Nấm mốc làm thuốc kháng sinh
năm 1928 Alexander Fleming nhận thấy một mảng nấm mốc đã giết chết vi khuẩn ở trong một đĩa petri
từ lâu, người ta đã biết rằng nấm mốc có thể giết hại hoặc ức chế vi khuẩn
ví dụ: người Ai Cập cổ đại đã lấy bánh mì mốc để chữa bỏng
thế kỷ 19 Joseph Lister biết rằng nấm penicillium glaucum ức chế tăng trưởng của vi khuẩn
bác sĩ John Tyndall viết bài nghiên cứu về hiệu ứng tác động của nấm mốc ở trong những ống chứa vi khuẩn
đầu thế kỷ 20 nhà vật lý giành giải Nobel Paul Ehrlich phát hiện chế phẩm Salvarsan sản xuất từ thạch tín, chữa bệnh giang mai, bấy giờ 1/6 người Paris và 1/10 người Luân Đôn nhiễm
nhược điểm của Salvarsan là độc tính đủ mạnh để giết chết người bệnh luôn
sau khi Fleming nhận thấy nấm mốc trong đĩa petri, Fleming thử chiết xuất lấy nấm mốc này, nhưng thất bại
năm 1929 Fleming xuất bản công trình nghiên cứu trên
cuối thập niên 1930 đội ngũ khoa học Oxford là Howard Florey, Norman Heatly và Ernst Chain xác định và chiết xuất được thuốc kháng sinh (nấm mốc) và đem thử lên chuột
năm 1940 nhóm Oxford xuất bản công trình nghiên cứu
năm 1943 thuốc của nhóm Oxford được chào bán ra thị trường
Vi khuẩn đất
năm 1939 sinh viên Rene Dubos ở Viện Rockefeller chiết xuất thuốc kháng sinh tyrothricin kháng khuẩn những vết thương ngoài da
Rene Dubos tìm ra tyrothricin bằng cách "bón" một khuẩn lạc vi khuẩn [colony] vào một hỗn hợp đất, để tìm ra một hoá chất trong đất có thể giết chết vi khuẩn ấy
Selman Waksman là giáo sư Mỹ gốc Ukraine ngành vi sinh, trường đại học Rutgers, đã nghe về 2 phát minh penicillin và tyrothricin
trong một bài lịch sử lời nói, sinh viên Woodruff Boyd nhớ lại Selman Waksman nói với mình rằng: "tôi biết rằng loài sinh vật ưa thích của tôi, actinomyces sẽ hiệu quả hơn [penicillin]... bỏ hết những thứ cậu đang làm đi, bắt đầu chiết xuất một ít streptomyces xem xem liệu có thể tìm ra một thuốc kháng sinh tốt hơn penicillin không"
trong đất, lớp xạ khuẩn actinomyces có streptomyces là một chi vi khuẩn Gram dương, hiếu khí, bao gồm hàng trăm loài vi khuẩn
đội ngũ Selman Waksman thu thập hàng nghìn mẫu vi khuẩn đất, và nuôi cấy trên những đĩa agar, có cấy giống vi khuẩn
nhóm Selman Waksman tìm trên những đĩa này những điểm nổi lên hoạt động kháng sinh
năm 1940 nhóm Selman Waksman phát hiện ứng viên thuốc kháng sinh Actinomycin chữa được bệnh lao, nhưng vẫn quá độc hại để ứng dụng cho điều trị
mãi sau, người ta mới thấy Actinomycin có khả năng chữa ung thư, và một phiên bản Actinomycin đang được dùng cho phương pháp hoá trị
năm 1943 Selman Waksman và doanh nghiệp tài trợ Merck phát hiện Streptomycin chữa trị bệnh lao
sinh viên Albert Schatz là người thực hiện thí nghiệm phát hiện Streptomycin, sau này đã kiện đòi được ghi danh đồng-tác-giả và cổ phần tài chính trong những tiền phí bản quyền
tỷ lệ lớn thuộc về Quỹ, còn Selman Waksman nhận 20% tiền phí bản quyền, tương đương 4.5 triệu USD một năm nếu tính theo thời giá ngày nay
