Phát hiện mới về hệ thống tự cô lập độc tố của tế bào bằng “bọt biển”

Số lần xem166
exosome

Biên soạn: Nguyễn Thị Duyên, Tiễn sĩ Võ Đức Duy, Tiến sĩ – Dược sĩ Phạm Đức Hùng.

Một cơ chế “mồi nhử” (sponges) được tìm thấy trong tế bào người và động vật để bảo vệ chúng khỏi các chất độc tiềm tàng được phát tán bởi các sinh vật ngoại xâm, chẳng hạn như vi khuẩn. Bọt biển (sponges) là tên gọi khác của exosome, có tác dụng hấp thu chất độc của vi khuẩn ngoại lai khi xâm nhập tế bào.

Xuất bản trực tuyến trên tạp chí Nature vào tháng 3/2020, nghiên cứu mới bởi các nhà khoa học trực thuộc Trường Y dược Grossman New York (NYU) phát hiện ra rằng khi bị tấn công bởi vi khuẩn, tế bào giải phóng các gói nhỏ, bọc bởi protein được gọi là exosome. Những gói này hoạt động như mồi nhử để hấp thụ độc tố tiết ra từ vi khuẩn, bao gồm độc tố từ MRSA (hay methicillin-resistant Staphylococcus aureus, tụ cầu kháng methicillin), một loại vi khuẩn có khả năng kháng nhiều loại kháng sinh, hay Corynebacterium diphtheriae (vi khuẩn bạch hầu, rất dễ lây lan).

Việc “hấp thu” chất độc này sẽ vô hiệu hoá hoạt động của chúng và giúp giữ cho tế bào an toàn. Nếu để di chuyển tự do, chất độc thường liên kết với màng ngoài của tế bào, tạo ra các lỗ trên màng và giết chết các tế bào. Nghiên cứu chỉ ra rằng tế bào bị tấn công bởi vi khuẩn chỉ sống sót khi độc tố bị hấp thụ bởi exosome (bọt biển, sponges). Hệ thống phòng thủ này phổ biến ở động vật có , bao gồm cả con người và giúp giải thích tại sao có đến 1/5 người Mỹ bị lây vi khuẩn MRSA nhưng không quá 1 trong 10.000 chết vì nhiễm trùng.

Dự án được đồng dẫn dắt bởi nhà nghiên cứu, tiến sĩ Ken Cadwell, phó giáo sư tại Viện Skirball về Sinh học Phân tử, trực thuộc Trung tâm Y tế Langone, NYU. Ông cho hay: “Exosome hoạt động giống như một miếng bọt biển, tạo nên tấm rào chắn tạm thời để bảo vệ tế bào khỏi độc tố, đồng thời đào thải chúng qua màng tế bào. Cơ chế phòng thủ này cũng kéo dài thời gian cho các biện pháp phòng vệ miễn dịch khác, chẳng hạn như tế bào T hoặc kháng thể, để tấn công và trực tiếp chống lại nhiễm trùng”. Cadwell chỉ ra rằng nhiều ngoại khuẩn mang mầm bệnh, như vi khuẩn và virus, ban đầu nhắm vào màng ngoài của tế bào, vì vậy nhóm nghiên cứu trường đại học New York có kế hoạch điều tra xem các exosome khác, “giống bọt biển” (sponge-like), có tồn tại và có khả năng chống lại các bệnh gây nhiễm trùng khác hay không.

Nghiên cứu này giúp đề xuất các chiến lược mới để tăng cường hệ thống miễn dịch, ví dụ bằng cách tiêm các túi nhân tạo, giống như exosome vào cơ thể để hấp thụ độc tố hoặc bằng cách tăng cường sản xuất exosome nhằm tăng cường khả năng miễn dịch của cơ thể.

Thí nghiệm mới nhất (2) của nhóm nghiên cứu trường NYU được dựa trên công trình trước đó cho thấy cách mà độc tố vi khuẩn bám vào tế bào trong quá trình nhiễm trùng. Trước đó, họ khám phá ra ATG16L1, một loại protein luôn có mặt trong các tế bào sống lâu hơn hoặc sống sót sau khi bị nhiễm trùng. Tế bào thiếu ATG16L1 đều chết vì nhiễm trùng. ATG16L1 là một protein tự thực được biết đến như thành phần chính yếu trong việc phân huỷ và xử lý chất thải tế bào. Cách exosome hoạt động bên ngoài tế bào “phản chiếu” quá trình đào thải tự thực / ATG16L1 (3) bên trong tế bào.

 Hình ảnh kính hiển vi điện tử cho thấy 'exosome' (màu vàng)
Hình 1. Hình ảnh kính hiển vi điện tử cho thấy ‘exosome’ (màu vàng) bảo vệ tế bào phổi con người (màu xanh lá cây) bằng cách hấp thụ độc tố (màu tím) tiết ra bởi vi khuẩn (màu xanh lam) (4).

Khi chuột khoẻ mạnh được tiêm exosome chiết xuất từ những con chuột đã từng nhiễm MRSA, thời gian và số lượng chuột sống sót sau thí nghiệm tiêm MRSA được nhân đôi. Đồng thời, những con chuột bình thường không có exosome đều chết khi nhiễm MRSA.

Trong các thí nghiệm khác trên động vật, khi quá trình sản xuất exosome bị ngăn chặn về mặt hóa học và / hoặc di truyền, tất cả các tế bào đều chết, một lần nữa khẳng định vai trò quan trọng của exosome đối với sự sống của tế bào.

Tóm lại, exosome bảo vệ các tế bào chủ trong ống nghiệm (in vitro) khỏi MRSA và tăng khả năng sống sót của tế bào chuột (in vivo) bằng cách đóng vai trò liên kết đa độc tố. Phát hiện này chỉ ra rằng protein tự thực (ATG protein) làm trung gian cho một hình thức bảo vệ mới để đối phó với nhiễm trùng, tạo điều kiện cho việc giải phóng các exosome làm mồi nhử cho độc tố tạo ra bởi vi khuẩn.

Tài liệu tham khảo

1. NYU Langone Health / NYU School of Medicine. (2020, March 4). Newfound cell defense system features toxin-isolating ‘sponges’. ScienceDaily. Retrieved July 5, 2020.

2. Matthew D. Keller, Krystal L. Ching, Feng-Xia Liang, Avantika Dhabaria, Kayan Tam, Beatrix M. Ueberheide, Derya Unutmaz, Victor J. Torres, Ken Cadwell. Exosome làm mồi nhử chống lại độc tố từ vi khuẩn. Nature, 2020; 579 (7798): 260 DOI: 10.1038 / s41586-020-2066-6

3. Đào thải tự thực / ATG16L1 (autophagy/ATG16L1 waste removal pathway): gien ATG16L1 mã hoá protein quan trọng trong tự thực (autophagy), ATG16L1 viết tắt của “Autophagy related 16 Like 1”. Tự thực là quá trình mà trong đó tế bào tự phân huỷ hay “ăn” các thành phần của chính nó, thường là thành phần thừa và bị tế bào coi là chất thải, cặn bã.

4. Xem ảnh gốc ở đây, nguồn tạp chí Nature: Newfound cell defense system features toxin-isolating ‘sponges’.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *