Vi khuẩn thực thể

Vi khuẩn thực thể (tiếng Anh bacteriophage (/bækˈtɪərioʊfeɪdʒ/), còn được gọi là phage (/ˈfeɪdʒ/) là một loại virus duplodnaviria lây nhiễm và nhân lên ở các loài vi khuẩn và cổ khuẩn. Thể vi khuẩn thực thể được hình thành bởi protein làm vỏ ngoài (capsid), một chuỗi gen DNA hoặc RNA và chúng có cấu trúc đa dạng hoặc đơn giản. Bộ gen của chúng có thể mã hóa ít nhất 4 gen (ví dụ như Vi khuẩn thực thể MS2) và lên đến hàng trăm gen. Các phage sao chép trong vi khuẩn sau khi tiêm bộ gen của chúng vào tế bào vi khuẩn.

Thuật ngữ này trong tiếng Anh là bacteriophage có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp: bacterium (vi khuẩn) kết hợp với φαγεῖν (phagein có nghĩa là ăn, nuốt), nghĩa đen là loại vi sinh vật ăn vi khuẩn. Ở Việt Nam, thuật ngữ này còn được gọi là 'vi khuẩn thực thể' hoặc 'vi khuẩn ăn khuẩn'. Các tài liệu chuyên ngành thường gọi tắt là 'phage'.

Định nghĩa đồng nghĩa

• Là một nhóm các loài virus chuyên kí sinh trong vi khuẩn.
• Là những 'vật ăn vi khuẩn' và là các virus chỉ nhân lên được bên trong vi khuẩn. Do kích thước rất nhỏ nên người ta còn gọi chúng là hạt (particle).

Đặc điểm cơ bản

• Thực khuẩn thể riêng lẻ không được coi là một sinh vật. Giống như virus, chúng chỉ thể hiện sống khi kí sinh trong vật chủ thích hợp. Các nhà khoa học đã biến virus thành dạng như tinh thể để lưu trữ lâu dài.
• Mỗi thực khuẩn thể cũng như virus chỉ có một loại vật chất di truyền (bộ gen), có thể là DNA hoặc RNA, mà không có cả hai như ở các sinh vật khác.
• Thực khuẩn thể (cũng như virus) không có cấu trúc tế bào, hệ giải mã và dịch mã di truyền riêng biệt.
• Thực khuẩn thể (cũng như virus) không có cấu trúc giúp tự di chuyển, mà hoàn toàn bị phát tán bởi tác nhân bên ngoài (qua không khí, nước chảy, tiếp xúc...).
• Chúng không thể lớn lên, nghĩa là không tăng kích thước 'cơ thể' được.

Thể thực khuẩn là một trong những thực thể sống phổ biến và đa dạng nhất trong sinh quyển. Thể thực khuẩn là những virus phổ biến, được tìm thấy ở bất kỳ đâu có vi khuẩn. Ước tính có hơn 10 thể thực khuẩn trên hành tinh, nhiều hơn tất cả các sinh vật khác trên Trái Đất, bao gồm cả vi khuẩn.

Các loài thực khuẩn được phát hiện tại các vùng tập trung nhiều vi khuẩn như đất hoặc ruột động vật. Một trong những nguồn tự nhiên lớn nhất cho các loại virus gây bệnh và virus khác là nước biển, nơi có đến 9 × 10^8 virion / ml được tìm thấy trong sinh vật phù sa, và khoảng 70% vi khuẩn biển có thể bị nhiễm virus. Chúng đã được sử dụng trong hơn 90 năm để thay thế kháng sinh ở Liên Xô cũ và Trung Âu, cũng như ở Pháp. Chúng được xem là một liệu pháp hiệu quả đối với nhiều chủng vi khuẩn kháng thuốc. Tuy nhiên, các loại Inoviridae đã cho thấy sự phức tạp của màng sinh học liên quan đến viêm phổi và xơ nang, giúp vi khuẩn tránh được các loại thuốc diệt khuẩn và thúc đẩy sự nhiễm trùng liên tục.

Phân loại

Thực khuẩn thể phổ biến trong sinh quyển, với virion, bộ gen và cách sống đa dạng. Các thực khuẩn thể được phân loại bởi Ủy ban Quốc tế về Phân loại Virus (ICTV) dựa trên hình thái học và axit nucleic. 