sau khi dàn xếp vụ kiện, tỷ lệ 20% được sửa thành: Selman Waksman nhận 10% phí bản quyền, Albert Schatz nhận 3% cộng với được ghi danh đồng-phát-hiện trên bằng sáng chế thuốc
Elizabeth Bugie Gregory độc lập xác nhận những kết quả thí nghiệm, nhận 0.2% phí bản quyền, và được ghi danh đồng-tác-giả trên giấy phép streptomycin đầu tiên
tỷ lệ tiền phí bản quyền còn lại đã được chia đều cho các thành viên khác của phòng thí nghiệm
Phương pháp luận
năm 1952 Selman Waksman nhận giải Nobel dược
trích dẫn đã ghi nhận: trong khi penicillin được khám phá một cách tình cờ, streptomycin được phát hiện nhờ một phương pháp có mục tiêu và có thể tăng quy mô
quỹ Nobel có viết: "trái ngược với penicillin được khám phá bởi giáo sư Fleming chủ yếu nhờ may mắn, chiết xuất streptomycin là kết quả của một nghiên cứu miệt mài dài-hạn có hệ thống được thực hiện bởi một nhóm nhân viên đông đảo"
streptomycin được tìm thấy làm 2 chủng vi khuẩn: chủng hiệu quả hơn trong việc sản xuất thuốc, đến từ họng gà, sinh viên Doris Jones Ralston lấy tăm bông phết lấy mẫu [swab] đem nuôi trước khi đưa Albert Schatz
Albert Schatz mất 3 tháng trong phòng thí nghiệm của Selman Waksman thực hiện cùng những thủ tục trên với tất cả (nhân viên phòng thí nghiệm) giống như với Doris Jones Ralston
chi streptomyces có 700 loài vi khuẩn, cung cấp 2/3 số thuốc kháng sinh sản-sinh-tự-nhiên ngày nay
thuở đầu, lý thuyết "Đại chiến" cho rằng đất có chứa hàng chục vạn vi khuẩn, động vật nguyên sinh, tảo, nấm... một cuộc cạnh tranh nguồn lực: không gian, dinh dưỡng
thuyết "Đại chiến" cho rằng vi khuẩn đất đã tiến hoá những thuốc kháng sinh này để đánh bại các đối thủ trong cuộc canh tranh nguồn lực
sau này, nghiên cứu cho thấy rằng thuốc kháng sinh phục vụ nhiều mục đích
ví dụ, thuóc kháng sinh ở liều nhỏ được dùng làm những tín hiệu: ra dấu rằng khu vực đang thay đổi, rằng vi khuẩn lân cận cần phải chuẩn bị, hoặc ra dấu cho các đối thủ rằng khu vực cụ thể này đã bị chiếm đóng
ở tình huống căng thẳng, ví dụ một cuộc cạnh tranh chiếm lấy 1 chỗ ở một ngách dinh dưỡng địa phương trong đất, vi khuẩn sẽ sản xuất hàng loạt liều lượng kháng sinh, để giữ chỗ
Phát hiện thuốc
trong 20 năm, các doanh nghiệp dược đi tìm đất trên toàn cầu để sản xuất thuốc kháng sinh mới
đội ngũ Selman Waksman trường Rutgers quét hàng chục vạn vi sinh vật lấy từ những đất này
nhân viên đi công tác hoặc đi nghỉ ở nước ngoài đã được khuyến khích mang theo những túi đựng mẫu đất, để có thể lấy đất về
năm 1949 kháng sinh erythromycin lấy từ một mẫu đất Philippines
năm 1947 thuốc uống kháng sinh phổ-rộng chloramphenicol lấy từ một mẫu đất ở gần thành Caracas, Venezuela
tại Ý, doanh nghiệp Lepetit phát hiện nhóm thuốc kháng sinh rifamycin lấy từ một mẫu đất ở thành Saint-Raphael (Pháp) nơi nhân viên đi nghỉ dưỡng
năm 1952 một nhà truyền giáo Thiên Chúa lấy vancomycin từ một mẫu đất rừng Borneo ngoại ô Tengeng
