Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Các vi khuẩn “đói” do con người thiết kế hứa hẹn sẽ “ăn mòn” khối u từ bên trong.
 
Các nhà khoa học tại Đại học Waterloo đang nghiên cứu một phương pháp điều trị ung thư mới sử dụng vi khuẩn được thiết kế đặc biệt để tiêu diệt khối u từ bên trong. Chiến lược này dựa trên các vi sinh vật phát triển mạnh trong môi trường thiếu oxy, do đó, điều kiện bên trong nhiều khối u trở thành mục tiêu lý tưởng.
 
Tiến sĩ Marc Aucoin, giáo sư kỹ thuật hóa học tại Waterloo cho biết: "Bào tử vi khuẩn xâm nhập vào khối u, tìm thấy môi trường giàu chất dinh dưỡng và thiếu oxy - điều kiện mà vi sinh vật này ưa thích, vì vậy, nó bắt đầu hấp thụ các chất dinh dưỡng đó và phát triển về kích thước". " Như vậy, chúng đang dần ‘định cư’ trong vùng lõi của khối u, và về bản chất, vi khuẩn này đang giúp loại bỏ khối u khỏi cơ thể."

Trọng tâm của kỹ thuật này là Clostridium sporogenes, một loài vi khuẩn thường được tìm thấy trong đất. Loài này chỉ có thể tồn tại trong môi trường hoàn toàn không có oxy. Phần lõi bên trong của các khối u rắn gồm nhiều tế bào chết và thiếu oxy, từ đó tạo ra điều kiện lý tưởng để vi khuẩn này sinh sôi và lan rộng.
 
Vượt qua rào cản oxy
 
Tuy nhiên, vẫn còn một thách thức, khi vi khuẩn lan rộng ra ngoài và đến những vùng khối u tiếp xúc với lượng oxy thấp, chúng bắt đầu chết đi trước khi tiêu diệt hoàn toàn tế bào ung thư.

Để khắc phục hạn chế này, nhóm nghiên cứu đã cấy ghép một gen từ một loại vi khuẩn có liên quan, có khả năng chịu đựng oxy tốt hơn. Sự điều chỉnh này cho phép các vi sinh vật được biến đổi gen tồn tại lâu hơn ở gần các vùng ngoại vi của khối u.

Các nhà nghiên cứu cũng cần một cơ chế để kiểm soát thời điểm đặc tính chịu oxy này được kích hoạt. Nếu được kích hoạt quá sớm, vi khuẩn có thể phát triển ở những môi trường giàu oxy như trong máu, điều này sẽ không an toàn. Để ngăn chặn điều đó, họ đã sử dụng một quá trình giao tiếp tự nhiên của vi khuẩn gọi là quorum sensing (quorum sensing).

Cơ chế quorum sensing dựa trên các tín hiệu hóa học do vi khuẩn phát ra. Khi số lượng vi khuẩn tăng lên, tín hiệu càng mạnh và chỉ khi đủ lượng vi khuẩn tích tụ bên trong khối u, tín hiệu mới đạt đến mức kích hoạt gen kháng oxy. Thời điểm này đảm bảo vi khuẩn chỉ kích hoạt cơ chế sinh tồn của chúng khi cần thiết.
 
Sinh học tổng hợp và mạch DNA
 
Trong một nghiên cứu trước đó, nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng vi khuẩn Clostridium sporogenes có thể được biến đổi gen để chịu được oxy tốt hơn. Trong một thí nghiệm tiếp theo, họ đã kiểm tra thiết kế quorum sensing quần thể bằng cách lập trình cho vi khuẩn sản sinh ra protein huỳnh quang màu xanh lá cây, qua đó xác nhận hệ thống được kích hoạt đúng vào thời điểm mong muốn.

Tiến sĩ Brian Ingalls, giáo sư toán học ứng dụng tại Đại học Waterloo cho biết: "Sử dụng công nghệ sinh học tổng hợp, chúng tôi đã tạo ra một thứ giống như mạch điện, nhưng thay vì dây dẫn, chúng tôi sử dụng các đoạn DNA". "Mỗi đoạn đều có chức năng riêng. Khi được lắp ráp đúng cách, chúng tạo thành một hệ thống hoạt động theo cách có thể dự đoán được."

Bước tiếp theo là kết hợp cả gen chịu đựng oxy và hệ thống điều khiển cảm ứng mật độ quần thể vào một loại vi khuẩn duy nhất và đánh giá hiệu quả của nó đối với khối u trong các thử nghiệm tiền lâm sàng.
 
Hợp tác thúc đẩy đổi mới trong điều trị ung thư
 
Nghiên cứu này bắt đầu với công trình của nghiên cứu sinh Bahram Zargar dưới sự hướng dẫn của Ingalls và Tiến sĩ Pu Chen, một giáo sư kỹ thuật hóa học đã nghỉ hưu tại Đại học Waterloo. Dự án này nhấn mạnh trọng tâm của trường đại học vào đổi mới y tế liên ngành, quy tụ các chuyên gia trong lĩnh vực kỹ thuật, toán học và khoa học sự sống để chuyển đổi các phát hiện khoa học thành các giải pháp y tế thực tiễn.

Nhóm nghiên cứu của Đại học Waterloo đang hợp tác với Trung tâm Nghiên cứu Vi sinh vật Môi trường (CREM Co Labs), một công ty ở Toronto do Tiến sĩ Zargar đồng sáng lập. Sự hợp tác này cũng bao gồm Tiến sĩ Sara Sadr, một cựu nghiên cứu sinh tiến sĩ của Waterloo, người đã đóng vai trò chủ chốt trong việc thực hiện nghiên cứu.
 
Nguồn tin:
Tài liệu do Đại học Waterloo cung cấp. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về văn phong và độ dài.
 
Tạp chí tham khảo:
Sara Sadr, Bahram Zargar, Marc G. Aucoin, Brian Ingalls. Xây dựng và đặc tính chức năng của mạch cảm ứng số lượng dị loại trong Clostridium sporogenes . ACS Synthetic Biology , 2025; 14 (12): 4857 DOI: 10.1021/acssynbio.5c00628.
 
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/02/260224023101.htm