Mười chín họ được công nhận là nhiễm khuẩn và vi khuẩn bởi ICTV. Trong số này, chỉ có hai họ có bộ gen RNA, và chỉ có năm gia đình có vỏ bọc. Trong số những họ virus có bộ gen DNA, chỉ có hai họ có bộ gen đơn. Tám phần trăm các họ có bộ gen DNA có bộ gen hình vòng, trong khi 9 họ có bộ gen tuyến tính. Chín họ chỉ lây nhiễm vi khuẩn, chỉ có 9 loài vi khuẩn cổ và chỉ có một loài (Tectiviridae) lây nhiễm cả vi khuẩn và vi khuẩn cổ.

Về mặt cấu trúc, các loại thực khuẩn được phân thành 3 nhóm chính:

1. Không có đuôi.
2. Có đầu và đuôi.
3. Có lông.

Hoặc, các thực khuẩn thể có thể được chia thành thực khuẩn độc (virulent) và thực khuẩn ôn hoà (temperate), phụ thuộc vào chu kỳ sống của chúng.

Lịch sử

Năm 1896, Ernest Hanbury Hankin báo cáo rằng có một thứ gì đó ở sông Ganges và Yamuna ở Ấn Độ có khả năng chống lại bệnh tả và có thể qua được bộ lọc sứ rất tốt. Năm 1915, nhà nghiên cứu vi khuẩn học người Anh, Frederick Twort, Tổng giám đốc Tổ chức Brown ở London, phát hiện ra một cấu trúc nhỏ có khả năng nhiễm và tiêu diệt vi khuẩn. Ông tin rằng nguyên nhân có thể là một trong những yếu tố sau đây:

1. Một giai đoạn trong vòng đời của vi khuẩn;
2. Một loại enzyme sản xuất bởi chính vi khuẩn; 
3. Một loại virut phát triển và tiêu diệt vi khuẩn.

Nghiên cứu của Twort bị gián đoạn bởi sự khởi đầu của Chiến tranh thế giới lần thứ nhất và sự thiếu hụt tài chính. Sau đó, nhà vi sinh vật học người Pháp - Canada Félix d'Hérelle, làm việc tại Viện Pasteur ở Paris, công bố vào ngày 3 tháng 9 năm 1917 rằng ông đã phát hiện ra 'một vi khuẩn đối kháng vô trùng của bệnh kiết lị'. Đối với d'Hérelle, không có câu hỏi gì về bản chất của phát hiện của ông: 'Trong nháy mắt tôi đã hiểu: những gì gây ra các điểm sáng của tôi thực sự là một vi khuẩn vô hình.... một vi khuẩn ký sinh trùng trên vi khuẩn.' D'Hérelle gọi loại vi khuẩn này là vi khuẩn ăn thực vật hoặc người ăn vi khuẩn (từ phagein Hy Lạp có nghĩa là ăn). Ông cũng ghi lại một bài diễn văn kịch liệt về một người đàn ông mắc chứng kiết đã được phục hồi sức khoẻ bằng các vi khuẩn (trang 44-59). Đó là D'Herelle, người đã tiến hành nhiều nghiên cứu về thể thực khuẩn và đưa ra khái niệm về liệu pháp gây mê.

Năm 1969, Max Delbrück, Alfred Hershey và Salvador Luria được trao giải Nobel về Sinh lý học hoặc Y khoa cho những khám phá về sự sao chép của virus và cấu trúc di truyền của chúng.

Liệu pháp cụ thể

Các thực khuẩn thể được phát hiện là các chất kháng khuẩn và được sử dụng ở Cộng hòa Xô Viết cũ của Gruzia (do Giorgi Eliava tiên phong với sự trợ giúp của đồng phát hiện ra vi khuẩn Félix d'Herelle) và Hoa Kỳ trong những năm 1920 và 1930 để điều trị vi khuẩn nhiễm trùng. Họ đã được sử dụng rộng rãi, bao gồm cả việc điều trị những người lính trong Hồng quân. Tuy nhiên, chúng đã bị quên lãng ở phương Tây vì một số lý do:

• Các thử nghiệm y tế đã được tiến hành, nhưng sự thiếu hiểu biết về các loại thực phẩm làm cho chúng không hợp lệ.  
• Kháng sinh đã được phát hiện và giới thiệu rộng rãi. Chúng đã trở nên dễ dàng hơn để thực hiện, lưu trữ và điều chỉnh.
• Các nghiên cứu trước đây của Liên Xô vẫn tiếp tục, nhưng các tài liệu chủ yếu bằng tiếng Nga hoặc Gruzia và đã không xuất hiện trên thế giới trong nhiều năm qua.

