CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Salmonella Salmonella được hai nhà khoa học là Theobald Smith và Daniel Elmer Salmon phát hiện lần đầu tiên vào năm 1885 [2]. Salmonella là một trong những nguyên nhân gây nhiễm khuẩn ở người với các triệu chứng từ nhẹ cho tới nặng và nguy cơ ảnh hưởng tới tính mạng [3]. Chi Salmonella thuộc họ Enterobacteriaceae, là trực khuẩn, Gram âm, không sinh nội bào tử, sống hiếu khí tùy nghi [4]. Các loài thuộc chi Salmonella sinh trưởng trong điều kiện nhiệt độ từ 5-47℃ và tối ưu từ 35-37℃, nhạy với nhiệt và bị tiêu diệt hoàn toàn ở nhiệt độ từ 70℃ trở lên trong thời gian 2 phút [5].
Salmonella có thể tăng trưởng ở pH từ 4.0 và tối ưu từ pH từ 6. Hầu hết Salmonella có khả năng di động nhờ tiên mao, sinh H2S, lên men glucose, mannitol, không lên men lactose, sucrose, không tạo indol và có khả năng sinh tổng hợp lysine decarboxylase [6]. Các kháng nguyên bề mặt của Salmonella bao gồm Vi (capsule), O (somatic) và kháng nguyên H (flagellar). Kháng nguyên Vi là lớp vỏ nhầy bên ngoài kháng nguyên O, kháng nguyên này thường xuất hiện trên các loài Salmonella Typhi, Paratyphi và Dublin [2].
Kháng nguyên O có đặc tính hóa học phụ thuộc vào trình tự của polysaccharide trên các chuỗi lipopolysaccharide trên vách tế bào [4]. Kháng nguyên H tồn tại ở hai trạng thái phase 1 hoặc phase 2 được mã hóa bởi 2 gene fliC và fljB [7].1 Phân loại Theo Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa dịch bệnh Mỹ (CDC), chi Salmonella thuộc giới Bacteria, ngành Proteobacteria, lớp Gammaproteobacteria, bộ Enterobacteriales, họ Enterobacteriaceae bao gồm hai loài: Salmonella enterica và Salmonella bongori, mỗi loài trong chi này bao gồm nhiều loài phụ và serovar khác nhau [8]. enterica được chia thành 6 loài phụ được kí hiệu theo số và tên như sau: 4 I S. indica Hệ thống danh pháp cho loài Salmonella dựa trên công thức huyết thanh được White và Kauffmann phát triển và công bố lần đầu tiên vào năm 1943 [9].
Tên của các serovar được xác định dựa trên công thức kháng nguyên bề mặt theo nguyên tắc: tên loài phụ, loại kháng nguyên O, loại kháng nguyên H (phase 1), loại kháng nguyên H (phase 2) nếu có. Dựa trên các công thức kháng nguyên này hiện nay đã phát hiện ra khoảng 2463 serovar khác nhau thuộc chi Salmonella [10]. Trong đó các serovar thuộc loài phụ S. enterica là phổ biến nhất với tỷ lệ 59%.
enterica I có các kháng nguyên O thuộc phân nhóm A, B, C1, C2, D và E có 99% các serotype của nhóm này gây nên các bệnh ở người và động vật máu nóng [9].2 Các nguồn lây nhiễm Salmonella Theo thống kê của CDC Mỹ, Salmonella là nguyên nhân gây hơn 1 triệu ca nhiễm khuẩn mỗi năm tại Mỹ [3]. Hầu hết các loại thực phẩm đều có nguy cơ nhiễm khuẩn Salmonella, đặc biệt là đối với các thực phẩm thịt, thịt và trứng gia cầm và thủy sản tươi sống, các thực phẩm này có thể bị vấy nhiễm Salmonella từ quá trình chăn nuôi, vận chuyển, chế biến và nhiễm chéo giữa các loại thực phẩm khác nhau khi các quy trình vệ sinh này không được thực hiện đúng cách [3]. Sản phẩm thủy sản nhiễm khuẩn Salmonella là một trong những nguyên nhân gây nên các bệnh nhiễm khuẩn ở người [11]. Sự hiện diện của Salmonella trong sản phẩm thủy sản chủ yếu do bị vấy nhiễm từ nguồn nước, trong quá trình vận chuyển, chế biến và bảo quản không đảm bảo vệ sinh [12] [13].2 Kháng sinh Kháng sinh là các hợp chất có nguồn gốc tự nhiên từ vi khuẩn, nấm hoặc được tổng hợp nhân tạo có khả năng ức chế sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật [14].