nhiều thuốc kháng sinh đã được lấy từ đất sân sau của doanh nghiệp
ví dụ một nhân viên Pfizer chiết xuất oxytetracyclin từ một mẫu đất bên ngoài phòng thí nghiệm ở Terra Haute tiểu bang Indiana, thuốc được bán dưới cái tên Terramycin
sau khi lấy được mẫu, một chuỗi actinomycetes (xạ khuẩn) được trải xuống một đĩa petri; các doanh nghiệp dược đã tuyển dụng những nhà vi sinh vật đất, về nhìn xem actinomycetes ấy là loài gì
nhiều vi khuẩn và nấm sẽ được trải xuống đĩa petri theo một góc thích hợp với chuỗi xạ khuẩn [actinomycetes]
sau ít ngày, một kỹ thuật viên sẽ đánh giá đĩa petri xem có dấu hiệu của hoạt động kháng sinh (hay không): tăng trưởng của vi khuẩn có thể bị cản trở dưới một cách thức hoặc một hình thức nào đó
tỷ lệ trúng số độc đắc của những chương trình phát hiện thuốc như thế này là rất thấp
suốt 30 năm, tập đoàn Eli Lilly nghiên cứu một triệu chiết xuất [isolate] chỉ chào bán được 3 thuốc kháng sinh, trong đó có vancomycin
Pfizer nghiên cứu 10 vạn chiết xuất, chỉ terramycin được chào bán, còn lại bị trùng hoặc quá độc hại
trong 15 năm kể từ năm 1943, streptomyces sản xuất 1 thuốc 1 năm
cuối thập niên 1950 số thuốc mới phát hiện đã đạt đỉnh, sau đấy các nhà nghiên cứu bắt đầu tìm thấy thuốc trùng lặp, bất chấp những nỗ lực ngoan cố
từ năm 1947 đến 1956 có 606 công trình nghiên cứu được xuất bản, công bố phát hiện thuốc kháng sinh, trong đó 163 bài viết trùng lặp
từ năm 1957 đến 1967 số bài viết báo cáo nghiên cứu trùng lặp đã lên đến 253, trong đó 1/4 những thuốc được phát hiện trước đấy đã được "phát hiện lại" ít nhất 1 lần
ví dụ streptothricin được sản xuất bởi 10% tất cả vi sinh vật đất, đã được "phát hiện lại" 19 lần
thập niên 1950 đã xuất hiện những vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh, nhất là ở các bệnn viện, nơi xuất hiện sớm và nhanh nhất, thúc đẩy bởi những vi sinh vật, ví dụ: tụ cầu vàng [staphylococcus aureus]
năm 1951 ở mỗi bệnh viện, có 4.8% ca bệnh kháng thuốc tetracyclin và aureomycin
năm 1953 tỷ lệ đã tăng đến 78%
tháng 9 năm 1952 một ca bệnh đã không xuất hiện những biến chủng kháng khuẩn erythromycin, chỉ 1 tháng sau đã xuất hiện những biến chủng kháng, và đến tháng 1 năm 1953 tất cả erythromycin đã bị kháng
năm 1953 các bác sĩ đã bắt đầu áp dụng những liệu pháp điều trị nhiều-thuốc
Nhật Bản
Hamao Umezawa là thế hệ thứ 4 của một gia đình truyền thống y dược
cuối Thế chiến 2, Hamao Umezawa dẫn dắt một nhóm nhà sinh vật, giúp Nhật Bản là quốc gia thứ 3 tự sản xuất penicillin
chuyển sang phát hiện thuốc, mới đầu Hamao Umezawa làm theo phương pháp của Selman Waksman là nhìn vào những xạ khuẩn [actinomycetes] sống trong đất
hiện tượng kháng thuốc - ví dụ streptomycin - bắt đầu phổ biến, Hamao Umezawa chuyển sang nhìn vào những mục tiêu để khắc phục tình trạng kháng thuốc này
nhờ vậy Hamao Umezawa phát hiện kanamycin mới đầu đã chữa được bệnh lao kháng-streptomycin