Sử dụng các kháng sinh tiếp tục từ sau khi Chiến tranh Lạnh kết thúc ở Georgia và các địa điểm khác ở Trung và Đông Âu. Cuộc thử nghiệm lâm sàng ngẫu nhiên kép được công bố trên tạp chí Journal of Wound Care vào tháng 6 năm 2009 nhằm đánh giá tính an toàn và hiệu quả của một loại cocktail vi khuẩn để điều trị loét chân tĩnh mạch ở bệnh nhân con người. FDA đã phê duyệt nghiên cứu này làm thử nghiệm lâm sàng giai đoạn I. Kết quả nghiên cứu chỉ ra sự an toàn của việc áp dụng các phương pháp điều trị vi khuẩn nhưng không cho thấy hiệu quả. Các tác giả lý giải rằng việc sử dụng một số hóa chất nhất định là một phần của quy trình chăm sóc vết thương tiêu chuẩn (như lactoferrin hoặc bạc) có thể đã can thiệp vào khả năng sống sót của vi khuẩn. Một thử nghiệm lâm sàng kiểm soát về nhiễm trùng tai do Pseudomonas aeruginosa được báo cáo ngay sau khi được đăng trên tạp chí Clinical Otolaryngology vào tháng 8 năm 2009. Nghiên cứu kết luận rằng các sản phẩm thể thực khuẩn là an toàn và hiệu quả trong việc điều trị nhiễm trùng tai mãn tính ở con người. Ngoài ra, đã có nhiều thử nghiệm lâm sàng và thí nghiệm trên động vật khác nhau để đánh giá hiệu quả của thể thực khuẩn đối với các bệnh khác nhau, như là bỏng và vết thương do nhiễm trùng, và các trường hợp xơ phổi liên quan đến xơ phổi. Trong khi đó, các nhà nghiên cứu về vi khuẩn đang phát triển các loại virus có khả năng vượt qua sự kháng thuốc và thiết kế các gen gây bệnh cho các enzyme mã hóa làm giảm ma trận sinh học, các protein cấu trúc của thể thực khuẩn và các enzyme có trách nhiệm phân hủy tế bào vi khuẩn. Đã có kết quả chỉ ra rằng các thể T4 có kích thước nhỏ và đuôi ngắn có thể hữu ích trong việc phát hiện vi khuẩn E.coli trong cơ thể con người.

D'Herelle nhanh chóng nhận ra rằng thể thực khuẩn tồn tại ở bất kỳ nơi nào có sự phát triển vi khuẩn: trong hệ thống cống rãnh, trong các dòng sông chảy xuống từ hệ thống ống, trong phân bón của bệnh nhân phục hồi sức khỏe,... Điều này bao gồm cả các dòng sông được cho là có tính chữa bệnh, như sông Hằng của Ấn Độ.

Thể thực khuẩn thường được nghiên cứu rộng rãi

Trong số các thể thực khuẩn, chỉ có một số ít được nghiên cứu kỹ lưỡng, bao gồm một số thể thực khuẩn quan trọng về mặt lịch sử đã được phát hiện từ những ngày đầu của nghiên cứu về di truyền vi sinh vật. Những phage này, đặc biệt là thể thực khuẩn T, đã giúp khám phá ra những nguyên lý quan trọng về cấu trúc và chức năng của gen.

• Người ăn vi khuẩn
• CrAssphage
• Virut DNA
• Sinh thái vi khuẩn
• Đơn vị pháp lý vi khuẩn
• Nhiều vi khuẩn
• Virut RNA
• Giao dịch
• Vi-rút học
• CRISPR

Liên kết bên ngoài

• Hoạt hình về vi khuẩn nhắm vào vi khuẩn E. coli
• Häusler, T. (2006) 'Viruses vs. Superbugs', Macmillan
• Thông tin chung về vi khuẩn đối với phong cách
• Minh họa và gen học vi khuẩn Lưu trữ 2013-10-29 tại Wayback Machine
• Vi khuẩn có một vị trí ổn định đối với con mồi của chúng Lưu trữ 2017-11-05 tại Wayback Machine
• Các vi khuẩn chiến đấu với vi khuẩn Lưu trữ 2017-12-28 tại Wayback Machine Annette Heist APR. 04, 2008 lưu trữ
• Vi khuẩn T4.
• trên YouTube