Hầu hết các kháng sinh tự nhiên được tổng hợp từ các loài vi khuẩn thuộc chi Streptomyces và Bacillus và các loài nấm thuộc chi Penicillium và Cephalosporium [14]. Ngoài ra còn có các kháng sinh tổng hợp và bán tổng hợp. Phương pháp bán tổng là quá trình sử dụng các phản ứng hóa học để làm biến đổi các nhóm chức của các hợp chất kháng sinh tự nhiên có nguồn gốc từ vi sinh vật, từ đó tạo nên các hợp chất có các chức năng khác với chức năng ban đầu [14].1 Phân loại kháng sinh Kháng sinh là những chất được chiết xuất từ các vi sinh vật, nấm hoặc tổng hợp hóa học, có khả năng tiêu diệt hoặc kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn một cách đặc hiệu. Các kháng sinh tác động lên vi khuẩn ở cấp độ phân tử, thường là một thành phần cấu tạo, phản ứng quan trọng trong quá trình phát triển của vi khuẩn.
Dựa vào cấu tạo phân tử, các kháng sinh được chia thành nhiều nhóm khác nhau (Bảng 1.1 Phân loại kháng sinh theo cấu trúc hóa học STT Tên nhóm Phân nhóm Các penicillin Các cephalosporin Các β-lactam khác 1 β-lactam carbapenem monobactam Các chất ức chế β-lactamase 2 Aminoglycoside 3 Macrolide 4 Lincosamide 5 Phenicol Thế hệ 1 6 Tetracycline Thế hệ 2 Glycopeptide 7 Peptid Polypeptide Lipopeptide Thế hệ 1 8 Quinolon Các fluoroquinolon: thế hệ 2, 3,4 Các nhóm khác Sulfonamid 9 Oxazolidinone 5-nitroimidazole 1.1 Kháng sinh nhóm β-lactam Kháng sinh β-lactam được phát hiện lần đầu tiên từ thập niên 1930 [16]. Các kháng sinh nhóm β-lactam được sử dụng rất phổ biến, chiếm 65% lượng kháng sinh được mua bán trên toàn thế giới, đồng thời đã cho thấy nguy cơ đáng lo ngại về tình trạng đề kháng đối với các kháng sinh nhóm này [17]. Đích tác động của kháng sinh β- lactam là các enzyme carboxypeptidases và transpeptidases. Các enzyme này đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành cẩu nối D-ala D-ala liên kết hai mạch peptidoglycan, thành phần cấu tạo vách tế bào vi khuẩn.
Quá trình ức chế này dẫn đến sự hình thành vách tế bào vi khuẩn không hoàn chỉnh, từ đó làm ly giải tế bào vi khuẩn [18]. β-lactam là nhóm kháng sinh có cấu trúc phân tử chứa vòng β-lactam (Hình 1. Dựa vào sự khác biệt của cấu trúc vòng liên kết, các β-lactam 7 sẽ được chia thành các phân nhóm khác nhau như penicillin, cephalosporin, carbapenem, monobactam và các chất ức chế β-lactamase [20].1 Cấu trúc vòng β-lactam [19] • Penicillin: kháng sinh có chứa vòng 6-aminopenicillanic acid (Hình 1. Kháng sinh penicillin có phổ kháng khuẩn rộng ở cả vi khuẩn Gram âm và Gram dương [20].2 Cấu trúc vòng 6-aminopenicillanic acid [21] Cephalosporin: kháng sinh cephalosporin có cấu trúc vòng trung tâm 7- aminocephalosporanic acid và vòng bên 3,6-dihydro-2H-1,3-thiazane (Hình 1.
Các kháng sinh cephalosporin có phổ kháng khuẩn rộng ở vi khuẩn Gram âm và vi khuẩn Gram dương.3 Cấu trúc cephalosporin [23] 8 • Carbapenem: cấu trúc gồm vòng carbapenem liên kết với vòng β-lactam có vai trò bảo vệ kháng sinh khỏi tác động của hầu hết các β-lactamase (Hình 1. Kháng sinh carbapenem có phổ kháng khuẩn rộng đặc biệt là đối với các vi khuẩn Gram âm hiếu khí [24].4 Cấu trúc carbapenem [25] • Monobactam: monobactam là các kháng sinh chỉ có vòng β-lactam và không có các vòng phụ (Hình 1.5 Cấu trúc monobactam [22] • Chất ức chế β-lactamase: các chất này ức chế hoạt động của các β-lactamase. Các chất ức chế β-lactamase bao gồm thế hệ 1 (clavulanic acid, sulbactam và tazobactam) và các chất ức chế β-lactamase thế hệ mới như avibactam và vaborbactam có khả năng ức chế enzyme carbapenemase (Hình 1.6 Cấu trúc chất ức chế β-lactamase: (A) clavulanic acid, (B) sulbactam, (C) tazobactam, (D) vaborbactam, (E) avibactam [26] 1.2 Kháng sinh nhóm aminoglycosid Các kháng sinh aminoglycoside thường có nguồn gốc là tự nhiên hoặc bán tổng hợp, aminoglycoside đầu tiên được thu nhận từ Streptomyces griseus vào năm 1944, một số kháng sinh thuộc nhóm này gồm có neomycin (1949, S. Cấu trúc kháng sinh amioglycoside được xác định dựa trên aminocyclitol (streptamine, 2- deoxystreptamine hoặc streptidine) (Hình 1.7) liên kết với đường amino (D- glucosamine và kanosamine) (Hình 1.