kanamycin là thuốc kháng sinh Nhật Bản đầu tiên được xuất khẩu, tiền phí bản quyền đã tài trợ những dự án ở Viện Hoá học Vi sinh
đầu thập niên 1970 khi những phương pháp của Selman Waksman hết hiệu nghiệm, Hamao Umezawa trang bị lại công cụ
nghiên cứu khả năng sống sót của kanamycin, Hamao Umezawa phát hiện rằng vi khuẩn này sản sinh 2 enzyme gián đoạn tính hiệu quả của thuốc
Hamao Umezawa tổng hợp một thuốc mới, hiệu quả giống kanamycin nhưng không có 2 enzyme trên, bằng cách loại bỏ một nhóm hydroxyl cụ thể là dibekacin
khi những vi khuẩn bắt đầu xuất hiện khả năng kháng dibekacin, Hamao Umezawa tổng hợp arbekacin sau khi gắn thêm một chuỗi bên vào dibekacin
suốt một sự nghiệp dài, Hamao Umezawa tạo ra 70 thuốc kháng sinh, và thấy rằng thuốc kháng sinh có thể ức chế tăng trưởng tế bào ung thư
Hamao Umezawa phát hiện 40 thuốc kháng sinh trị ung thư, trong đó có Bleomycin trị u lympho Hodgkin và ung thư tinh hoàn
điều trị u tinh hoàn, Bleomycin đóng góp 1 chân trong liệu pháp điều trị 3-hướng BEP [bleomycin, etoposide và cisplatin]
năm 1986 Hamao Umezawa mất
Bán tổng hợp
không có đất, các nhà hoá học như Hamao Umezawa tìm đến phương pháp bán-tổng-hợp: điều chỉnh hoặc cải tiến những phân tử đã biết, ngành gọi là "giàn giáo tế bào gốc" [scaffold]
căn bản, Hamao Umezawa lấy một phân tử thuốc kháng sinh tự nhiên, giản lược nó xuống còn phần lõi có tác dụng [effective core] rồi thêm những chuỗi bên mới
thành phẩm mới sẽ được quan sát những yếu tố, ví dụ: khả năng sinh học có cải thiện không, có tăng hiệu quả kháng kháng thuốc không, độc tính
ví dụ: thêm hydrogen vào streptomycin tạo ra đi-hydro streptomycin là một phiên bản bền vững hoá học hơn
bán-tổng-hợp là phương pháp cần thiết cho việc duy trì tính hiệu quả, khi khả năng kháng thuốc đã tiếp tục mở rộng
bán-tổng-hợp đã sửa penicillin thành cả một lớp thuốc mới, gọi là beta-lactam ngày nay chiếm 60% tổng số thuốc điều trị, và 65% thị phần thị trường 15 tỷ USD thuốc kháng sinh
tuy nhiên bán-tổng-hợp không giúp gì cho việc phát hiện những lớp thuốc mới, số lượng được chào bán mới đã chậm lại, phần nhiều đã được phát hiện trong 20 năm "kỷ nguyên vàng"
Đa dạng sinh học
môi trường đất rất hiệu quả trong việc sản sinh những thuốc kháng sinh mới bởi có mật độ vi sinh vật dày đặc, cạnh tranh thức ăn và nguồn lực
các nghiên cứu sinh đã khuyến nghị nhiều môi trường khác: bọt biển, động vật không xương sống, côn trùng, nhóm bệnh viêm da và viêm mạc Lichen, vi khuẩn đường ruột
thập niên 1980 có 20 doanh nghiệp dược làm việc phát hiện thuốc kháng sinh
ngày nay đã không còn động lực kinh tế của việc phát hiện thuốc kháng sinh mới, bởi vì thuốc đã rẻ, trong khi việc chào bán thuốc mới sẽ mất nhiều năm và nhiều triệu USD đầu tư
mỗi năm 2 triệu người Mỹ nhiễm bệnh kháng-thuốc-kháng-sinh trong đó 2 vạn người tử vong
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét