái nhạy trên chủng MRSA.Pinostrobin biểu hiện hoạt tính kết hợp với ciprofloxacin kháng
lại vi khuẩn và sự hợp lực mạnh này giúp giảm đáng kể MIC ciprofloxacin trên chủng MRSA.
Pinostrobin có chức năng là nhân tố ức chế kênh natri trong não người (Christena et al., 2015).
Do đó có giả thuyết cho rằng pinostrobin được chứng minh là nhân tố ức chế bơm NorA ở S.
aureus. Tuy nhiên, kết quả chứng minh pinostrobin thúc đẩy quá trình ức chế bơm nhưng
không thông qua bơm NorA ở S. aureus, mà có liên quan đến những bơm MFS khác như
NorB, NorC, MdeA.
Độc tố là đích tác động cho sự thay đổi liệu pháp điều trị
S. aureus có khả năng phá hủy tế bào hồng cầu bằng cách tiết ra các độc tố. Hemolysis là
độc tố của S. aureus, gồm bốn loại (alpha, beta, gamma, delta), mang bản chất protein gây tan
máu beta, tác động khác nhau lên các hồng cầu khác nhau. Có khả năng gây hoại tử da tại chỗ
và giết chết súc vật thí nghiệm. Beta-hemolysis là một trong những exotoxin được sản xuất bởi
hầu hết các chủng S.aureus, là protein có khả năng gây thoái hóa sphingomyelin gây ngộ độc
cho nhiều tế bào kể cả hồng cầu người (Otto, 2014).
Vách tế bào
Acid teichoic của vách tế bào (WTA) là một đích tác động tiềm năng bởi vì WTA liên
kết cộng hóa trị với peptidoglycan, đóng vai trò chính trong phân chia tế bào, kháng kháng sinh,
và độc tố (Weidenmaier et al., 2004). Cấu trúc WTA có độ đa dạng cao trên các chủng vi khuẩn
gram dương và thường đặc trưng cho từng loài (Neuhaus & Baddiley, 2003). Việc tổng hợp
WTA và peptidoglycan xảy ra ở các bước sớm trong quá trình tổng hợp. Như vậy, ức chế tổng
hợp WTA cũng sẽ ngăn chặn sự tổng hợp peptidoglycan. Hơn nữa, acid teichoic (WTA) của
vách tế bào được đề nghị có vai trò trong việc kháng lại các hợp chất kháng khuẩn, và khả năng
kháng nhóm β-lactam trên chủng S. aureus (Winstel, Xia, & Peschel, 2014). Do đó, khi MRSA
tái nhạy với kháng sinh β-lactam thì nguyên nhân có thể là do ức chế quá trình tổng hợp WTA
(Farha et al., 2013).
95
Hình 1.3 Con đường tổng hợp vách tế bào của Staphylococcus aureus (Winstel et al., 2014).
Việc ức chế TagO và kênh vận chuyển WTA TagGH sẽ dẫn đến khả năng MRSA tái nhạy
với kháng sinh β-lactam (Campbell et al., 2011; Farha et al., 2013; Schneider et al., 2004). Nhân
tố ức chế WTA cũng có thể khóa sự xâm nhập của MRSA vào tế bào chủ. Như vậy, khi MRSA
tái nhạy với kháng sinh nhóm β-lactam thì vách tế bào là đích tác động và quá trình tổng hợp
WTA bị ức chế.
4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Từ việc tổng quan các công trình nghiên cứu này, kết quả chỉ ra rằng có nhiều nhóm hợp
chất cho hoạt tính kháng MRSA trong đó đáng chú ý là polyphenols, các dung môi chiết thường
là ethanol, methanol hiếm khi sử dụng dung môi là nước trong khi đó các liệu pháp chữa bệnh
theo đông y thường sử dụng là nước hay rượu, nên việc tổng quan này cũng góp phần cho thấy
dung môi nước có thể được xem là ngã rẽ mới trong việc tìm các hoạt chất thực vật mới cho
hoạt tính kháng MRSA. Các tinh chất kháng MRSA sẽ có 2 khả năng là hoạt tính kháng khuẩn
cao sẽ tìm đích thuốc thông qua sự hợp lực với kháng sinh và các thí nghiệm chứng minh đích
thuốc như RT-PCR, Micrroarrays, Western Blot. Hoạt tính kháng khuẩn trung bình, thấp, có
trường hợp hiếm là không cho hoạt tính kháng MRSA một mình nhưng được chứng minh là
các nhân tố ức chế bơm ở MRSA hay ức chế hình thành biofilm trên MRSA nên việc kết hợp
với kháng sinh mà có tác dụng dựa vào nồng độ sẽ được chú ý.
96
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bhattacharya, Mohini, Wozniak, Daniel J, Stoodley, Paul, & Hall-Stoodley, Luanne. (2015).