Các kháng sinh aminoglycoside ức chế quá trình tổng hợp protein nhờ khả năng liên kết với vị trí nhận biết của aminoacyl-tRNA (A-site) trên 16S ribosome RNA của tiểu phần 30S ribosome [29]. Aminoglycoside có phổ kháng khuẩn rộng đối với vi khuẩn Gram âm và Gram dương [27].7 Cấu trúc aminocyclitol: (A) streptamine, (B) 2- deoxystreptamine, (C) streptidine [16] A B Hình 1.8 Cấu trúc đường amino: (A) D-glucosamine, (B) kanosamine [16] 1.3 Kháng sinh nhóm macrolid Các kháng sinh nhóm macrolid có nguồn gốc tự nhiên hoặc bán tổng hợp, các kháng sinh này thường có phổ kháng khuẩn hẹp trên các cầu khuẩn và trực khuẩn Gram dương [16]. Dựa vào cấu trúc các kháng sinh thuộc nhóm macrolid được chia thành: • Cấu trúc 14 nguyên tử carbon: erythromycin, oleandomycin, roxithromycin, clarithromycin, dirithromycin. • Cấu trúc 15 nguyên tử carbon: azithromycin.
• Cấu trúc 16 nguyên tử carbon: spiramycin, josamycin.4 Kháng sinh nhóm lincosamid Nhóm kháng sinh này bao gồm hai kháng sinh là lincomycin và clindamycin, trong đó lincomycin là kháng sinh tự nhiên, clindamycin là kháng sinh bán tổng hợp từ lincomycin. Chúng có phổ kháng khuẩn hẹp, chủ yếu tác động lên các vi khuẩn Gram dương [15].5 Kháng sinh nhóm phenicol Chloramphenicol lần đầu tiên được thu nhận từ quá trình nuôi cấy Streptomyces venezuelae vào năm 1947 [30]. Các kháng sinh phenicol liên kết với tiểu phần 50S ribosome ngăn cản quá trình liên kết của aminoacyl tRNA tại vị trí A trên ribosome từ đó ức chế quá trình sinh tổng hợp protein của tế bào [31]. Kháng sinh này có phổ kháng khuẩn rộng trên cả vi khuẩn Gram dương và vi khuẩn Gram âm [30].6 Kháng sinh nhóm tetracycline Các kháng sinh tetracyline được phát hiện vào những năm 1940, là một họ các kháng sinh phổ rộng trên cả Gram âm và Gram dương [32].
Kháng sinh tetracycline ức chế quá trình liên kết của aminoacyl-tRNA với tiểu phần 30S ribosome, ngăn chặn quá trình sinh tổng hợp protein của tế bào [33] [34]. Các kháng sinh thuộc nhóm này gồm: chlortetracycline, oxytetracycline, demeclocycline, methacycline, doxycycline, minocycline [15].7 Kháng sinh nhóm peptide Các kháng sinh nhóm peptide có cấu trúc hóa học là các peptide. Các kháng sinh peptide đều có nguồn gốc từ tự nhiên. Dựa vào cấu trúc phân tử các kháng sinh sẽ được chia thành [15]: • Glycopeptid (vancomycin, teicoplanin) chủ yếu tác động lên các vi khuẩn Gram dương.
• Polypetide (polymyxin, colistin) tác động ức chế đối với các vi khuẩn Gram âm. • Lipopeptide (daptomycin) tác động lên vi khuẩn Gram dương hiếu khí và kỵ khí.8 Kháng sinh nhóm quinolon Các kháng sinh nhóm quinolon lần đầu tiên được khám phá vào đầu những năm thập niên 1960 đều là các kháng sinh có nguồn gốc tổng hợp thường được sử dụng nhằm kiểm soát các yếu tố gây bệnh trong thức ăn chăn nuôi [30] [35]. Các kháng sinh nhóm này bất hoạt enzyme topoisomerase và DNA gyrase dẫn đến ức chế quá trình sao mã của DNA [35] [36]. Các kháng sinh nhóm quinolon có phổ kháng khuẩn rộng 12 bao gồm cả Gram âm và Gram dương, bao gồm cả mycobacteria và các vi sinh vật kị khí [35].
Các kháng sinh nhóm này bao gồm nalidixic acid, ciprofloxacin… [35].