Sinh viên cao học Andrew Frando điều chỉnh thiết bị sắc ký protein lỏng trong phòng thí nghiệm Grundner tại Viện Nghiên cứu Trẻ em Seattle. Ảnh: Michael McCarthy

Lao vẫn là một căn bệnh chết người gây tử vong cho hơn 1,6 triệu người mỗi năm. Có thuốc để điều trị bệnh lao, nhưng chúng rất khó uống. Bệnh nhân thường cần một nắm thuốc mỗi ngày trong nhiều tháng. Ngoài ra, các chủng đa kháng thuốc về cơ bản là không thể điều trị được là một mối đe dọa ngày càng tăng. Việc phát triển các phương pháp điều trị mới ngày càng trở nên quan trọng.

“Những phát hiện của chúng tôi giải quyết một câu hỏi cơ bản về sinh học nhưng vì đây là những protein rất 'dễ uống' nên những phát hiện này có thể giúp tìm ra các loại thuốc có thể điều trị đại dịch lao vĩnh viễn." Christoph Grundner, điều tra viên chính tại Trung tâm Nghiên cứu Bệnh Truyền nhiễm Toàn cầu của Viện Nghiên cứu Trẻ em Seattle và là phó giáo sư nhi khoa tại Trường Y khoa UW, người giám sát dự án nghiên cứu. 

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí  Nature Microbiology 

Trong nghiên cứu của mình, Grundner và các đồng nghiệp đã xem xét một nhóm protein truyền tín hiệu gọi là kinase điều chỉnh hành vi của tế bào. Kinase truyền tín hiệu bằng cách gắn các phân tử giàu năng lượng, gọi là phốt phát, vào các protein khác, để điều chỉnh hoạt động của protein, một quá trình gọi là tín hiệu phospho.

Trong nhiều năm, các nhà sinh học tin rằng vi khuẩn chủ yếu sử dụng một loại hệ thống kinase, được gọi là hệ thống hai thành phần, trong khi sinh vật nhân chuẩn, tạo nên các loài có tế bào có nhân, chẳng hạn như thực vật, nấm và động vật, chủ yếu sử dụng một hệ thống phức tạp hơn bao gồm kinase được gọi là Ser/Thr protein kinase (STPK), được gọi như vậy vì chúng ưu tiên phosphoryl hóa các axit amin serine và threonine của protein. 

Tuy nhiên, trong những năm gần đây, bằng chứng ngày càng tăng từ trình tự bộ gen và nghiên cứu khác cho thấy vi khuẩn có nhiều hệ thống tín hiệu phospho SPTK giống như ở sinh vật nhân chuẩn. Tuy nhiên, bất chấp những phát hiện này, quan điểm phổ biến vẫn cho rằng có khả năng chúng đóng một vai trò nhỏ trong sinh học vi khuẩn.  

Để tìm hiểu, Grundner và các đồng nghiệp của ông đã quyết định nghiên cứu SPTK trong vi khuẩn gây bệnh lao,  Mycobacterium tuberculosis . 11 protein này được cố định trong màng ngoài của vi khuẩn, nơi chúng có thể đóng vai trò là cảm biến phát hiện những thay đổi trong môi trường xung quanh vi khuẩn và truyền thông tin đó vào bên trong tế bào. Grundner nói rằng thực tế là chỉ có 11 SPTK là một lợi thế, vì đây là một con số có thể quản lý được để nghiên cứu nhưng vẫn đủ lớn để xem liệu chúng có phải là một phần phức tạp hơn hay không. 

Để nghiên cứu vai trò của các kinase này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật gọi là khối phổ để xác định protein nào đang bị phosphoryl hóa bởi kinase nào và chúng đang bị phosphoryl hóa ở đâu. Kết quả được gọi là phosphoproteome của sinh vật.

Họ phát hiện ra rằng tác động của 11 STPK đối với  Mycobacterium tuberculosis  là rất phổ biến. Chúng phosphoryl hóa hơn 14.000 vị trí độc nhất và gây ra các biến đổi protein ảnh hưởng đến hơn 80% protein trong tế bào. Điều này bao gồm việc tương tác với bộ máy protein điều chỉnh khoảng 30% gen của vi khuẩn. 

Grundner lưu ý: Các nhà nghiên cứu về bệnh lao giờ đây sẽ có thể sử dụng phân tích này về phosphoproteome của vi khuẩn để tìm ra cách thức, ví dụ, vi khuẩn có thể tồn tại trong vật chủ, thích nghi với phản ứng miễn dịch của vật chủ hoặc kháng thuốc kháng sinh.

Ông nói: “Nếu sau đó chúng tôi có thể xác định được kinase chịu trách nhiệm chính, thì chúng tôi sẽ có mục tiêu thuốc tiềm năng.