Plasmid và truyền gen ngang: Cơ chế lan truyền đề kháng kháng sinh

NTTU – Sự gia tăng của các chủng vi khuẩn đa kháng thuốc đang đặt ra nhiều thách thức cho y học hiện đại. Trong quá trình này, plasmid cùng các cơ chế truyền gen ngang được xem là những yếu tố then chốt giúp vi khuẩn trao đổi và tích lũy gen kháng kháng sinh, làm gia tăng tốc độ lan truyền đề kháng trong bệnh viện và cộng đồng.

Kháng kháng sinh đang trở thành một trong những thách thức nghiêm trọng nhất đối với y tế toàn cầu. Sự xuất hiện ngày càng nhiều của các chủng vi khuẩn đa kháng thuốc (Multidrug resistant – MDR), siêu kháng thuốc (Extensively drug resistant – XDR) và toàn kháng thuốc (Pan drug resistant – PDR) đã làm giảm hiệu quả điều trị, gia tăng tỷ lệ tử vong và kéo dài thời gian nằm viện. Một trong những nguyên nhân quan trọng thúc đẩy hiện tượng này là sự lan truyền các gen kháng kháng sinh thông qua cơ chế truyền gen ngang, trong đó plasmid đóng vai trò trung tâm.

Plasmid là gì?

Plasmid là các phân tử DNA mạch kép dạng vòng, tồn tại độc lập bên ngoài nhiễm sắc thể của vi khuẩn. Chúng có khả năng tự nhân đôi và được truyền lại cho các tế bào con trong quá trình phân chia. Không giống như nhiễm sắc thể chứa các gen thiết yếu cho sự sống, plasmid thường mang các gen tạo lợi thế thích nghi cho vi khuẩn như gen kháng kháng sinh, gen độc lực hoặc các gen chuyển hóa.

Điểm đặc biệt của plasmid là khả năng di chuyển giữa các tế bào vi khuẩn thông qua quá trình truyền gen ngang. Nhờ đó, một gen kháng thuốc xuất hiện ở một chủng vi khuẩn có thể nhanh chóng lan rộng sang nhiều chủng khác, thậm chí giữa các loài vi khuẩn khác nhau.

Truyền gen ngang và vai trò trong lan truyền kháng kháng sinh

Truyền gen ngang là quá trình trao đổi vật chất di truyền giữa các tế bào không có quan hệ mẹ – con, có thể xảy ra giữa cùng loài hoặc khác loài. Đây được xem là động lực chính của sự tiến hóa vi khuẩn và là nguyên nhân chính làm lan truyền nhanh gen kháng kháng sinh trong môi trường bệnh viện.

Ba cơ chế truyền gen ngang phổ biến gồm:

a) Biến nạp (transformation): Quá trình vi khuẩn thu nhận DNA trần từ môi trường bên ngoài, thường có nguồn gốc từ các tế bào bị ly giải, thông qua các tế bào ở trạng thái khả nạp. DNA được thu nhận có thể tái tổ hợp vào nhiễm sắc thể của vi khuẩn nhận hoặc được duy trì độc lập dưới dạng plasmid nếu mang đầy đủ khả năng nhân đôi.

b) Tiếp hợp (conjugation): DNA được truyền thông qua tiếp xúc trực tiếp giữa hai tế bào vi khuẩn nhờ cầu nối (pilus). Plasmid mang gen tra (tra genes) mã hóa các protein cần thiết cho quá trình này. Đây là cơ chế quan trọng nhất lan truyền plasmid kháng thuốc trong bệnh viện.

c) Tải nạp (transduction): Quá trình chuyển vật chất di truyền giữa các vi khuẩn thông qua trung gian là thực khuẩn thể (bacteriophage). Trong quá trình nhân lên, thực khuẩn thể vô tình đóng gói DNA của vi khuẩn chủ thay vì DNA của chính nó. Khi nhiễm sang vi khuẩn khác, DNA này được đưa vào tế bào nhận và có thể tái tổ hợp vào bộ gen, làm lan truyền các gen như gen kháng kháng sinh hoặc gen độc lực.

Transposon và integron – các yếu tố di truyền di động

Ngoài plasmid, các yếu tố di truyền di động khác như transposon và integron cũng góp phần quan trọng trong quá trình tích lũy và lan truyền gen kháng thuốc.

• Transposon (gen nhảy) là các đoạn DNA có khả năng di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác trong bộ gen, chẳng hạn từ nhiễm sắc thể sang plasmid hoặc ngược lại, đồng thời mang theo các gen kháng kháng sinh.
• Integron là hệ thống di truyền có khả năng thu nhận, sắp xếp và biểu hiện các cassette gen thông qua cơ chế tái tổ hợp đặc hiệu. Các cassette này thường chứa gen kháng kháng sinh, giúp vi khuẩn tích lũy nhiều gen kháng khác nhau.

Sự kết hợp giữa plasmid, transposon và integron tạo điều kiện cho việc tích lũy và lan truyền đồng thời nhiều gen kháng kháng sinh, góp phần hình thành các chủng vi khuẩn đa kháng thuốc (MDR).

Tác động trong môi trường bệnh viện

• Bệnh viện là môi trường thuận lợi cho sự lan truyền của các plasmid mang gen kháng kháng sinh do mật độ vi sinh vật cao và áp lực sử dụng kháng sinh lớn. Dưới áp lực chọn lọc này, các vi khuẩn mang plasmid kháng thuốc có lợi thế sinh tồn và nhanh chóng chiếm ưu thế trong quần thể.
• Hậu quả là sự xuất hiện ngày càng nhiều của các chủng vi khuẩn đa kháng như Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli, Acinetobacter baumannii hay Pseudomonas aeruginosa. Những vi khuẩn này gây khó khăn cho điều trị, làm tăng chi phí y tế, kéo dài thời gian nằm viện và gia tăng tỷ lệ tử vong.

Tin bài: DS. Trần Thủy Tiên – Khoa KTXNYH (tổng hợp)