Prevention and treatment of Staphylococcus aureus biofilms. Expert review of anti-infective therapy,
13(12), 1499-1516.
2. Bộ Y Tế. (2015). Hướng dẫn sử dụng kháng sinh. NXB Y Học.
3. Campbell, Jennifer, Singh, Atul K, Santa Maria Jr, John P, Kim, Younghoon, Brown, Stephanie,
Swoboda, Jonathan G, . . . Walker, Suzanne. (2011). Synthetic lethal compound combinations reveal
a fundamental connection between wall teichoic acid and peptidoglycan biosyntheses in
Staphylococcus aureus. ACS chemical biology, 6(1), 106-116.
4. Costerton, J William, Stewart, Philip S, & Greenberg, E Peter. (1999). Bacterial biofilms: a common
cause of persistent infections. Science, 284(5418), 1318-1322.
5. Christena, Lowrence Rene, Subramaniam, Shankar, Vidhyalakshmi, Mohan, Mahadevan,
Vijayalakshmi, Sivasubramanian, Aravind, & Nagarajan, Saisubramanian. (2015). Dual role of
pinostrobin-a flavonoid nutraceutical as an efflux pump inhibitor and antibiofilm agent to mitigate
food borne pathogens. Rsc Advances, 5(76), 61881-61887.
6. Dien Bard, Jennifer, Hindler, Janet A, Gold, Howard S, & Limbago, Brandi. (2014). Rationale for
eliminating Staphylococcus breakpoints for β-lactam agents other than penicillin, oxacillin or
cefoxitin, and ceftaroline. Clinical infectious diseases, 58(9), 1287-1296.
7. Donlan, Rodney M. (2002). Biofilms: Microbial Life on Surfaces. . Emerging Infectious Diseases,
8(9), 881-890.
8. Farha, Maya A, Leung, Alexander, Sewell, Edward W, D’Elia, Michael A, Allison, Sarah E, Ejim,
Linda, . . . Brown, Eric D. (2013). Inhibition of WTA synthesis blocks the cooperative action of
PBPs and sensitizes MRSA to β-lactams. ACS chemical biology, 8(1), 226-233.
9. Ivanova, Aleksandra, Ivanova, Kristina, & Tzanov, Tzanko. (2018). Inhibition of quorum-sensing:
A new paradigm in controlling bacterial virulence and biofilm formation. biotechnological
applications of quorum sensing inhibitors, 3-21.
10. Kalia, Vipin C, & Kumar, Prasun. (2014). The battle: quorum-sensing inhibitors versus evolution of
bacterial resistance Quorum sensing vs quorum quenching: a battle with no end in sight (pp. 385-
391): Springer.
11. Lee, Jin-Hyung, Park, Joo-Hyeon, Cho, Hyun Seob, Joo, Sang Woo, Cho, Moo Hwan, & Lee, Jintae.
(2013). Anti-biofilm activities of quercetin and tannic acid against Staphylococcus aureus.
Biofouling, 29(5), 491-499.
12. Martins, Ana, Couto, Isabel, Aagaard, Lone, Martins, Marta, Viveiros, Miguel, Kristiansen, Jette E,
& Amaral, Leonard. (2007). Prolonged exposure of methicillin-resistant Staphylococcus aureus
(MRSA) COL strain to increasing concentrations of oxacillin results in a multidrug-resistant
phenotype. International journal of antimicrobial agents, 29(3), 302-305.
13. Morrisette, Taylor, Alosaimy, Sara, Abdul-Mutakabbir, Jacinda C, Kebriaei, Razieh, & Rybak,
Michael J. (2020). The Evolving Reduction of Vancomycin and Daptomycin Susceptibility in
MRSA—Salvaging the Gold Standards with Combination Therapy. Antibiotics, 9(11), 762.
14. Muhs, Amelia, Lyles, James T, Parlet, Corey P, Nelson, Kate, Kavanaugh, Jeffery S, Horswill,
Alexander R, & Quave, Cassandra L. (2017). Virulence inhibitors from Brazilian peppertree block
quorum sensing and abate dermonecrosis in skin infection models. Scientific reports, 7(1), 42275.
15. Neuhaus, Francis C, & Baddiley, James. (2003). A continuum of anionic charge: structures and
functions of D-alanyl-teichoic acids in gram-positive bacteria. Microbiology and molecular biology
reviews, 67(4), 686-723.
16. Ni, Nanting, Li, Minyong, Wang, Junfeng, & Wang, Binghe. (2009). Inhibitors and antagonists of
bacterial quorum sensing. Medicinal research reviews, 29(1), 65-124.
17. Omar, Amin, Wright, J Barry, Schultz, Gregory, Burrell, Robert, & Nadworny, Patricia. (2017).
Microbial biofilms and chronic wounds. Microorganisms, 5(1), 9.